DE102019120278A1

DE102019120278A1 - System und Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer versehen ist

Info

Publication number: DE102019120278A1
Application number: DE102019120278.7A
Authority: DE
Inventors: Jin Woo Choung; Kiyoung Kwon
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20200067533A; US10823090B2; US20200173375A1

Abstract

System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, aufweisend einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Brennkammer (12), einem Einlassventil (14), einer Zündkerze (15) und einem Auslassventil (16), eine Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer (30) zum Einstellen einer Einlassdauer des Einlassventils (14) und einer Auslassdauer des Auslassventils (16), und eine Steuereinrichtung (70) zum Einstellen eines Zündzeitpunktes der Zündkerze (15), der Einlassdauer und der Auslassdauer basierend auf einer Antriebsbedingung des Fahrzeuges, wobei bis eine Temperatur des Abgases eine vorbestimmte Temperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors (10) erreicht, die Steuereinrichtung (70) den Zündzeitpunkt der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs setzt, die Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs setzt, und die Auslassdauer des Auslassventils (16) auf eine Grenzauslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer erhöht.

Description

Für die Anmeldung wird die Priorität der am 04. Dezember 2018 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0154500 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer versehen ist.
Im Allgemeinen erzeugt ein Verbrennungsmotor eine Leistung durch Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkammer. Wenn die Luft angesaugt wird, werden die Einlassventile durch Antreiben einer Nockenwelle betätigt, und die Luft wird in die Brennkammer gesaugt, während das Einlassventil geöffnet ist. Ferner wird durch Antreiben der Nockenwelle ein Auslassventil betätigt, und das Abgas wird von der Brennkammer abgeführt, während das Auslassventil geöffnet ist.
Bei dem Verbrennungsmotor variiert der optimale Einlassventil/Auslassventil-Betrieb entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Das heißt, ein geeigneter Hub der Ventile oder ein Öffnungs-/Schließzeitpunkt der Ventile hängt von der Drehzahl des Verbrennungsmotors ab. Um einen geeigneten Ventilbetrieb entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu realisieren, sind eine Mehrzahl von Nocken zum Antreiben der Ventile vorgesehen, und eine Vorrichtung für kontinuierlich variablen Ventilhub (CWL) wurde entwickelt, um verschiedene Hübe entsprechend der Verbrennungsmotordrehzahl zu schaffen.
Ferner wurde eine Technologie für kontinuierlich variable Ventilzeitsteuerung (CWT) entwickelt, um die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile zu steuern, während die Öffnungs- und Schließzeitdauern fixiert sind.
In den letzten Jahren wurde eine Technik bei einem Fahrzeug angewendet, um eine Ventilöffnungsdauer, d.h. eine Öffnungs- oder Schließzeitdauer eines Ventils basierend auf einer Antriebsbedingung eines Fahrzeuges zu steuern.
Im Allgemeinen ist ein Fahrzeug mit einem Katalysator ausgestattet, um die in dessen Abgas enthaltenen Emissionen zu reduzieren. Das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor über den Abgaskrümmer abgeführt wird, wird zu dem Katalysator, der in dem Abgasrohr installiert ist, geführt und darin gereinigt. Das Abgas tritt durch den Schalldämpfer hindurch, um das Geräusch zu vermindern, und wird über das Endrohr an die Atmosphäre abgeführt. Der oben beschriebene Katalysator reinigt die in dem Abgas enthaltenen Emissionen. Ein Rußfilter zum Sammeln von Feinstaub (PM), der in dem Abgas enthalten ist, kann in dem Abgasrohr montiert sein.
Der Dreiwegekatalysator (TWC) ist ein Typ des Katalysators und reagiert mit Kohlenwasserstoffverbindungen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden (NOx), welche schädliche Bestandteile von Abgas sind, so dass diese schädlichen Verbindungen entfernt werden. Ein Pt/Rh-, Pd/Rh- oder Pt/Pd/Rh-System wird für den Dreiwegekatalysator vor allem bei Fahrzeugen mit Benzinmotor verwendet.
Um bei dem Dreiwegekatalysator die in dem Abgas enthaltenen Rückstände zu reinigen, sollte die Temperatur des Dreiwegekatalysators höher als die Aktivierungstemperatur sein. Es wurde herausgefunden, dass, wenn die Temperatur des Dreiwegekatalysators in dem Anfangsstadium des Startens des Fahrzeuges niedrig ist, das Abgas nicht gereinigt werden kann und an die Außenseite des Fahrzeuges abgeführt wird. Daher ist es erwünscht, die Temperatur des Abgases zu erhöhen, wenn die Temperatur des Dreiwegekatalysators niedrig ist, oder die Menge der Emissionen in dem Abgas zu reduzieren, während der Dreiwegekatalysator aufgewärmt wird.
Mit der Erfindung werden ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer versehen ist, zum Erhöhen einer Temperatur von Abgas oder Reduzieren von Emissionen (EM), die in dem Abgas enthalten sind, durch Einstellen einer Einlassdauer, einer Auslassdauer des Abgases und eines Zündzeitpunktes geschaffen.
Ein System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist auf: einen Verbrennungsmotor mit einer Brennkammer, einem Einlassventil, das in der Brennkammer zum wahlweisen Zuführen von Luft oder eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff zu der Brennkammer vorgesehen ist, einer Zündkerze (bzw. einem Zündschalter), die in der Brennkammer zum Zünden und Verbrennen des Gemisches vorgesehen ist, und einem Auslassventil, das in der Brennkammer zum wahlweisen Abführen des Abgases in der Brennkammer zu einer Außenseite der Brennkammer angeordnet ist, eine Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer, die zum Einstellen einer Einlassdauer des Einlassventils und einer Auslassdauer des Auslassventils vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung zum Einstellen eines Zündzeitpunktes der Zündkerze, der Einlassdauer und der Auslassdauer basierend auf einer Fahrbedingung (z.B. Antriebsbedingung) des Fahrzeuges. Die Steuereinrichtung setzt insbesondere, bis die Temperatur des Abgases eine vorbestimmte Temperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors erreicht, den Zündzeitpunkt der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs, setzt die Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs, und erhöht die Auslassdauer auf eine Grenzauslassdauer, die basierend auf der von der Steuereinrichtung gesetzten Einlassdauer ermittelt wird.
