DE102018216767A1

DE102018216767A1 - Maschinensystem und verfahren zum steuern von diesem

Info

Publication number: DE102018216767A1
Application number: DE102018216767.2A
Authority: DE
Inventors: Suk Il PARK; Jeong Hyun NA; Young Kyung Choi; Young Hwan Kim; Seung II Moon; Jong Gyun Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-06-13
Also published as: CN109899183B; CN109899183A; KR20190069070A; US10697364B2; US20190178154A1; KR102429503B1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Maschinensystems kann einen Wassereinspritzbetrieb zum Einspritzen von Wasser in ein Ansaugsystem einer Maschine durch einen Wassereinspritzer eines Wassereinspritzsystems in einer ersten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Wassereinspritzung benötigt wird, einen Einspritzbetrieb für komprimierte Luft zum Einspritzen von komprimierter Luft in das Ansaugsystem durch eine Entleerungsschaltung des Wassereinspritzsystems in einer zweiten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird, und einen Wassereinspritz-Stoppbetrieb zum Stoppen der Wassereinspritzung des Wassereinspritzsystems in einer dritten Betriebsbedingung der Maschine, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird, umfassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2017-0169441 , die am 11. Dezember 2017 am koreanischen Patentamt eingereicht wurde und deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit Teil der vorliegenden Anmeldung sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinensystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem und insbesondere ein Maschinensystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem, die konfiguriert sind zum individuellen Ausführen eines Wassereinspritzbetriebs, eines Einspritzbetriebs für komprimierte Luft und eines Wassereinspritz-Stoppbetriebs in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen einer Maschine, um dadurch ein optimales Betriebsverhalten des Maschinensystems in sämtlichen Betriebsbedingungen der Maschine zu erreichen.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN SACHSTANDES
Eine Vielzahl von Techniken zum Reduzieren von Verbrennungswärme während einer Verbrennung in einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sind untersucht und entwickelt worden, um Emissionen von Stickoxiden (NO_x), Kohlenwasserstoffen und dergleichen zu verringern, und um ein Mischverhältnis von Luft und Kraftstoff zu verringern, um einen Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern.
Als eine repräsentative Technik zum Reduzieren von Verbrennungswärme und von NO_x Emissionen und zum Verbessern eines Kraftstoffwirkungsgrads ist ein Abgasrückführungs-(EGR)-System, ein Wassereinspritzsystem oder dergleichen untersucht und entwickelt worden.
Das EGR System kann konfiguriert werden, um Abgase von einem Abgas- bzw. Auslasssystem an ein Ansaugsystem bzw. Einlasssystem zurückzuführen. Das EGR System kann die EGR steuern, um durch eine Wärmeabsorption und eine Reduktion in der Konzentration von Sauerstoff in einer Brennkammer NO_x zu reduzieren.
Das Wassereinspritzsystem kann konfiguriert sein, um in die ankommende Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder direkt in eine Einlassöffnung einer Maschine Wasser einzuspritzen. Eine Wassereinspritzung kann die Temperatur der Brennkammer verringern, einen Luftansaug-Wirkungsgrad erhöhen, Emissionen reduzieren und das Mischverhältnis von Luft und Kraftstoff reduzieren, um dadurch den Ausgang und ein Drehmoment der Maschine zu erhöhen. Wenn die Wassereinspritzung unter Bedingungen einer hohen Geschwindigkeit/hohen Last der Maschine ausgeführt wird, können die Emissionen reduziert werden. Ferner, wenn die Wassereinspritzung bei Bedingungen mit niedriger Geschwindigkeit/niedriger Last der Maschine ausgeführt wird, kann ein Stehenbleiben bzw. Abwürgen einer Maschine verursacht werden.
Vor kurzem ist ein pneumatisches Booster-System (Pneumatic Booster System, PBS) untersucht und entwickelt worden, welches komprimierte Luft an das Ansaugsystem bei dem anfänglichen Starten einer Maschine oder bei einer niedrigen Geschwindigkeit der Maschine einspritzt. Die Verschlechterung beim Start mit niedriger Geschwindigkeit als Folge einer Verzögerung in der Luftverdichtung eines Turboladers, wie beispielsweise bei einem Nachhinken einer Turbo-Verzögerung, kann durch das PBS beseitigt werden.
Jedoch sind in einem herkömmlichen PBS ein Kompressor, ein Reservoir und dergleichen mit dem Ansaugsystem verbunden, so dass die Konstruktion der Maschine kompliziert werden kann.
Die Information, die in diesem Abschnitt über den Hintergrund der Erfindung offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und kann nicht als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag betrachtet werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet bereits bekannt ist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind gerichtet auf die Bereitstellung eines Maschinensystems und eines Verfahrens zum Steuern von diesem, konfiguriert zum selektiven Ausführen eines Wassereinspritzbetriebs, eines Einspritzbetriebs für komprimierte Luft und eines Wassereinspritzer-Stoppbetriebs gemäß der Betriebsbedingungen einer Maschine, um dadurch ein optimales Betriebsverhalten in sämtlichen Betriebsbedingungen der Maschine zu erreichen.
Gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern eines Maschinensystems, das eine Maschine mit einem Ansaugsystem und einem Auslasssystem, ein Wassereinspritzsystem mit einem Wassereinspritzer und einer Entleerungsschaltung, die Wasser von dem Wassereinspritzer abführt bzw. entleert, und ein Abgasrückführungs-(EGR)-System, das Abgase an das Ansaug- bzw. Einlasssystem zurückführt, einschließt, umfassen: einen Wassereinspritzbetrieb zum Einspritzen des Wassers in das Ansaugsystem über den Wassereinspritzer des Wassereinspritzsystems in einer ersten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Wassereinspritzung benötigt wird; und einen Einspritzbetrieb für komprimierte Luft zum Einspritzen von komprimierter Luft in das Ansaugsystem durch die Entleerungsschaltung des Wassereinspritzsystems in einer zweiten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird; und einen Wassereinspritz-Stoppbetrieb zum Stoppen der Wassereinspritzung des Wassereinspritzsystems in einer dritten Betriebsbedingung der Maschine, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird.
Das Wassereinspritzsystem kann eine Wasserzuführungsschaltung mit einem Wasserzuführungsrohr, einem Wassertank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wasserzuführungsrohrs vorgesehen ist, ein Absperrventil, das auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wassertanks vorgesehen ist, und ein Einspritzventil, das auf einer stromabwärts liegenden Seite des Absperrventils vorgesehen ist, umfassen und der Wassereinspritzbetrieb kann einen ersten Wassereinfüllschritt zum Füllen des Wasserzuführungsrohrs mit dem Wasser, das von dem Wassertank an einen Einlass des Einspritzventils fließt, einschließen, indem das Absperrventil für eine Dauer einer Wassereinspritzung kontinuierlich geöffnet wird und das Einspritzventil während einer vorgegebenen ersten Wassereinfüllzeit geschlossen wird.
Der Wassereinspritzbetrieb kann einen zweiten Wassereinfüllschritt zum Füllen des Wasserzuführungsrohrs mit dem Wasser, das von dem Wassertank an den Wassereinspritzer fließt, umfassen, indem das Einspritzventil während einer vorgegebenen zweiten Wassereinfüllzeit nach der ersten Wassereinfüllzeit geöffnet wird.
Der Wassereinspritzbetrieb kann einen Arbeitszyklus-Steuerschritt zum Steuern des Einspritzventils in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Arbeitszyklus einer Impulsbreitenmodulation (PWM) umfassen, um das Einspritzventil für eine vorgegebene Zeit, nach dem zweiten Wassereinfüllschritt, wiederholt zu öffnen und zu schließen.