Die Steuereinrichtung ermittelt in einer Ausführungsform vor dem Einstellen des Zündzeitpunktes, der Einlassdauer und der Auslassdauer einen optimalen Zündzeitpunkt basierend auf einer Zielabgastemperatur des Abgases und setzt den Zündzeitpunkt auf den optimalen Zündzeitpunkt, und die Steuereinrichtung erhöht auch die Auslassdauer, die basierend auf der Zielabgastemperatur und dem optimalen Zündzeitpunkt ermittelt wird.
Die Steuereinrichtung setzt, nachdem die Temperatur des Abgases die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, den Zündzeitpunkt der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs, setzt die Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs, und erhöht die Auslassdauer auf die Grenzauslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer.
Die Steuereinrichtung setzt, nachdem die Temperatur des Abgases die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, den Zündzeitpunkt der Zündkerze auf den optimalen Zündzeitpunkt zur Abgasreduktion, setzt die Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs, und erhöht die Auslassdauer des Auslassventils auf die optimale Auslassdauer basierend auf der gesetzten Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer.
Die Steuereinrichtung setzt, bis die Temperatur des Abgases die vorbestimmte Temperatur erreicht, und wenn ein Fahr(D)-Bereich oder ein Rückwärts(R)-Bereich eines Gangschalthebels erfasst wird oder ein Gaspedal niedergedrückt wird, den Zündzeitpunkt auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs, setzt die Einlassdauer auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs, und erhöht die Auslassdauer auf die optimale Auslassdauer entsprechend der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer.
Das System kann ferner aufweisen einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden, die in dem Abgas an der Abstromseite (bzw. stromabwärts) des Verbrennungsmotors enthalten sind.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer versehen ist, vorgesehen. Der Verbrennungsmotor weist ein Einlassventil, eine Zündkerze (bzw. einen Zündschalter) und ein Auslassventil auf, und die Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer ist zum Einstellen einer Einlassdauer des Einlassventils und einer Auslassdauer des Auslassventils vorgesehen. Insbesondere umfasst das Verfahren das Setzen eines Zündzeitpunktes der Zündkerze des Verbrennungsmotors auf einen optimalen Zündzeitpunkt entsprechend einer Zielabgastemperatur des Abgases, wenn der Verbrennungsmotor gestartet ist, durch eine Steuereinrichtung, Setzen der Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung, und Erhöhen der Auslassdauer des Auslassventils auf eine optimale Auslassdauer entsprechend der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen das Ermitteln, ob eine Temperatur des Abgases eine erste gesetzte Temperatur erreicht, durch die Steuereinrichtung, Setzen des Zündzeitpunktes der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs, wenn die Temperatur des Abgases die erste gesetzte Temperatur erreicht, durch die Steuereinrichtung, Setzen der Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung, und Erhöhen der Auslassdauer auf eine Grenzauslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung.
Das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner umfassen das Ermitteln einer Lage (bzw. einer Anordnung oder Stelle) eines Gangschalthebels und eines Betriebs eines Gaspedals durch die Steuereinrichtung, und wenn der Gangschalthebel in einem D-Bereich oder einem R-Bereich ist, oder wenn das Gaspedal niedergedrückt ist, Setzen des Zündzeitpunktes der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs durch die Steuereinrichtung, Setzen der Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung, und Erhöhen der Auslassdauer des Auslassventils auf die optimale Auslassdauer entsprechend der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ferner aufweisen: wenn der Gangschalthebel nicht in dem D-Bereich oder dem R-Bereich erfasst ist, und das Gaspedal nicht niedergedrückt ist, Ermitteln, ob die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer (bzw. höher) als eine zweite gesetzte Temperatur ist, wenn die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer (bzw. höher) als die zweite gesetzte Temperatur ist, Setzen des Zündzeitpunktes der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs durch die Steuereinrichtung, Setzen der Einlassdauer des Einlassventils auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung, und Erhöhen der Auslassdauer des Auslassventils auf die optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Temperatur des Abgases durch Einstellen einer Einlassdauer, einer Auslassdauer des Abgases und eines Zündzeitpunktes erhöht werden. In diesem Falle kann der Dreiwegekatalysator, der sich an der Abstromseite des Verbrennungsmotors befindet, schnell erwärmt werden, um die Aktivierungstemperatur schnell zu erreichen. Daher kann die Menge von Emissionen durch Reduzieren der Aufwärmzeit des Dreiwegekatalysators verringert werden.
Außerdem kann durch Einstellen der Einlassdauer, der Auslassdauer und des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors die Temperatur des Abgases erhöht werden, und die Menge von Schadstoffen, die in dem Abgas enthalten sind, kann reduziert werden. Daher kann die Aufwärmzeit des Dreiwegekatalysators verkürzt werden, und die Menge von Emissionen kann reduziert werden.
Außerdem kann die Menge von Emissionen, die in dem Abgas enthalten sind, durch Einstellen der Einlassdauer, der Auslassdauer und des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors reduziert werden. Durch Reduzieren der Menge von Emissionen, die in den Dreiwegekatalysators eintreten, während der Dreiwegekatalysator nicht aufgewärmt ist, kann die Menge von Emissionen, die aus dem Fahrzeug austreten, reduziert werden.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit sind aus der hierin vorgesehenen Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele lediglich für Zwecke der Erläuterung beabsichtigt sind und nicht dazu bestimmt sind, den Bereich der Erfindung zu beschränken.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -20,3°KW fixiert ist;
4 ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -15°KW fixiert ist;
5 ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -5°KW fixiert ist;
6 ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -20,3°KW fixiert ist;
7 ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -15°KW fixiert ist;
8 ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -5°KW fixiert ist;
9 ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer variiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt fixiert ist;
10 ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer variiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt fixiert ist; und
11A und 11B Flussdiagramme eines Verfahrens zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Die hierin beschriebene Zeichnung ist lediglich für erläuternde Zwecke und nicht dazu bestimmt, den Bereich der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, Anmeldung oder Verwendungen zu beschränken. Es versteht sich, dass durch die Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Es versteht sich, dass die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Eigenschaften darstellen, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung aufzeigen. Die speziellen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die zum Beispiel spezielle Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen umfassen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise durch die jeweils beabsichtigte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt.
Die hierin verwendete Terminologie ist lediglich für den Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen, und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung zu beschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine“ und „die“ dazu bestimmt, auch die Pluralformen zu umfassen, wenn nicht der Zusammenhang deutlich etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ irgendeine und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente. Der Begriff „gekuppelt“ bezeichnet eine physikalische Beziehung zwischen zwei Komponenten, wobei die Komponenten entweder direkt miteinander verbunden sind oder indirekt über eine oder mehrere Zwischenkomponenten miteinander verbunden sind.
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“, „Fahrzeug-“, „Automobil“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie hierin verwendet wird, allgemeine Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen, die Geländewagen (SUV) einschließen, Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, die eine Vielfalt von Booten und Schiffen einschließen, Luftfahrzeuge, und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit Alternativkraftstoff (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) umfasst.
Außerdem versteht es sich, dass ein oder mehrere der nachstehenden Verfahren oder Aspekte davon durch wenigstens eine Steuereinrichtung ausgeführt werden können. Der Begriff „Steuereinrichtung“ kann eine Hardware-Vorrichtung bezeichnen, die einen Speicher und einen Prozessor aufweist. Der Speicher ist derart konfiguriert, dass er Programminstruktionen speichert, und der Prozessor ist speziell derart programmiert, dass er die Programminstruktionen ausführt, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche weiter unten beschrieben sind. Jedoch versteht es sich, dass die nachfolgenden Verfahren durch ein System ausgeführt werden können, das die Steuereinrichtung aufweist, wie nachfolgend im Detail beschrieben ist.
Ferner kann die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als nichtvergängliches computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium ausgestaltet sein, das ausführbare Programminstruktionen enthält, die von einem Prozessor, einer Steuereinrichtung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele der computerlesbaren Medien umfassen, jedoch sind nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, CD-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Speichersticks, Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Speichermedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt werden, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise, z.B. durch einen Telematikserver oder ein Steuerbereichsnetzwerk (CAN) gespeichert und ausgeführt wird.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung im Detail beschrieben.
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, weist ein System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors einen Verbrennungsmotor 10, eine Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer (CVVD) 30, ein Abgasrohr 40, einen Dreiwegekatalysator 60 und eine Steuereinrichtung 70 auf.
Der Verbrennungsmotor 10 verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, in welchem Kraftstoff und Luft gemischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Brennkammer 12, ein Einlassventil 14, eine Zündkerze 15, ein Auslassventil 16, eine Einspritzdüse 18, einen Ansaugkrümmer 20 und einen Abgaskrümmer 22 auf.
Die Brennkammer 12 ist mit dem Ansaugkrümmer 20 verbunden, um eine Luft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch darin aufzunehmen. Eine Einlassöffnung ist in der Brennkammer 12 ausgebildet und mit dem Einlassventil 14 ausgestattet. Das Einlassventil 14 wird durch Drehung einer mit einer Kurbelwelle verbundenen Nockenwelle betrieben, um die Einlassöffnung zu öffnen oder zu schließen. Wenn das Einlassventil 14 die Einlassöffnung öffnet, strömt die Luft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Ansaugkrümmer 20 über die Einlassöffnung in die Brennkammer 12. Wenn hingegen das Einlassventil 14 die Einlassöffnung schließt, strömt die Luft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Ansaugkrümmer 20 nicht in die Brennkammer 12. Außerdem ist die Brennkammer 12 mit dem Abgaskrümmer 22 verbunden, so dass das Abgas, das in dem Verbrennungsprozess erzeugt wird, in dem Abgaskrümmer 22 gesammelt wird und zu dem Abgasrohr 40 herausströmt. Eine Auslassöffnung ist in der Brennkammer 12 ausgebildet und mit dem Auslassventil 16 ausgestattet. Das Auslassventil 16 wird ebenfalls durch die Drehung der mit der Kurbelwelle verbundenen Nockenwelle betrieben, um die Auslassöffnung zu öffnen oder zu schließen. Wenn das Auslassventil 16 die Auslassöffnung öffnet, strömt das Abgas in der Brennkammer 12 über die Auslassöffnung zu dem Abgaskrümmer 22. Wenn hingegen das Auslassventil 16 die Auslassöffnung schließt, strömt das Abgas in der Brennkammer 12 nicht zu dem Abgaskrümmer 22.
In Abhängigkeit von den Typen des Verbrennungsmotors kann die Brennkammer 12 mit der Einspritzdüse 18 ausgestattet sein, um den Kraftstoff in die Brennkammer 12 einzuspritzen (z.B. im Falle eines Verbrennungsmotors mit Benzin-Direkteinspritzung). Außerdem kann in Abhängigkeit von den Typen des Verbrennungsmotors die Zündkerze 15 an einer Oberseite der Brennkammer 12 vorgesehen sein, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 12 zu zünden (z.B. im Falle eines Benzinmotors).
Die Doppel-CVVD-Vorrichtung 30 ist an einem oberen Abschnitt des Verbrennungsmotors 10 montiert und stellt eine Öffnungsdauer des Einlassventils 14 und eine Öffnungsdauer des Auslassventils 16 ein. Die Doppel-CVVD-Vorrichtung 30 ist durch Einbeziehung einer Einlass-CVVD-Vorrichtung zur variablen Steuerung der Öffnungsdauer des Einlassventils 14 und einer Auslass-CWD-Vorrichtung zur variablen Steuerung der Öffnungsdauer des Auslassventils 16 konstruiert. Verschiedene CWD-Vorrichtungen, die soweit bekannt sind, wie eine CWD-Vorrichtung, die in dem Koreanischen Patent Nr. 1619394 offenbart ist, können als die Doppel-CVVD-Vorrichtung 30 verwendet werden, und der gesamte Inhalt des Koreanischen Patents Nr. 1619394 ist durch Bezugnahme hierin einbezogen. Ebenso können zusätzlich zu der CVVD-Vorrichtung, die in dem Koreanischen Patent Nr. 1619394 offenbart ist, verschiedenen CWD-Vorrichtungen, die soweit bekannt sind, verwendet werden, und es versteht sich, dass die CWD-Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die CWD-Vorrichtung, die in dem Koreanischen Patent Nr. 1619394 offenbart ist, beschränkt ist.