Die Abführung- bzw. Entleerungsschaltung kann ein Luftzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wassertanks vorgesehen ist, umfassen und der Einspritzbetrieb von komprimierter Luft kann durch Öffnen des Entleerungs- bzw. Abführungsventils mit einem vorgegebenen Öffnungsbetrag, um die in dem Lufttank gespeicherte komprimierte Luft in das Ansaugsystem einzuspritzen, ausgeführt werden.
Die Entleerungsschaltung kann ein Luftzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks vorgesehen ist, umfassen und der Einspritzbetrieb für komprimierte Luft kann durch Betreiben des Entleerungsventils in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen ersten PWM Arbeitszyklus, um die in dem Lufttank gespeicherte komprimierte Luft in das Ansaugsystem einzuspritzen, ausgeführt werden.
Die Einspritzung von komprimierter Luft kann gestoppt werden, wenn ein Druck einer Ansaugleitung des Ansaugsystems höher als ein vorgegebener Druck ist.
Die Entleerungsschaltung kann ein Luftzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wassertanks vorgesehen ist, umfassen und der Wassereinspritz-Stoppbetrieb kann durch Abführen bzw. durch Entleeren des Wassers von dem Wassereinspritzer durch die Entleerungsschaltung ausgeführt werden.
Die Abführung bzw. Entleerung des Wassereinspritzers kann einen ersten Entleerungsschritt und einen zweiten Entleerungsschritt umfassen.
Der erste Entleerungsschritt kann durch Steuerung des Entleerungsventils in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen zweiten PWM Arbeitszyklus, um das Entleerungsventil während einer vorgegebenen ersten Entleerungszeit wiederholt zu öffnen und zu schließen, ausgeführt werden.
Der zweite Entleerungsschritt kann durch Steuern des Entleerungsventils in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen dritten PWM Arbeitszyklus nach der ersten Entleerungszeit zum wiederholten Öffnen und Schließen des Entleerungsventils während einer vorgegebenen zweiten Entleerungszeitperiode ausgeführt werden.
Gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung kann ein Maschinensystem umfassen: eine Maschine mit einem Ansaugsystem und einem Auslasssystem; ein Wassereinspritzsystem mit einem Wassereinspritzer, der an dem Ansaugsystem vorgesehen ist und Wasser in das Ansaugsystem einspritzt, eine Wasserzuführungsschaltung, die das Wasser an den Wassereinspritzer zuführt, und eine Entleerungsschaltung, die das Wasser von dem Wassereinspritzer entleert; ein Abgasrückführungs-(EGR)-System, das zwischen dem Ansaugsystem und dem Auslasssystem angeordnet ist; und eine Maschinensteuereinheit (ECU), die die folgenden Betriebsvorgänge steuert: einen Wassereinspritzungsbetrieb zum Einspritzen des Wassers in das Ansaugsystem durch den Wassereinspritzer des Wassereinspritzsystems in Übereinstimmung mit einer ersten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Wassereinspritzung benötigt wird; einen Einspritzbetrieb von komprimierter Luft zum Einspritzen von komprimierter Luft in das Ansaugsystem über die Entleerungsschaltung des Wassereinspritzsystems in einer zweiten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird; und einen Wassereinspritz-Stoppbetrieb zum Stoppen der Wassereinspritzung des Wassereinspritzsystems in einer dritten Betriebsbedingung der Maschine, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird.
Die Wasserzuführungsschaltung kann ein Wasserzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Wassertank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wasserzuführungsrohrs vorgesehen ist, ein Absperrventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wassertanks vorgesehen ist, und ein Einspritzventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Absperrventils vorgesehen ist, umfassen.
Das Maschinensystem kann ferner eine Wassersammelschaltung, die das Wasser von dem Ansaugsystem der Maschine an den Wassertank sammelt, umfassen.
Die Entleerungsschaltung kann ein Luftzuführungsrohr, welches mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks vorgesehen ist, umfassen.
Der Lufttank kann ein allgemein in einem kommerziellen Fahrzeug angebrachter Lufttank sein, und der Lufttank kann die komprimierte Luft speichern, die für eine Luftbremse, eine Luftfederung und einen Boost der Maschine verwendet wird, speichern.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen andere Merkmale und Vorteile auf, die in den beiliegenden Zeichnungen, wobei diese hier Teil der vorliegenden Anmeldung sind, und der folgenden ausführlichen Beschreibung, die zusammengenommen der Erläuterung von bestimmten Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung dienen, mit näheren Einzelheiten ersichtlich sind oder darin aufgeführt sind.
Figurenliste
In den Zeichnungen zeigen:

1 die Konfiguration eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen Wassereinspritzbetrieb, einen Einspritzbetrieb für komprimierte Luft, und einen Stoppbetrieb für die Wassereinspritzung eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine erste Betriebsbedingung eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Flussdiagram eines Wassereinspritzbetriebs eines Maschinensystems, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 einen ersten Wassereinfüllschritt in einem Wassereinspritzbetrieb eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen zweiten Wassereinfüllschritt in einem Wassereinspritzbetrieb eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 einen Arbeitszyklus-Steuerschritt bei einem Wassereinspritzbetrieb eines Maschinensystems, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine zweite Betriebsbedingung eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ein Flussdiagramm für einen Einspritzbetrieb von komprimierter Luft eines Maschinensystems, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine dritte Betriebsbedingung eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ein Flussdiagramm eines Stoppbetriebs für eine Wassereinspritzung eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 einen Zustand eines Maschinensystems vor einem ersten Entleerungsschritt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 einen ersten Entleerungsschritt eines Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
14 einen zweiten Entleerungsschritt eines Maschinensystems, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Es sei darauf hingewiesen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise im Maßstab dargestellt sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind, darbieten. Die speziellen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, so wie sie hier offenbart ist, einschließlich zum Beispiel spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Orte und Formen, werden teilweise durch die besondere beabsichtigte Anwendung und die Verwendungsumgebung bestimmt werden.
In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung überall in den mehreren Figuren der Zeichnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (der vorliegenden Erfindungen) Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben werden. Während die Erfindung (die Erfindungen) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird (werden), sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung nicht dafür gedacht ist, die Erfindung (die Erfindungen) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz, die Erfindung (die Erfindungen) dient/dienen dazu, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, äquivalente Ausführungsformen und andere Ausführungsformen, die in den Grundgedanken und den Umfang der Erfindung, so wie sie mit den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sein können.
Nachstehend werden verschiedene beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen überall verwendet, um die gleichen oder äquivalenten Elemente zu bestimmen. Ferner wird eine ausführliche Beschreibung von altbekannten Techniken in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ausgelassen, um den Kern der vorliegenden Erfindung nicht unnötigerweise zu verdecken.
Begriffe wie erster, zweiter, A, B, (a) und (b) können verwendet werden, um die Elemente in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden, und die eigentümlichen Merkmale, die Sequenz oder dergleichen der entsprechenden Elemente werden durch die Begriffe nicht beschränkt. Außer wenn dies anderweitig angegeben ist, weisen sämtliche Begriffe, die hier verwendet werden, einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen, die gleichen Bedeutungen auf wie diejenigen, die von dem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, allgemein verstanden werden. Derartige Begriffe, wie diejenigen, die in einem allgemein verwendeten Wörterbuch definiert sind, sollen so interpretiert werden, dass sie Bedeutungen gleich zu den kontextmäßigen Bedeutungen in dem relevanten Stand der Technik aufweisen, und sie sollten nicht so interpretiert werden, dass sie ideale oder übermäßig formale Bedeutungen aufweisen, außer wenn klar definiert ist, dass sie derartige in der vorliegenden Anmeldung aufweisen.
Bezugnehmend auf 1 kann ein Maschinensystem 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Maschine 1, ein Wassereinspritzsystem 10, welches selektiv Wasser und komprimierte Luft in ein Ansaugsystem 3 der Maschine 1 einspritzt, ein Abgasrückführungs-(EGR)-System 90, welches Abgase an das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 zurückführt, und eine Maschinensteuereinheit (ECU) 60, die die Maschine 1, das Wassereinspritzsystem 10 und das EGR System 90 steuert, umfassen.
Die Maschine 1 kann eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern 5 sein.
Das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 kann einen Luftfilter 3a, der neben einem Einlass eines Ansaugrohr 2 vorgesehen ist, einen Kompressor 3b eines Turboladers, der auf der stromabwärts liegenden Seite des Luftfilters 3a vorgesehen ist, einen Ladeluftkühler 3c, der auf der stromabwärts liegenden Seite des Kompressors 3b vorgesehen ist, und eine Ansaugleitung 3d in Kommunikation mit einer Ansaugöffnung 5a von jedem Zylinder 5 umfassen.
Ein Auslasssystem 7 der Maschine 1 kann eine Nachbehandlungseinrichtung 8, die auf einem Auslassrohr 6 vorgesehen ist, eine Turbine 7b des Turboladers, der auf der stromaufwärts liegenden Seite der Nachbehandlungseinrichtung 8 vorgesehen ist, und eine Auslassleitung 7c in Kommunikation mit einer Auslassöffnung 5b von jedem Zylinder 5 umfassen. Die Nachbehandlungseinrichtung 8 kann verschiedene Kombinationen eines Diesel-Oxidations-Katalysators (DOC) 8a, DOC und einer Diesel-Teilchenfilter (DPF) integrierten Struktur 8b, einer selektiven Reduktion (SCR) und dergleichen sein.
Das Wassereinspritzsystem 10 kann einen Wassereinspritzer 20, der Wasser in das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 einspritzt, eine Wasserzuführungsschaltung 30, die Wasser an den Wassereinspritzer 20 zuführt, eine Entleerungsschaltung 40, die Wasser von dem Wassereinspritzer 20 entleert, und eine Wassersammelschaltung 50, die Wasser von dem Ansaugsystem 3 der Maschine 1 sammelt, umfassen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Wassereinspritzer 20 auf dem Ansaugrohr 2 angebracht sein, wie in 1 dargestellt, so dass der Wassereinspritzer 20 das Wasser in die Ansaugleitung 3d einspritzen kann.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Wassereinspritzer 20 auf der Ansaugleitung 3d derart angebracht sein, dass der Wassereinspritzer 20 das Wasser in die Ansaugöffnung 5a von jedem Zylinder 5 einspritzen kann.
Die Wasserzuführungsschaltung 30 kann ein Wasserzuführungsrohr 31, einen Wassertank 32, der auf der stromaufwärts liegenden Seite des Wasserzuführungsrohrs 31 vorgesehen ist, eine Wasserpumpe 33, die Wasser von dem Wassertank 32 an den Wassereinspritzer 20 pumpt, ein Absperrventil 34, das auf der stromabwärts liegenden Seite der Wasserpumpe 33 vorgesehen ist, und ein Einspritzventil 36, das auf der stromabwärts liegenden Seite des Absperrventils 34 vorgesehen ist, umfassen.
Das Wasserzuführungsrohr 31 kann den Wassertank 32 und den Wassereinspritzer 20 verbinden.
Das Absperrventil 34 kann einen Flusspfad des Wasserzuführungsrohrs 31 öffnen oder schließen, um dadurch das Wasser zuzuführen oder abzusperren. Das Absperrventil 34 kann als ein Sicherheitsventil für den Fall eines Ausfalls, eines Lecks und dergleichen des Einspritzventils 36 dienen. Wenn das Absperrventil 34 ein Wassereinspritzsignal von der ECU 60 empfängt, dann kann das Absperrventil 34 geöffnet werden. Das Absperrventil 34 kann für die Dauer einer Wassereinspritzung kontinuierlich geöffnet werden.
Ein Drucksensor 35 kann zwischen dem Absperrventil 34 und dem Einspritzventil 36 angeordnet sein, um einen Innendruck des Wasserzuführungsrohrs 31 zu erfassen.
Das Einspritzventil 36 kann in Übereinstimmung mit einem Arbeitszyklus bzw. Tastverhältnis einer Impulsbreitenmodulation (PWM) betrieben werden. Das Einspritzventil 36 kann eine Wassereinspritzrate, eine Wassereinspritzmenge und dergleichen in Übereinstimmung mit dem PWM Arbeitszyklus, der Wassereinspritzdauer und dergleichen einstellen. Das Einspritzventil 36 kann ein elektronisches Steuerventil sein, beispielsweise ein Magnetventil.
Die Entleerungsschaltung 40 kann ein Luftzuführungsrohr 41, einen Lufttank 42, der auf der stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs 41 vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil 43, welches auf der stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks 42 vorgesehen ist, umfassen.
Das Luftzuführungsrohr 41 kann den Wassereinspritzer 20 und den Lufttank 42 verbinden.
Der Lufttank 42 kann komprimierte Luft speichern. Der Lufttank 42 kann ein Lufttank sein, der allgemein in einem kommerziellen Fahrzeug und dergleichen angebracht ist. Der Lufttank 42 kann die komprimierte Luft, die für eine Luftbremse, eine Luftfederung, ein Boosten der Maschine und dergleichen verwendet wird, speichern.
Wie nachstehend noch beschrieben wird, kann die ECU 60 das Entleerungsventil 43 steuern, um die Einspritzung von komprimierter Luft und die Entleerung des Wassereinspritzers 20 selektiv auszuführen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Öffnungsbetrag des Entleerungsventils 43 derart eingestellt werden, dass er eingestellt werden kann, um sich in Übereinstimmung mit einem Einspritzbetrieb OP2 von komprimierter Luft und der Entleerung des Wassereinspritzers 20 zu verändern.
Wie in 2 dargestellt kann das Entleerungsventil 43 eingestellt werden, um durch die ECU 60 mit einem ersten Öffnungsbetrag OR1 während des Einspritzbetriebs OP2 für komprimierte Luft geöffnet zu werden. Das Entleerungsventil 43 kann eingestellt werden, um durch die ECU 60 mit einem zweiten Öffnungsbetrag OR2 während der Entleerung des Wassereinspritzers 20 geöffnet zu werden. Die ECU 60 kann den Öffnungsbetrag des Entleerungsventils 43 derart steuern, dass der erste Öffnungsbetrag OR1 größer als der zweite Öffnungsbetrag OR2 ist.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Entleerungsventil 43 in Übereinstimmung mit einem PWM Arbeitszyklus (Tastverhältnis) betrieben werden. Der PWM Arbeitszyklus des Entleerungsventils 43 kann eingestellt werden, um sich in Übereinstimmung mit dem Einspritzbetrieb OP2 für komprimierte Luft und der Entleerung des Wassereinspritzers 20 zu verändern.
Wie in 2 dargestellt kann das Entleerungsventil 43 durch die ECU 60 in Übereinstimmung mit einem ersten PWM Arbeitszyklus PW1 während des Einspritzbetriebs OP2 für komprimierte Luft geöffnet werden. Das Entleerungsventil 43 kann von der ECU 60 in Übereinstimmung mit einem zweiten und dritten PWM Arbeitszyklus PW2 und PW3 während der Entleerung des Wassereinspritzers 20 betrieben werden. Die ECU 60 kann das PWM Tastverhältnis (deb Arbeitszyklus) des Entleerungsventils 43 derart steuern, dass der erste PWM Arbeitszyklus PW1 größer als der zweite und dritte PWM Arbeitszyklus PW2 und PW3 ist.
Die ECU 60 kann die Öffnungszeit, den Öffnungsbetrag, den PWM Arbeitszyklus und dergleichen des Entleerungsventils 43 steuern, um dadurch den Zuführungsbetrag und die Zuführungsrate der komprimierten Luft einzustellen. Das Entleerungsventil 43 kann ein elektronisches Steuerventil, wie beispielsweise ein Magnetventil, sein.