Hier wird die Öffnungsdauer des Einlassventils 14 als eine „Einlassdauer“ bezeichnet. Die Einlassdauer ist als eine Dauer definiert, von wann das Einlassventil 14 geöffnet ist bis wann das Einlassventil 14 geschlossen ist. Außerdem wird ein Zeitpunkt, zu welchem das Einlassventil 14 geöffnet wird, als ein Einlassventil-Öffnungs(IVO)-Zeitpunkt bezeichnet, und ein Zeitpunkt, zu welchem das Einlassventil 14 geschlossen wird, wird als ein Einlassventil-Schließ(IVC)-Zeitpunkt bezeichnet. Daher ist die Einlassdauer die Dauer von dem IVO-Zeitpunkt bis zu dem IVC-Zeitpunkt.
Hier wird die Öffnungsdauer des Auslassventils 16 als eine „Auslassdauer“ bezeichnet. Die Auslassdauer ist als eine Dauer definiert, von wann das Auslassventil 16 geöffnet ist bis wann das Auslassventil 16 geschlossen ist. Außerdem wird ein Zeitpunkt, zu welchem das Auslassventil 16 geöffnet wird, als ein Auslassventil-Öffnungs(EVO)-Zeitpunkt bezeichnet, und ein Zeitpunkt, zu welchem das Auslassventil 16 geschlossen wird, wird als ein Auslassventil-Schließ(EVC)-Zeitpunkt bezeichnet. Daher ist die Auslassdauer die Dauer von dem EVO-Zeitpunkt bis zu dem EVC-Zeitpunkt.
Das Abgasrohr 40 ist mit dem Abgaskrümmer 22 verbunden, um das Abgas zu einer Außenseite eines Fahrzeuges abzuführen. Verschiedene Katalysatoren sind an dem Abgasrohr 40 montiert, um die in dem Abgas enthaltene Emission (EM) zu entfernen. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist es beispielhaft, dass der Aufwärmkatalysator 60, der den TWC (Dreiwegekatalysator) umfasst, in dem Abgasrohr 40 montiert, jedoch versteht es sich, dass der in dem Abgasrohr 40 montierte Katalysator nicht auf den Aufwärmkatalysator 60, der den TWC umfasst, beschränkt ist.
Der Dreiwegekatalysator 60 ist in dem Abgasrohr 40 angeordnet, durch welches das von dem Verbrennungsmotor 10 abgeführte Abgas hindurchströmt, und Schadstoffe, die CO, HC und NOx umfassen, die in dem Abgas enthalten sind, werden durch eine Oxidationsreaktion in dem TWC in unschädliche Bestandteile umgewandelt. Da der Dreiwegekatalysator für einen technisch versierten Fachmann wohlbekannt ist, wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
Das Abgasrohr 40 ist mit einer Mehrzahl von Sensoren 42, 44 und 46 zum Erfassen eines Verbrennungszustands und einer Funktion des Dreiwegekatalysators 60 ausgestattet.
Der Temperatursensor 42 ist an dem Abgasrohr 40 an einer Zustromseite des Dreiwegekatalysators 60 montiert, erfasst eine Temperatur des Abgases an der Zustromseite des Dreiwegekatalysators 60 und überträgt ein dementsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 70.
Der erste Sauerstoffsensor 44 ist an dem Abgasrohr 40 an der Zustromseite des Dreiwegekatalysators 60 montiert, erfasst eine O₂-Konzentration in dem Abgas an der Zustromseite des Dreiwegekatalysators 60 und überträgt ein dementsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 70.
Der zweite Sauerstoffsensor 46 ist an dem Abgasrohr 40 an der Abstromseite des Dreiwegekatalysators 60 montiert, erfasst eine O₂-Konzentration in dem Abgas an der Abstromseite des Dreiwegekatalysators 60 und überträgt ein dementsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 70.
Zusätzlich zu den hierin beschriebenen Sensoren 42, 44 und 46 kann ein System zur Steuerung des Verbrennungsmotors ferner verschiedene Sensoren aufweisen. Zum Beispiel kann ein zusätzlicher Temperatursensor an dem Abgasrohr 40 an der Abstromseite des Dreiwegekatalysators 60 montiert sein, um die Temperatur des Abgases an der Abstromseite des Dreiwegekatalysators 60 zu erfassen. Außerdem kann, wie in 2 gezeigt, das System zur Steuerung des Verbrennungsmotors ferner einen Schaltstufensensor 48 und einen Gaspedalpositionssensor 50 aufweisen. Darüber hinaus kann das System zur Steuerung des Verbrennungsmotors ferner einen HC-Sensor oder einen CO₂-Sensor aufweisen, der an dem Abgasrohr 40 montiert ist, und die Konzentration der EM (Emission), die in dem Abgas enthalten ist, kann über diese Sensoren erfasst werden.
Die Steuereinrichtung 70 ist mit den Sensoren 42, 44, 46, 48 und 50 elektrisch verbunden, um die Signale entsprechend den von den Sensoren 42, 44, 46, 48 und 50 erfassten Werten zu empfangen, und ermittelt den Verbrennungszustand, ob der Dreiwegekatalysator 60 normal arbeitet, und/oder eine Fahrbedingung (z.B. Antriebsbedingung) des Fahrzeuges basierend auf den Signalen. Die Steuereinrichtung 70 steuert wenigstens eines von einem Zündzeitpunkt der Zündkerze 15, einer Einlassdauer und einer Auslassdauer basierend auf den Ermittlungsergebnissen. Die Steuereinrichtung 70 kann mit einem oder mehreren Prozessoren realisiert werden, die durch ein vorbestimmtes Programm ausgeführt werden, und das vorbestimmte Programm kann derart programmiert werden, dass es jeden Schritt eines Verfahrens zur Steuerung des Verbrennungsmotors gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung durchführt.
Nachfolgend werden mit Bezug auf 2 Eingaben und Ausgaben der Steuereinrichtung 70 in dem System zur Steuerung des Verbrennungsmotors gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausführlicher beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine vereinfachte Darstellung der Eingaben und der Ausgaben der Steuereinrichtung 70 zum Realisieren des Systems zur Steuerung des Verbrennungsmotors, und es versteht sich, dass die Eingaben und die Ausgaben der Steuereinrichtung 70 nicht auf die beispielhafte Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, beschränkt sind.
Wie in 2 gezeigt, ist die Steuereinrichtung 70 mit dem Temperatursensor 42, dem ersten und dem zweiten Sauerstoffsensor 44 und 46, dem Schaltstufensensor 48 und dem Gaspedalpositionssensor 50 elektrisch verbunden und empfängt die Signale entsprechend den von den Sensoren 42, 44, 46, 48 und 50 erfassten Werten.
Der Temperatursensor 42 erfasst die Temperatur des Abgases an der Zustromseite des Dreiwegekatalysators 60 und überträgt das dementsprechende Signal an die Steuereinrichtung 70. Die Steuereinrichtung 70 prognostiziert eine Betttemperatur des Aufwärmkatalysators 60 basierend auf dem Signal.
Der erste Sauerstoffsensor 44 erfasst die O₂-Konzentration in dem Abgas an der Zustromseite des Dreiwegekatalysators 60 und überträgt ein dementsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 70, und der zweite Sauerstoffsensor 46 erfasst die O₂-Konzentration in dem Abgas an der Abstromseite des Dreiwegekatalysators 60 und überträgt ein dementsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 70. Die Steuereinrichtung 70 ermittelt basierend auf den Signalen des ersten und des zweiten Sauerstoffsensors 44 und 46, ob der Dreiwegekatalysator 60 normal arbeitet oder nicht, und steuert das Luft-KraftstoffVerhältnis des Verbrennungsmotors 10.
Der Schaltstufensensor 48 erfasst den Schaltbereich, in welchem sich der Schalthebel befindet, und überträgt ein Signal an die Steuereinrichtung 70. Zum Beispiel kann der Schaltbereich einen P-Bereich, einen R-Bereich, einen N-Bereich, einen D-Bereich und der dergleichen aufweisen.
Der Gaspedalpositionssensor 50 erfasst eine Verschiebung eines Gaspedals und überträgt ein dementsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 70. Zum Beispiel kann, wenn ein Fahrer das Gaspedal überhaupt nicht niederdrückt, die Verschiebung des Gaspedals 0% sein, und wenn der Fahrer das Gaspedal vollständig niederdrückt, kann die Verschiebung des Gaspedals 100% sein. Die Verschiebung des Gaspedals zeigt die Absicht des Fahrers, zu beschleunigen.
Die Steuereinrichtung 70 steuert den Betrieb wenigstens eines von der Zündkerze 15 und der Doppel-CWD 30 basierend auf den von den Sensoren 42, 44, 46, 48 und 50 erfassten Werten. Das heißt, die Steuereinrichtung 70 steuert den Zündzeitpunkt der Zündkerze 15, die Einlassdauer und/oder die Auslassdauer.
Hier wird mit Bezug auf die 3 bis 5 und 9 der Einfluss des Zündzeitpunktes, der Einlassdauer und der Auslassdauer auf die Abgastemperatur beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -20,3°KW fixiert ist, 4 ist ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -15°KW fixiert ist, und 5 ist ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -5°KW fixiert ist. Ferner ist 9 ein Diagramm, das die Temperatur des Abgases darstellt, wenn die Einlassdauer variiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt fixiert ist. In den 3 bis 5 ist die Luftmenge mit der Auslassdauer verbunden. Das heißt, wenn sich die Auslassdauer erhöht, erhöht sich auch die Luftmenge. Daher kann die Luftmenge als die Auslassdauer verstanden werden. Hier bedeutet das Zeichen „-“ vor dem oberen Totpunkt (OT). Ebenso bedeutet bei dem Zündzeitpunkt das Zeichen „-“ ein Verzögerungswinkel und das Zeichen „+“ ein Vorrückwinkel.
Wie in 3 gezeigt, ist bei dem Zündzeitpunkt, der auf -20,3°KW (Kurbelwinkel) fixiert ist, ersichtlich, dass unabhängig von der Einlassdauer die Temperatur des Abgases ansteigt, wie sich die Auslassdauer erhöht. Gleichermaßen ist, wie in den 4 und 5 gezeigt, ersichtlich, dass, selbst wenn der Zündzeitpunkt auf -15°KW oder -5°KW fixiert ist, unabhängig von der Einlassdauer die Temperatur des Abgases ansteigt, wie sich die Auslassdauer erhöht. Jedoch variiert der Temperaturbereich des Abgases in Abhängigkeit von dem Zündzeitpunkt. Zum Beispiel ist, wenn der Zündzeitpunkt -20,3°KW ist, der Temperaturbereich des Abgases etwa 720°C bis 850°C, wenn der Zündzeitpunkt -15°KW ist, ist der Temperaturbereich des Abgases etwa 650°C bis 800°C, und wenn der Zündzeitpunkt -5°KW ist, ist der Temperaturbereich des Abgases etwa 500°C bis 650°C. Ferner wird der variable Bereich der Auslassdauer entsprechend der Einlassdauer ermittelt. Zum Beispiel kann, wenn die Einlassdauer 205°KW oder 220°KW ist, die Auslassdauer auf 315°KW erhöht werden, jedoch führt, wenn die Einlassdauer 240°KW oder 260°KW ist, eine Erhöhung der Auslassdauer auf 315°KW zu einer schlechten Verbrennungsstabilität. Daher wird der Bereich ermittelt, in welchem die Auslassdauer entsprechend der Einlassdauer erhöht werden kann. Hier ist der maximale Wert der Auslassdauer entsprechend der Einlassdauer als die Grenzauslassdauer definiert.