Die Wassersammelschaltung 50 kann Wasser von dem Ansaugsystem 3 der Maschine 1 an den Wassertank 32 sammeln.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Wassersammelschaltung 50 ein Wassersammelrohr 51, das das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 und den Wassertank 32 verbindet, ein Abführungsventil 32, das auf dem Wassersammelrohr 51 vorgesehen ist, und einen Filter 53, der zwischen dem Abführungsventil 52 und dem Wassertank 32 angeordnet ist, umfassen.
Ein Einlass des Wassersammelrohrs 51 kann mit der Ansaugleitung 3d gekoppelt sein und ein Auslass des Wassersammelrohrs 51 kann mit dem Wassertank 32 gekoppelt sein.
Das Abführungsventil 52 kann positioniert sein, um niedriger als das Ansaugrohr 2 oder die Ansaugleitung 3d zu sein. Wenn das Abführungsventil 52 geöffnet ist, dann kann das Wasser, welches sich in dem Ansaugrohr 2 oder der Ansaugleitung 3d des Ansaugsystems 3 angesammelt hat, sanft an den Wassertank 32 über das Wassersammelrohr 51 gesammelt werden.
Das Abführungsventil 32 kann ein kalibriertes Ventil sein, dessen Öffnungsbetrag in Übereinstimmung mit der Spezifikation der Ansaugleitung 3d, der Spezifikation der Maschine und dergleichen variabel ist.
Eine Sammelpumpe kann zwischen dem Abführungsventil 52 und dem Wassertank 32 vorgesehen sein, und der Wassersammlungs-Wirkungsgrad kann durch die Sammelpumpe verbessert werden.
Wenn die Menge des stagnierten bzw. gesammelten Wassers in dem Ansaugrohr 2 oder der Ansaugleitung 3d des Ansaugsystems 3 eine vorgegebene Schwelle erreicht, dann kann das Abführungsventil 52 derart geöffnet werden, dass das gesammelte Wasser in dem Ansaugsystem 3 in den Wassertank 32 gesammelt werden kann.
Das EGR System 90 kann konfiguriert sein, um Abgase, die von dem Auslasssystem 7 der Maschine 1 abgegeben werden, an das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 zurückzuführen.
Das EGR System 90 kann ein EGR Rohr 91, welches eine Verbindung zwischen dem Auslassrohr 6 und dem Ansaugrohr 2 herstellt, einen Abgasrückführungs-(EGR)-Kühler 92, der auf dem EGR Rohr 91 vorgesehen ist, und ein EGR Ventil 93, das auf der stromaufwärts liegenden Seite des EGR Kühlers 92 vorgesehen ist, umfassen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 1 dargestellt, kann das EGR System 90 als ein Hochdruck-EGR-System konfiguriert sein, da das EGR Rohr 91 auf der stromaufwärts liegenden Seite der Turbine 7b vorgesehen ist.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR System 90 als ein Niederdruck-EGR-System konfiguriert sein, wenn das EGR Rohr 91 auf der stromabwärts liegenden Seite der Nachbehandlungseinrichtung 8 angeordnet ist.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR System 90 ein Hochdruck-EGR-System und ein Niederdruck-EGR-System umfassen.
Die ECU 60 kann auf einen Mikroprozessor gestützt sein und die Maschine 1, das Wassereinspritzsystem 10 und das EGR System 90 steuern. Die ECU 60 kann einen herkömmlichen Speicher sowie eine Anzahl von Eingängen und Ausgängen zur Kopplung mit verschiedenen Sensoren, der Maschine 1, dem Wassereinspritzsystem 10 und dem EGR System 90 umfassen.
Die ECU 60 kann vorzugsweise einen digitalen Computer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine Zentralverarbeitungseinheit einschließt, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog-zu-Digital (A/D) und Digital-zu-Analog (D/A) Schaltung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (I/O) und eine geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltung umfassen. Jeder Controller kann einen Satz von Steueralgorithmen aufweisen, einschließlich von residenten Programmbefehlen und Kalibrierungen, die in einem ROM gespeichert und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen von jedem Computer bereitzustellen.
Die Wasserpumpe 33, das Absperrventil 34, der Drucksensor 35 und das Einspritzventil 36 der Wasserzuführungsschaltung 30 können elektrisch mit der ECU 60 verbunden sein. Die ECU 60 kann den Drucksensor 35 steuern, um den Druck von Wasser, das durch das Wasserzuführungsrohr 31 zugeführt wird, zu erfassen und die Betriebsvorgänge der Wasserpumpe 33, das Absperrventils 34 und des Einspritzventils 36 zu steuern.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die ECU 60 das Absperrventil 34 und das Einspritzventil 36 bei einem vorgegebenen Zeitintervall individuell steuern, um dem Wassereinspritzer 20 zu ermöglichen, das Wasser einzuspritzen, nachdem der Innenraum des Wasserzuführungsrohrs 31 mit dem Wasser gefüllt ist.
Das Entleerungsventil 43 der Entleerungsschaltung 40 kann mit der ECU 60 elektrisch verbunden sein. Die ECU 60 kann die Betriebsvorgänge der Entleerungsschaltung 43 steuern.
Das Abführungsventil 52 der Wassersammelschaltung 50 kann mit der ECU 60 elektrisch verbunden sein. Die ECU 60 kann die Betriebsvorgänge des Abführungsventils 52 steuern. Wenn die Menge des angesammelten bzw. stagnierten Wassers in der Ansaugleitung 3d einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, kann die ECU 60 das Abführungsventil 52 für eine vorgegebene Zeit, bevor die Menge des angesammelten Wassers den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, auf offen steuern. Wenn die Menge des stagnierten Wassers den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, dann kann das Wasser in den Zylinder 5 der Maschine 1 hineinfließen.
Der vorgegebenen Schwellwert kann durch einen Test unter Verwendung von Information über die Anzahl von Wassereinspritzungen, die Menge des eingespritzten Wassers und dergleichen bestimmt werden. Der vorgegebenen Schwellwert kann in Übereinstimmung mit der Spezifikation der Ansaugleitung 3d, der Spezifikation der Maschine und dergleichen variabel sein
Das EGR Ventil 93 des EGR Systems 90 kann mit der ECU 60 elektrisch verbunden sein, und die ECU 60 kann den Fluss von EGR Gas durch Steuern der Öffnungs- und Schließungs-Operationen, des Öffnungsbetrags und dergleichen des EGR Ventils 93 steuern.
Gemäß der 2, 3, 8 und 10 kann die ECU 60 einen Wassereinspritzbetrieb OP1 zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugsystem der Maschine 1 über den Wassereinspritzer 20 des Wassereinspritzsystems 10 in einer ersten Betriebsbedingung D1 der Maschine, bei der eine Wassereinspritzung benötigt wird, einen Einspritzbetrieb OP2 für komprimierte Luft zum Einspritzen von komprimierter Luft in das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 über die Entleerungsschaltung 40 des Wassereinspritzsystems 10 in einer zweiten Betriebsbedingung D2 der Maschine, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird, und einen Wassereinspritzbetrieb-Stoppbetrieb OP3 zum Stoppen der Wassereinspritzung des Wassereinspritzsystems 10 in einer dritten Betriebsbedingung D3 der Maschine, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird, ausführen.
Bezugnehmend auf 3 bis 7 kann die ECU 60 den Wassereinspritzbetrieb OP1 zum Einspritzen des Wassers in das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 über den Wassereinspritzer 20 des Wassereinspritzsystems 10 in der ersten Betriebsbedingung D1 der Maschine 1, bei der die Wassereinspritzung benötigt wird, ausführen.