Andererseits wurde bei dem Versuch herausgefunden, dass der Einfluss der Einlassdauer auf die Abgastemperatur gering ist, wenn die Einlassdauer variiert wird, während der Zündzeitpunkt und die Auslassdauer fixiert sind. Diese Versuchsergebnisse sind insgesamt in 9 dargestellt.
Wie in 9 gezeigt, steigt, wenn die Auslassdauer fixiert ist und nur die Einlassdauer variiert ist, die Temperatur des Abgases nicht viel höher als die Abgastemperatur, wenn die Einlassdauer und die Auslassdauer fixiert sind. Hingegen kann, wenn die Einlassdauer fixiert ist und nur die Auslassdauer variiert ist, die Temperatur des Abgases um etwa 100°C mehr als die Abgastemperatur erhöht werden, wenn die Einlassdauer und die Auslassdauer fixiert sind. Daher ist es effizient, die Abgastemperatur durch Fixieren der Einlassdauer und Erhöhen der Auslassdauer auf die Grenzauslassdauer zu erhöhen. Außerdem ist es aus dem Gesichtspunkt der Temperatur des Abgases effizient, den Zündzeitpunkt so viel wie möglich zu verzögern. Jedoch kann unter Berücksichtigung der Verbrennungsstabilität und der Fahrbedingung (z.B. Antriebsbedingung) des Fahrzeuges der Zündzeitpunkt auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs gesetzt werden, und die Einlassdauer kann auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs gesetzt werden. Zum Beispiel kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ein vorbestimmter Zündzeitpunktbereich für den Abgastemperaturanstieg -20,3°KW bis -15°KW sein, und ein vorbestimmter Einlassdauerbereich kann 205°KW bis 260°KW sein.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 6 bis 8 und 10 der Einfluss des Zündzeitpunktes, der Einlassdauer und der Auslassdauer auf die Mengen von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen beschrieben.
6 ist ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -20,3°KW fixiert ist, 7 ist ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -15°KW fixiert ist, und 8 ist ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt auf -5°KW fixiert ist. Ferner ist 10 ein Diagramm, das eine Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen darstellt, wenn die Einlassdauer variiert ist und die Auslassdauer variiert ist, während der Zündzeitpunkt fixiert ist.
Wie in 6 gezeigt, ist bei dem Zündzeitpunkt, der auf -20,3°KW fixiert ist, ersichtlich, dass die Menge von Stickoxiden und die Menge von Kohlenwasserstoffen mit der Variation der Auslassdauer variiert. Es ist auch ersichtlich, dass, wie sich die Auslassdauer ändert, die Änderung der Menge von Stickoxiden größer ist als die Änderung der Menge von Kohlenwasserstoffen.
Wie in 7 gezeigt, ist unter der Bedingung, dass der Zündzeitpunkt auf -15°KW fixiert ist, ersichtlich, dass die Menge von Stickoxiden und die Menge von Kohlenwasserstoffen mit der Variation der Auslassdauer variiert. Es ist auch ersichtlich, dass die Änderung der Menge von Stickoxiden und die Änderung der Menge von Kohlenwasserstoffen gleich sind, wie sich die Auslassdauer ändert. Jedoch ist, wie sich die Auslassdauer ändert, die Änderung der Menge von Stickoxiden, wenn der Zündzeitpunkt -15°KW ist, geringer als die Änderung der Menge von Stickoxiden, wenn der Zündzeitpunkt -20,3°KW ist, aber wenn der Zündzeitpunkt -15°KW ist, ist ersichtlich, dass die Änderung der Menge von Kohlenwasserstoff größer als die Änderung der Menge von Kohlenwasserstoff ist, wenn der Zündzeitpunkt -20,3°KW ist.
Wie in 8 gezeigt, ist unter der Bedingung, dass der Zündzeitpunkt auf -5°KW fixiert ist, ersichtlich, dass die Menge von Stickoxiden und die Menge von Kohlenwasserstoffen mit der Variation der Auslassdauer variiert. Ebenso ist ersichtlich, dass, wie sich die Auslassdauer ändert, die Änderung der Menge von Stickoxiden gering ist, jedoch die Änderung der Menge von Kohlenwasserstoffen groß ist.
Mit Bezug auf die 6 bis 8 ist, wenn bei dem Zündzeitpunkt -5°KW die Einlassdauer 205°KW bis 220°KW ist, die Auslassdauer 281 °KW, was die minimale Menge von Abgas (Summe der Menge von Stickoxid und Kohlenwasserstoff) ist, und wenn die Einlassdauer 240°KW bis 260°KW ist, ist die minimale Auslassdauer 260°KW. Wenn bei dem Zündzeitpunkt -15°KW die Einlassdauer 205°KW bis 220°KW ist, ist die Auslassdauer 281 °KW bis 315°KW, um die Menge des Abgases zu minimieren, und wenn die Einlassdauer 240°KW bis 260°KW ist, ist die Auslassdauer, bei welcher die Menge des Abgases minimiert ist, 281 °KW. Darüber hinaus ist, wenn bei dem Zündzeitpunkt -20,3°KW die Einlassdauer 205°KW bis 220°KW ist, die Auslassdauer 281°KW bis 315°KW, was die minimale Menge von Abgas ist, und wenn die Einlassdauer 240°KW bis 260°KW ist, ist die Auslassdauer 281°KW bis 300°KW.
Andererseits wurde, da in dem Falle, in dem die Einlassdauer in einem Zustand, in dem der Zündzeitpunkt und die Auslassdauer fixiert sind, variiert wird, der Einfluss der Einlassdauer auf die Mengen der Stickoxide und der Kohlenwasserstoffe mit dem Zündzeitpunkt und der Einlassdauer variiert, in Versuchen herausgefunden, dass der Einfluss der Einlassdauer auf die Menge von Abgas geringer als jener der Auslassdauer ist. Diese Versuchsergebnisse sind insgesamt in 10 dargestellt.
Wie in 10 gezeigt, ist, wenn die Auslassdauer fixiert ist und nur die Einlassdauer erhöht wird, die Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen (die mittlere dicke Kurve) geringer als die Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen (die rechte dicke Kurve), wenn die Auslassdauer und die Einlassdauer fixiert sind. Jedoch ist ersichtlich, dass der Grad der Verringerung der Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen infolge der Variation der Einlassdauer gering ist. Hingegen ist, wenn die Einlassdauer fixiert ist und nur die Auslassdauer erhöht wird, die Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen (die linke dicke Kurve) geringer als die Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen (die rechte dicke Kurve), wenn die Auslassdauer und die Einlassdauer fixiert sind. Außerdem ist ersichtlich, dass der Grad der Verringerung der Menge von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen infolge der Variation der Einlassdauer groß ist. Andererseits verringert sich, wenn die Einlassdauer fixiert ist und die Auslassdauer erhöht ist, die Menge von Stickoxiden, aber die Menge von Kohlenwasserstoffen verringert sich und erhöht sich dann wieder. Daher ist es, um die Menge von Stickoxiden zu reduzieren, wirksam, die Verzögerung des Zündzeitpunktes so viel wie möglich zu reduzieren, die Einlassdauer zu fixieren und die Auslassdauer zu erhöhen. Um die Menge von Kohlenwasserstoffen zu reduzieren, sollte in einem Zustand, in dem der Zündzeitpunkt und die Einlassdauer auf den optimalen Zündzeitpunkt bzw. die optimale Einlassdauer fixiert sind, die Auslassdauer entsprechend dem optimalen Zündzeitpunkt und der optimalen Einlassdauer ermittelt werden.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 11A und 11B das Verbrennungsmotorsteuerungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben. Die 11A und 11B sind Flussdiagramme eines Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Mit Bezug auf die 11A und 11B startet zuerst der Verbrennungsmotor (S101).
Dann setzt die Steuereinrichtung 70 einen Zündzeitpunkt auf einen optimalen Zündzeitpunkt entsprechend einer Zieltemperatur des Abgases (S102). Um die Temperatur des Abgases auf die Zielabgastemperatur zu erhöhen, muss der Zündzeitpunkt verzögert werden, oder die Auslassdauer muss erhöht werden. Wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird, wird die Temperatur des Abgases erhöht, jedoch kann die Menge des Abgases erhöht werden. Daher kann es in Betracht gezogen werden, den Zündzeitpunkt derart geeignet einzustellen, dass die Menge des Abgases reduziert wird, und dann die Auslassdauer (d.h. die Auslassventil-Öffnungsdauer) zu erhöhen. Diesbezüglich setzt die Steuereinrichtung 70 basierend auf der Zielabgastemperatur des Abgases einen optimalen Zündzeitpunkt, der die Menge von Emissionen minimieren kann.
Dann setzt die Steuereinrichtung 70 die Einlassdauer auf eine Einlassdauer innerhalb eines gesetzten Einlassdauerbereichs (S103). Änderungen der Einlassdauer wirken sich nicht bedeutend auf die Temperatur des Abgases und die Menge von Emissionen aus. Daher ist es erwünscht, unter Berücksichtigung der Verbrennungsstabilität und der Antriebsbedingungen des Fahrzeuges die Einlassdauer auf einen Wert innerhalb des gesetzten Einlassdauerbereichs zu setzen. Zum Beispiel kann der gesetzte Einlassdauerbereich 205°KW bis 260°KW sein.
Dann erhöht die Steuereinrichtung 70 die Auslassdauer auf eine optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Zielabgastemperatur und eine optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer (S104). Wie sich die Auslassdauer erhöht, wenn der Zündzeitpunkt und die Einlassdauer fixiert sind, verringert sich die Menge von Stickoxiden, jedoch verringert sich die Menge von Kohlenwasserstoffen. Daher ist es erwünscht, die optimale Auslassdauer zu setzen, bei welcher die Summe der Menge von Stickoxiden und der Menge von Kohlenwasserstoffen minimal ist.
Dann ermittelt die Steuereinrichtung 70, ob die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als eine erste gesetzte Temperatur ist (S105). Hier ist die erste gesetzte Temperatur die Katalysatoraktivierungstemperatur, und die Katalysatoraktivierungstemperatur bedeutet die Temperatur des Abgases, die der Temperatur entspricht, bei welcher der Dreiwegekatalysator beginnt, aktiviert zu werden (zum Beispiel 200°C).
Die Steuereinrichtung 70 setzt, wenn die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als die Katalysatoraktivierungstemperatur ist, den Zündzeitpunkt auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines gesetzten Zündzeitpunktbereichs (S106), setzt die Einlassdauer auf eine Einlassdauer innerhalb eines gesetzten Einlassdauerbereichs (S107), und erhöht die Auslassdauer auf eine Grenzauslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer (S108).
Wenn die Temperatur des Abgases nicht gleich wie oder größer als die Katalysatoraktivierungstemperatur ist, setzt die Steuereinrichtung 70 einen Zündzeitpunkt auf einen optimalen Zündzeitpunkt entsprechend der Zielabgastemperatur des Abgases (S102).
Dann ermittelt die Steuereinrichtung 70, ob durch Änderung der Position des Schalthebels der D(Fahr)-Bereich oder der R(Rückwärts)-Bereich ausgewählt wird oder das Gaspedal niedergedrückt wird (S109). Wenn der D-Bereich oder der R-Bereich ausgewählt werden oder das Gaspedal niedergedrückt wird, erhöht sich die Strömungsrate des Abgases, und die Menge des Abgases erhöht sich, so dass sich die Effizienz des Dreiwegekatalysators 60 verringern kann.
Die Steuereinrichtung 70 setzt, wenn die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als die Katalysatoraktivierungstemperatur ist, und die Schaltstufe als der D-Bereich oder der R-Bereich erfasst wird oder das Gaspedal niedergedrückt wird, den Zündzeitpunkt auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines gesetzten Zündzeitpunktbereichs (S111), setzt die Einlassdauer auf eine Einlassdauer innerhalb eines gesetzten Einlassdauerbereichs (S112), und erhöht die Auslassdauer auf eine optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Zielabgastemperatur und eine optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer (S113).