Die erste Betriebsbedingung D1 der Maschine 1 kann eine Bedingung sein, bei der die Maschine 1 überhitzt oder übermäßig Stickoxide (NO_x) erzeugt, wie beispielsweise eine Bedingung mit hoher Geschwindigkeit/hoher Last der Maschine 1. Wenn das Wasser in das Ansaugsystem 3 in der ersten Betriebsbedingung D1 eingespritzt wird, kann dies die Überhitzung der Maschine 1 zur Verbesserung einer Kraftstoffeffizienz verringern und Stickoxide (NO_x) verringern. Die erste Betriebsbedingung D1 kann eingestellt werden, um eine Betriebsbedingung zu vermeiden, bei der ein Stehenbleiben bzw. Abwürgen der Maschine 1 als Folge der Wassereinspritzung auftritt.
Wie in 3 dargestellt kann die erste Betriebsbedingung D1 der Maschine 1 durch einen Abschnitt von Umdrehungen pro Minute (UPM) der Maschine 1 zwischen einer vorgegebenen ersten UPM R1 und einer vorgegebenen zweiten UPM R2 und einem Lastabschnitt der Maschine 1 zwischen einer vorgegebenen ersten Last L1 und einer vorgegebenen zweiten Last L2 definiert sein. Die erste UPM R1 und die zweite UPM R2 werden durch Maschinen-UPM-Daten bestimmt und in dem Speicher der ECU 60 gespeichert, und die erste Last L1 und die zweite Last L2 können durch Gaspedaldaten bestimmt werden und in dem Speicher der ECU 60 gespeichert werden. In 3 zeigt die Linie T eine obere Grenze zum Betrieb der Maschine in einem angereicherten weit offenen gedrosselten (WOT) SI Modus dar, der auch als ein Maschinenbetrieb mit einem maximalen Drehmoment bezeichnet wird.
Der Wassereinspritzbetrieb OP1 kann einen ersten Wassereinfüllschritt S1, einen zweiten Wassereinfüllschritt S2 und einen Arbeitszyklus-Steuerschritt S3 umfassen, wie in 4, 5, 6 und 7 dargestellt.
Wenn die ECU 60 ein Wassereinspritzsignal an die Wasserpumpe 33, das Absperrventil 34 und das Einspritzventil 36 in der ersten Betriebsbedingung D1 der Maschine 1 überträgt, dann kann das Wasser an den Wassereinspritzer 20 durch die Wasserzuführungsschaltung 30 zugeführt werden und der Wassereinspritzer 20 kann das Wasser in das Ansaugsystem 3 während einer vorgegebenen Einspritzzeit einspritzen.
Das Absperrventil 34 kann während der vorgegebenen Einspritzzeit (siehe „d“ in 2) kontinuierlich geöffnet sein. Wenn das Absperrventil 34 geöffnet ist und die Wasserpumpe 33 betrieben wird, dann kann das Wasser von dem Wassertank 32 herausfließen, so dass das Wasserzuführungsrohr 31 mit dem Wasser gefüllt werden kann. Nachstehend wird die Auffüllung des Wasserzuführungsrohrs 31 mit Wasser als ein Wassereinfüllschritt bezeichnet. Der Wassereinfüllschritt kann den ersten Wassereinfüllschritt S1 und den zweiten Wassereinfüllschritt S1, die sequenziell ausgeführt werden, umfassen.
Der erste Wassereinfüllschritt S1 kann derart ausgeführt werden, dass das Absperrventil 34 geöffnet wird und das Einspritzventil 36 geschlossen wird. Wie in 5 dargestellt, kann das Wasserzuführungsrohr 31 mit dem Wasser, das von dem Wassertank 32 an einen Einlass des Einspritzventils 36 fließt (siehe „a“ in 5), gefüllt werden. Dabei kann der Drucksensor 35 den Zuführungsdruck des Wassers, das in das Wasserzuführungsrohr 31 gefüllt wird, messen und die ECU 60 kann die erste Wassereinfüllzeit a unter Verwendung des Wasserzuführungsrohrs, des internen Volumens des Wasserzuführungsrohrs 31 und dergleichen bestimmen.
Nach dem ersten Wassereinfüllschritt S1 kann der zweite Wassereinfüllschritt S2 derart ausgeführt werden, dass das Absperrventil 34 und das Einspritzventil 36 geöffnet werden. Wie in 6 dargestellt, wenn das Einspritzventil 36 während einer zweiten Wassereinfüllzeit (siehe „b“ in 2) nach der ersten Wassereinfüllzeit a geöffnet wird, dann kann das Wasserzuführungsrohr 31 mit dem Wasser, das von dem Wassertank 32 zu dem Wassereinspritzer 20 fließt (siehe „102“ in 6), gefüllt werden. Dabei kann die ECU 60 die zweite Wassereinfüllzeit b unter Verwendung des Wasserzuführungsrohrs, des internen Volumens des Wasserzuführungsrohrs 31 und dergleichen bestimmen. Ferner kann die ECU 60 die Wassermenge, die in dem zweiten Wassereinfüllschritt eingefüllt wird, unter Verwendung der zweiten Wassereinfüllzeit b und des internen Volumens des Wasserzuführungsrohrs 31, welches mit dem Wasser in dem zweiten Wassereinfüllschritt gefüllt wird, bestimmen und kann die Wassermenge, die in das Ansaugrohr 2 oder die Ansaugleitung 3d von dem Wassereinspritzer 20 leckt, bestimmen, indem die Wassermenge, die in dem zweiten Wassereinfüllschritt eingefüllt wird, von der Wassermenge, die von dem Wassertank 32 zugeführt wird, subtrahiert wird.
Wie voranstehend beschrieben kann die schrittweise Auffüllung des Wasserzuführungsrohrs 31 mit dem Wasser in den Wasserfüllschritten S1 und S2 vor einer Einspritzung des Wassers durch den Wassereinspritzer 20 eine Wassereinspritzung effizienter und genauer machen.
Nach dem zweiten Wassereinfüllschritt S2, wie in 7 dargestellt, kann dann, wenn die ECU 60 das Einspritzventil 36 in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen PWM Arbeitszyklus steuert, die Öffnung und die Schließung des Einspritzventils 36 für eine vorgegebene Zeit (siehe „c“ in 2) in dem Arbeitszyklus-Steuerschritt S3 wiederholt werden. Über die Arbeitszyklus-Steuerung des Einspritzventils 36 kann eine vorgegebene Wassermenge von dem Wassereinspritzer 20 eingespritzt werden (siehe „103“ in 7).
Wie voranstehend beschrieben, da die Öffnung und die Schließung des Einspritzventils 36 in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Arbeitszyklus in dem Arbeitszyklus-Steuerschritt S3 ausgeführt werden, kann eine Atomisierung des Wassers stabiler gemacht werden, was die Erzeugung von Tröpfchen verhindert oder die Tröpfchengröße minimiert.
Bezugnehmend auf 2, 8 und 9 kann die ECU 60 den Einspritzbetrieb OP2 für komprimierte Luft zum Einspritzen der komprimierten Luft in das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 über die Entleerungsschaltung 40 und den Wassereinspritzer 20 des Wassereinspritzsystems 10 in der zweiten Betriebsbedingung D2 der Maschine 1, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird, ausführen.
Die zweite Betriebsbedingung D2 der Maschine 1 kann einem niedrigen Geschwindigkeitsabschnitt, bei dem eine Verzögerung in einem Luft-Boost des Turboladers auftritt, entsprechen. Durch Einspritzung von komprimierter Luft in das Ansaugsystem 3 durch die Entleerungsschaltung 40 und den Wassereinspritzer 20 des Wassereinspritzsystems 10 in der zweiten Betriebsbedingung D2 der Maschine 1, kann ein Start-Betriebsverhalten bei geringer Geschwindigkeit verbessert werden.
Wie in 8 dargestellt kann eine zweite Betriebsbedingung D2 der Maschine 1 durch einen UPM Abschnitt der Maschine 1 zwischen einer vorgegebenen dritten UPM R3 und einer vorgegebenen vierten UPM R4, und einem Ladeabschnitt der Maschine 1 zwischen einer vorgegebenen dritten Last L3 und einer vorgegebenen vierten Last L4 definiert werden. Die dritte UPM R3 und die vierte UPM R4 werden durch Maschinen-UPM-Daten bestimmt und können in dem Speicher der ECU 60 gespeichert sein, und die dritte Last L3 und die vierter Last L4 können von Gaspedaldaten eingerichtet werden oder in dem Speicher der ECU 60 gespeichert werden.
Die dritte UPM R3 und die vierte UPM R4 können so eingerichtet werden, dass sie niedriger als die erste UPM R1 sind, und wenn die dritte Last L3 so eingestellt wird, dass sie niedriger als die erste Last L1 und die zweite Last L2 ist, dann kann die vierte Last L4 einer maximalen Spitze der Maschine 1 entsprechen. In 8 bezeichnet die Linie T eine obere Grenze zum Betrieb der Maschine in einem angereicherten, weit offenen gedrosselten (WOT) SI Modus, der auch als der Spitzendrehmoment-Maschinenbetrieb bezeichnet wird.
Die zweite Betriebsbedingung D2 kann auf Grundlage eines Drucks der Ansaugleitung, einer Getriebestellung, von Kupplungsinformation und dergleichen, zusätzlich zu der UPM und der Last der Maschine, eingestellt sein.
9 stellt ein Flussdiagramm eines Einspritzbetriebs OP2 für komprimierte Luft durch die Entleerungsschaltung 40 des Wassereinspritzsystems 10 dar.
Bezugnehmend auf 9 kann die ECU 60 den Druck der Ansaugleitung 3d, die UPM und die Last der Maschine 1, die Getriebestellung, die Kupplungsinformation und dergleichen im Schritt S11 empfangen.
Wenn eine gegenwärtige Betriebsbedingung der Maschine 1 der zweiten Betriebsbedingung D2 der Maschine 1 entspricht, dann kann die ECU 60 ein Einspritzsignal für komprimierte Luft an die Wasserpumpe 33, das Absperrventil 34 und das Einspritzventil 36 der Wasserzuführungsschaltung 30 und das Entleerungsventil 43 der Entleerungsschaltung 40 übertragen. Die Wasserpumpe 33 kann gestoppt werden, und das Absperrventil 34 und das Einspritzventil 36 können geschlossen werden, so dass der Wassereinspritzbetrieb gestoppt werden kann. Danach kann das Entleerungsventil 43 der Entleerungsschaltung 40 derart geöffnet werden, dass die in dem Lufttank 42 gespeicherte komprimierte Luft in das Ansaugsystem 3 durch den Wassereinspritzer 20 im Schritt S12 eingespritzt werden kann.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 2 gezeigt, kann die ECU 60 das Entleerungsventil 43 mit dem vorgegebenen ersten Öffnungsbetrag OR1 während des Einspritzbetriebs OP2 für komprimierte Luft öffnen. In Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 2 dargestellt, kann die ECU 60 das Entleerungsventil 43 in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen ersten PWM Arbeitszyklus PW1 während des Einspritzbetriebs OP2 für komprimierte Luft betreiben. Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die ECU 60 das Entleerungsventil 43 in Übereinstimmung mit dem ersten Öffnungsbetrag OR1 und dem ersten PWM Arbeitszyklus PW1 während des Einspritzbetriebs OP2 für komprimierte Luft betreiben.
Wenn die komprimierte Luft in das Ansaugsystem 3 eingespritzt wird und der Druck der Ansaugleitung 3d höher als oder gleich zu einem vorgegebenen Druck im Schritt S13 ist, dann kann das Entleerungsventil 43 derart geschlossen werden, dass die Einspritzung von komprimierter Luft im Schritt S14 gestoppt wird.
Da sich die Betriebsbedingungen der Maschine in Echtzeit verändern, kann die ECU 60 den Einspritzbetrieb OP2 für komprimierte Luft und den Wassereinspritzbetrieb OP1 alternierend ausführen.
Bezugnehmend auf 10 kann die ECU 60 den Wassereinspritz-Stoppbetrieb OP3 zum Stoppen der Wassereinspritzung des Wassereinspritzsystems 10 in der dritten Betriebsbedingung D3 der Maschine, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird, ausführen.
Die dritte Betriebsbedingung D3 der Maschine 1 kann eine Bedingung sein, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird, wie beispielsweise bei einer Bedingung mit niedriger Geschwindigkeit/geringer Last der Maschine 1. Die dritte Betriebsbedingung D3 kann eingerichtet werden, um eine Betriebsbedingung zu vermeiden, bei der das Stehenbleiben bzw. Abwürgen der Maschine 1 auftritt. Wenn die ECU 60 das EGR Ventil 93 des EGR Systems 90 in der dritten Betriebsbedingung D3 öffnet, dann können die Abgase von dem Auslasssystem 7 der Maschine 1 an das Ansaugsystem 3 der Maschine 1 zurückgeführt werden, und somit können die Stickoxide reduziert werden.
Wie in 10 dargestellt, kann die dritte Betriebsbedingung D3 der Maschine 1 durch einen UPM Abschnitt der Maschine 1 zwischen einer vorgegebenen fünften UPM R5 und einer vorgegebenen sechsten UPM R6 und einem Lastabschnitt der Maschine 1 zwischen einer vorgegebenen fünften Last L5 und einer vorgegebenen sechsten Last L6 definiert werden. Die fünfte UPM R5 und die sechste UPM R6 können durch Maschinen-UPM-Daten bestimmt und in dem Speicher der ECU 60 gespeichert werden, und die fünfte Last L5 und die sechste Last L6 können durch Gaspedaldaten bestimmt und in dem Speicher der ECU 60 gespeichert werden.
Die fünfte UPM (Drehzahl) R5 kann eingerichtet sein, um geringer als die erste UPM R1 zu sein, und die sechste UPM R6 kann eingerichtet werden, so dass sie geringer als die zweite UPM R2 ist. Die fünfte Last L5 kann eingerichtet werden, um geringer als die erste Last L1 zu sein, um die sechste Last L6 kann eingerichtet werden, um geringer als die zweite Last L2 zu sein. In 10 zeigt die Linie T eine obere Grenze zum Betrieb der Maschine in einem angereicherten, weit offenen gedrosselten (WOT) SI Modus, der auch als ein Betrieb der Maschine mit einem maximalen Drehmoment bezeichnet wird.
Zudem und wie in 11 bis 14 dargestellt, kann die ECU 60 die Wassereinspritzung in der dritten Betriebsbedingung D3 stoppen und die Entleerung des Wassereinspritzers 20 zum Entleeren des Wassers von dem Wassereinspritzer 20 steuern.
Die Entleerung des Wassereinspritzers 20 kann einen ersten Entleerungsschritt S21 und einen zweiten Entleerungsschritt S22, wie in 11 dargestellt, umfassen.
Bezugnehmend auf 11 kann die ECU 60 das Absperrventil 34 und das Einspritzventil 36 schließen und die Entleerung des Wassereinspritzers 20 während einer vorgegebenen Entleerungszeit ausführen.
Die Entleerung des Wassereinspritzers 20 wird nachstehend mit näheren Einzelheiten beschrieben.
Das Entleerungsventil 43 kann während des Wassereinspritzbetriebs geschlossen sein, wie in 12 dargestellt (siehe „104“ in 12). Nachdem die Wassereinspritzung gestoppt hat, kann der erste Entleerungsschritt S21 ausgeführt werden, indem das Entleerungsventil 43 während einer vorgegebenen ersten Entleerungszeit (siehe „e“ in 2) ausgeführt werden.
Die ECU 60 kann das Entleerungsventil 43 in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen zweiten PWM Arbeitszyklus PW2 steuern, so dass die Öffnung und die Schließung des Entleerungsventils 43 während der vorgegebenen ersten Entleerungszeit e im Schritt S21 wiederholt werden kann. Wie in 13 dargestellt kann die komprimierte Luft von dem Lufttank 42 durch das Luftzuführungsrohr 41 strömen und an den Wassereinspritzer 20 und den Innenraum des Wasserzuführungsrohrs 31, das mit dem Wassereinspritzer 20 verbunden ist, geliefert werden, und somit kann das Wasser, das in dem Wasserzuführungsrohr 31 verbleibt, das eine Verbindung mit dem Wassereinspritzer 20 aufweist, durch eine Entleerung (siehe „105“ in 13) abgegeben werden.
Nach dem ersten Entleerungsschritt S21 kann der zweite Entleerungsschritt S22 während einer vorgegebenen zweiten Entleerungszeit (siehe „f“ in 2) ausgeführt werden.
Die ECU 60 kann das Entleerungsventil 43 in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen dritten PWM Arbeitszyklus PW3 derart steuern, dass der zweite Entleerungsschritt S22 ausgeführt wird. Hierbei kann der dritte PWM Arbeitszyklus PW3 größer als der zweite PWM Arbeitszyklus sein. Zum Beispiel kann der dritte PWM Arbeitszyklus 60 % sein und der zweite PWM Arbeitszyklus kann 30 % sein. In dem Einspritzbetrieb OP2 für komprimierte Luft kann der erste PWM Arbeitszyklus PW1 größer als der dritte PWM Arbeitszyklus PW3 sein.
Ferner kann die zweite Entleerungszeit f länger als die erste Entleerungszeit e sein.
In dem zweiten Entleerungsschritt S22, wie in 14 dargestellt, kann die komprimierte Luft von dem Lufttank 42 durch das Luftzuführungsrohr 41 strömen und an den Wassereinspritzer 21 zugeführt werden, und somit kann eine Verstopfung der Düse des Wassereinspritzers 20 als Folge des Rückflusses des EGR Gases verhindert werden (siehe „107“ in 14).
Wie voranstehend beschrieben kann das Wasser sequenziell von dem Wasserzuführungsrohr 31 und dem Wassereinspritzer 20 in dem ersten Entleerungsschritt S21 und dem zweiten Entleerungsschritt S22 sequenziell entleert werden, wobei verhindert wird, dass das Wasser in dem Wasserzuführungsrohr 31 und dem Wassereinspritzer 20 verbleibt.
Nach dem zweiten Entleerungsschritt S22 kann die ECU 60 die Menge des stagnierten Wassers in der Ansaugleitung 3d bestimmen und das Abführungsventil 52 für eine vorgegebene Zeit, wenn die Menge des stagnierten Wassers einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, öffnen, wobei das stagnierte bzw. verbleibende Wasser in der Ansaugleitung 3d in den Wassertank 32 über das Wassersammelrohr 51 im Schritt S23 gesammelt wird.
Die ECU 60 kann die Menge des stagnierten Wassers unter Verwendung der Menge von Wasser, das von dem Wassereinspritzer 20 in dem Wassereinfüllschritt (insbesondere in dem zweiten Wassereinfüllschritt S2) geleckt hat, der Menge des stagnierten Wassers in dem Ansaugrohr 2 oder der Ansaugleitung 3d, das nicht automatisiert ist, wenn der Wassereinspritzer 20 das Wasser in dem Arbeitszyklus-Steuerschritt S3 einspritzt, und der Menge des Wassers, das von dem Wasserzuführungsrohr 31 in dem ersten Entleerungsschritt S21 abgegeben wird, bestimmen (vorhersagen).
Die ECU 60 kann die Menge von Wasser, das in dem zweiten Wassereinfüllschritt unter Verwendung der zweiten Wassereinfüllzeit b und des internen Volumens des Wasserzuführungsrohrs 31, das mit dem Wasser in dem zweiten Wassereinfüllschritt gefüllt ist, bestimmen und kann die Menge des Wassers, welches in das Ansaugrohr 2 oder die Ansaugleitung 3d von dem Wassereinspritzer 20 geleckt hat, durch Subtraktion der Wassermenge, die in dem zweiten Wassereinfüllschritt eingefüllt wird, von der Menge von Wasser, die von dem Wassertank 32 zugeführt wird, bestimmen.
Wenn das Wasser von dem Wassereinspritzer 20 in dem Arbeitszyklus-Steuerschritt S3 eingespritzt wird, dann kann unter Umständen eine Situation bestehen, bei der das Wasser nicht in den Zylinder in einem Zustand, bei dem das Wasser vollständig automatisiert ist (100 %), hineinfließt, und ein Teil des Wassers kann in dem Ansaugrohr 2 oder der Einlassleitung 3d als Folge der Flusscharakteristiken und eines Wasserbenetzungsphänomens in einem Strömungsgeschwindigkeits-Verringerungsabschnitt verbleiben bzw. stagnieren. Diesbezüglich kann die ECU 60 die Menge des stagnierten Wassers in dem Arbeitszyklus-Steuerschritt S3 über einen Test auf Grundlage der Menge von Wasser in Übereinstimmung mit einer Einspritzmenge, einem Einspritzdruck und einer Einspritzzeit bestimmen.
Die ECU 60 kann die Wassermenge, die durch Entleerung in dem ersten Entleerungsschritt S21 abgegeben wird, durch Verwendung des zweiten PWM Arbeitszyklus PW2 während der ersten Entleerungszeit e, des internen Drucks des Wasserzuführungsrohrs 31 und dergleichen bestimmen.
Wie voranstehend aufgeführt können das Maschinensystem und das Verfahren zum Steuern von diesem, gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, selektiv einen Wassereinspritzbetrieb, einen Einspritzbetrieb für komprimierte Luft und einen Wassereinspritz-Stoppbetrieb gemäß der Betriebsbedingungen der Maschine selektiv ausführen, um dadurch das optimale Betriebsverhalten in sämtlichen Betriebsbedingungen der Maschine zu erreichen.
Zur einfacheren Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oberer“, „unterer“, „interner“, „äußerer“, „aufwärts“, „abwärts“, „oberer“, „unterer“, „aufwärts“, „abwärts“, „hinterer“, „hinten“, „innerhalb“, „außerhalb“, „nach innen gerichtet“, „nach außen gerichtet“, „intern“, „extern“, „intern“, „vorwärts“ und „rückwärts“ verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen von derartigen Merkmalen, wie in den Figuren angezeigt, beschrieben.
Die voranstehenden Beschreibungen von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für die Zwecke einer Illustration und Beschreibung dargeboten worden. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend sind oder die Erfindung auf die genauen Ausbildungen, die offenbart werden, beschränken und offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen im Hinblick auf die obigen Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Grundprinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern, um Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet in die Lage zu versetzen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikation davon durchzuführen und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hier angehängten Ansprüche und deren äquivalente Ausführungsformen abgegrenzt ist.
Bezugszeichenliste

1:: Maschine
3:: Ansaugsystem
7:: Auslasssystem
10:: Wassereinspritzsystem
20:: Wassereinspritzer
30:: Wasserzuführungsschaltung
31:: Wasserzuführungsrohr
32:: Wassertank
33:: Wasserpumpe
34:: Absperrventil
35:: Drucksensor
36:: Einspritzventil
40:: Entleerungsschaltung
41:: Luftzuführungsrohr
42:: Lufttank
43:: Entleerungsventil
50:: Wassersammelschaltung
51:: Wassersammelrohr
52:: Abführungsventil
53:: Filter
60:: ECU
90:: Abgasrückführungs-(EGR)-System
91:: EGR Rohr
92:: EGR Kühler
93:: EGR Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020170169441 [0001]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Maschinensystems umfassend eine Maschine mit einem Ansaugsystem und einem Auslasssystem, ein Wassereinspritzsystem mit einem Wassereinspritzer und einer Entleerungsschaltung, die Wasser von dem Wassereinspritzer entleert, und ein Abgasrückführungs-(EGR)-System, welches Abgase an das Ansaugsystem zurückgeführt, wobei das Verfahren umfasst: einen Wassereinspritzbetrieb zum Einspritzen, gemäß einem Signal eines Controllers, des Wassers in das Ansaugsystem durch den Wassereinspritzer des Wassereinspritzsystems in einer ersten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Wassereinspritzung benötigt wird; einen Einspritzbetrieb für komprimierte Luft zum Einspritzen, gemäß einem Signal des Controllers, von komprimierter Luft in das Ansaugsystem durch die Entleerungsschaltung des Wassereinspritzsystems in einer zweiten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird; und einen Wassereinspritz-Stoppbetrieb zum Stoppen, gemäß einem Signal des Controllers, der Wassereinspritzung des Wassereinspritzsystems in einer dritten Betriebsbedingung der Maschine, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wassereinspritzsystem umfasst: eine Wasserzuführungsschaltung mit einem Wasserzuführungsrohr, einen Wassertank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wasserzuführungsrohrs vorgesehen ist, ein Absperrventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wassertanks vorgesehen ist, und ein Einspritzventil, welches auf einer stromabwärts liegende Seite des Absperrventils und auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wassereinspritzers vorgesehen ist, und wobei der Wassereinspritzbetrieb umfasst: einen ersten Wassereinfüllschritt zum Füllen des Wasserzuführungsrohrs mit dem Wasser, welches von dem Wassertank an einen Erlass des Einspritzventils fließt, indem kontinuierlich das Absperrventil für eine Dauer der Wassereinspritzung geöffnet und das Einspritzventil während einer vorgegebenen ersten Wassereinfüllzeit in der Dauer der Wassereinspritzung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wassereinspritzbetrieb ferner erfasst: einen zweiten Wassereinfüllschritt zum Füllen des Wasserzuführungsrohrs mit dem Wasser, welches von dem Wassertank an den Wassereinspritzer fließt, indem das Einspritzventil während einer vorgegebenen zweiten Wassereinfüllzeit nach der vorgegebenen ersten Wassereinfüllzeit in der Dauer der Wassereinspritzung geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Wassereinspritzbetrieb ferner erfasst: einen Arbeitszyklus-Steuerschritt zum Steuern des Einspritzventils in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Arbeitszyklus, um das Einspritzventil für eine vorgegebene Zeit, nach dem zweiten Wassereinfüllschritt in der Dauer der Wassereinspritzung wiederholt zu öffnen und zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entleerungsschaltung umfasst: ein Luftzuführungsrohr, welches mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks und auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wassereinspritzers vorgesehen ist, und wobei der Einspritzbetrieb für komprimierte Luft ausgeführt wird, indem das Entleerungsventil mit einem vorgegebenen Öffnungsbetrag geöffnet wird, um die in dem Lufttank gespeicherte komprimierte Luft in das Ansaugsystem einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entleerungsschaltung ein Luftzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks und auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wassereinspritzer vorgesehen ist, umfasst, und wobei der Einspritzbetrieb für komprimierte Luft ausgeführt wird, indem das Entleerungsventil in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen ersten PWM Arbeitszyklus betrieben wird, um die in dem Lufttank gespeicherte komprimierte Luft in das Ansaugsystem einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Einspritzung von komprimierter Luft gestoppt wird, wenn ein Druck einer Ansaugleitung des Ansaugsystems höher ist als ein vorgegebener Druck.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Entleerungsschaltung ein Luftzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks und auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wassereinspritzer vorgesehen ist, umfasst, und wobei der Wassereinspritz-Stoppbetrieb ausgeführt wird, indem das Wasser von dem Wassereinspritzer durch Betreiben des Entleerungsventils der Entleerungsschaltung entleert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Entleerung des Wassereinspritzers einen ersten Entleerungsschritt und einen zweiten Entleerungsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Entleerungsschaltung ausgeführt wird, indem das Entleerungsventil in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen zweiten PWM Arbeitszyklus gesteuert wird, um das Entleerungsventil während einer vorgegebenen ersten Entleerungszeitperiode wiederholt zu öffnen und zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Amplitude des vorgegebenen zweiten PWM Arbeitszyklus kleiner als eine Amplitude des vorgegebenen ersten PWM Arbeitszyklus ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der vorgegebene zweite PWM Arbeitszyklus kleiner als der vorgegebene erste PWM Arbeitszyklus ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Entleerungsschritt ausgeführt wird, indem das Entleerungsventil in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen dritten PWM Arbeitszyklus nach der vorgegebenen zweiten Entleerungszeitperiode gesteuert wird, um das Entleerungsventil während einer vorgegebenen zweiten Entleerungszeitperiode wiederholt zu öffnen und zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der vorgegebene dritte PWM Arbeitszyklus kleiner als der vorgegebene erste PWM Arbeitszyklus ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Amplitude des vorgegebenen dritten PWM Arbeitszyklus kleiner ist als eine Amplitude des vorgegebenen ersten PWM Arbeitszyklus.
Maschinensystem, umfassend: eine Maschine mit einem Ansaugsystem und einem Auslasssystem; ein Wassereinspritzsystem mit einem Wassereinspritzer, der an dem Ansaugsystem vorgesehen ist und konfiguriert ist zum selektiven Einspritzen von Wasser in das Ansaugsystem, einer Wasserzuführungsschaltung, die das Wasser an den Wassereinspritzer zuführt, und einer Entleerungsschaltung, die an der Wasserzuführungsschaltung eingreift und das Wasser von dem Wassereinspritzer selektiv entleert; ein Abgasrückführungs-(EGR)-System, welches zwischen dem Ansaugsystem und dem Auslasssystem angeordnet; und einen Controller, der mit dem Wassereinspritzsystem elektrisch verbunden ist und konfiguriert ist zum Ausführen von Betriebsvorgängen zum: Einspritzen des Wassers in das Ansaugsystem durch den Wassereinspritzer des Wassereinspritzsystems in einer ersten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Wassereinspritzung benötigt wird, Einspritzen von komprimierter Luft in das Ansaugsystem durch die Entleerungsschaltung des Wassereinspritzsystems in einer zweiten Betriebsbedingung der Maschine, bei der eine Einspritzung von komprimierter Luft benötigt wird; und Stoppen der Wassereinspritzung der Wassereinspritzsystem in einer dritten Betriebsbedingung, bei der ein Stopp der Wassereinspritzung benötigt wird.
Maschinensystem nach Anspruch 16, wobei die Wasserzuführungsschaltung ein Wasserzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Wassertank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wasserzuführungsrohrs vorgesehen ist, ein Absperrventil, das auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wassertanks vorgesehen ist, und ein Einspritzventil, das auf einer stromabwärts liegenden Seite des Absperrventils und einer stromaufwärts liegenden Seite des Wassereinspritzers vorgesehen ist, umfasst.
Maschinensystem nach Anspruch 17, ferner umfassend eine Wassersammelschaltung, die das Wasser von dem Ansaugsystem der Maschine an den Wassertank sammelt.
Maschinensystem nach Anspruch 16, wobei die Entleerungsschaltung ein Luftzuführungsrohr, das mit dem Wassereinspritzer verbunden ist, einen Lufttank, der auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Luftzuführungsrohrs vorgesehen ist, und ein Entleerungsventil, welches auf einer stromabwärts liegenden Seite des Lufttanks und auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Wassereinspritzers vorgesehen ist, umfasst.