Wenn die Schaltstufe nicht als der D-Bereich oder der R-Bereich erfasst wird, und das Gaspedal nicht niedergedrückt wird, ermittelt die Steuereinrichtung 70, ob die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als eine zweite gesetzte Temperatur ist (S110). Hier bezeichnet die zweite gesetzte Temperatur die Temperatur des Abgases, die der Temperatur entspricht, bei welcher der Dreiwegekatalysator die Rückstände mit einer hohen Reinigungseffizienz reinigen kann (z.B. 300°C bis 350°C).
Die Steuereinrichtung 70 setzt, wenn die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als die zweite gesetzte Temperatur ist, da die Temperatur des Dreiwegekatalysators 60 ausreichend erhöht ist, den Zündzeitpunkt auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines gesetzten Zündzeitpunktbereichs, um die Menge von Emissionen zu minimieren (S111), setzt die Einlassdauer auf eine Einlassdauer innerhalb eines gesetzten Einlassdauerbereichs (S112), und erhöht die Auslassdauer auf eine optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Zielabgastemperatur und eine optimale Auslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer (S113).
Wenn die Temperatur des Abgases kleiner als die zweite gesetzte Temperatur ist, setzt die Steuereinrichtung 70 den Zündzeitpunkt auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines gesetzten Zündzeitpunktbereichs (S106).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Temperatur des Abgases durch Einstellen einer Einlassdauer, einer Auslassdauer des Abgases und eines Zündzeitpunktes erhöht werden. In diesem Falle kann der Dreiwegekatalysator, der sich an der Abstromseite des Verbrennungsmotors befindet, schnell erwärmt werden, um die Aktivierungstemperatur schnell zu erreichen. Daher kann die Menge von Emissionen durch Reduzieren der Aufwärmzeit des Dreiwegekatalysators verringert werden.
Außerdem kann durch Einstellen der Einlassdauer, der Auslassdauer und des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors die Temperatur des Abgases erhöht werden, und die Menge von Schadstoffen, die in dem Abgas enthalten sind, kann reduziert werden. Daher kann die Aufwärmzeit des Dreiwegekatalysators verkürzt werden, und die Menge von Emissionen kann reduziert werden.
Außerdem kann die Menge von Emissionen, die in dem Abgas enthalten sind, durch Einstellen der Einlassdauer, der Auslassdauer und des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors reduziert werden. Durch Reduzieren der Menge von Emissionen, die in den Dreiwegekatalysators eintreten, während der Dreiwegekatalysator nicht aufgewärmt ist, kann die Menge von Emissionen, die aus dem Fahrzeug austreten, reduziert werden.
Bezugszeichenliste

10:: Verbrennungsmotor
12:: Brennkammer
14:: Einlassventil
15:: Zündkerze
16:: Auslassventil
18:: Einspritzdüse
20:: Ansaugkrümmer
22:: Abgaskrümmer
30:: Doppel-CVVD-Vorrichtung
40:: Abgasrohr
42:: Temperatursensor
44, 46:: Sauerstoffsensor
48:: Schaltstufensensor
50:: Gaspedalpositionssensor
60:: Dreiwegekatalysator
70:: Steuereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020180154500 [0001]
KR 1619394 [0039]

Claims

System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer versehen ist, wobei das System aufweist: einen Verbrennungsmotor (10), der aufweist: eine Brennkammer (12), ein Einlassventil (14), das derart konfiguriert ist, dass es wahlweise Luft oder ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu der Brennkammer (12) führt, eine Zündkerze (15), die in der Brennkammer (12) vorgesehen ist, und ein Auslassventil (16), das derart konfiguriert ist, das es wahlweise Abgas in der Brennkammer (12) zu einer Außenseite der Brennkammer (12) abführt; eine Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer (30), die derart konfiguriert ist, dass sie eine Einlassdauer des Einlassventils (14) und eine Auslassdauer des Auslassventils (16) einstellt; und eine Steuereinrichtung (70), die derart konfiguriert ist, dass sie einen Zündzeitpunkt der Zündkerze (15), die Einlassdauer und die Auslassdauer basierend auf einer Fahrbedingung (z.B. Antriebsbedingung) des Fahrzeuges einstellt, wobei bis eine Temperatur des Abgases eine vorbestimmte Temperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors (10) erreicht, die Steuereinrichtung (70) derart konfiguriert ist, dass sie: den Zündzeitpunkt der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs setzt, die Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs setzt, und die Auslassdauer des Auslassventils (16) auf eine Grenzauslassdauer erhöht, die basierend auf der von der Steuereinrichtung (70) gesetzten Einlassdauer ermittelt wird.
System nach Anspruch 1, wobei, bevor die Steuereinrichtung (70) den Zündzeitpunkt, die Einlassdauer und die Auslassdauer einstellt, die Steuereinrichtung (70) derart konfiguriert ist, dass sie einen optimalen Zündzeitpunkt basierend auf einer Zielabgastemperatur des Abgases ermittelt und den Zündzeitpunkt auf den optimalen Zündzeitpunkt setzt, und die Steuereinrichtung (70) derart konfiguriert ist, dass sie die Auslassdauer auf eine optimale Auslassdauer erhöht, die basierend auf der Zielabgastemperatur und dem optimalen Zündzeitpunkt ermittelt wird.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei, nachdem die Temperatur des Abgases die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, die Steuereinrichtung (70) den Zündzeitpunkt der Zündkerze (15) auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs setzt, die Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs setzt, und die Auslassdauer auf die Grenzauslassdauer basierend auf der gesetzten Einlassdauer erhöht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, nachdem die Temperatur des Abgases die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, die Steuereinrichtung (70) den Zündzeitpunkt der Zündkerze (15) auf den optimalen Zündzeitpunkt zur Abgasreduktion setzt, die Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs setzt, und die Auslassdauer des Auslassventils (16) auf die optimale Auslassdauer basierend auf der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer erhöht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, bis die Temperatur des Abgases die vorbestimmte Temperatur erreicht, wenn ein Fahr(D)-Bereich oder ein Rückwärts(R)-Bereich eines Gangschalthebels erfasst wird oder ein Gaspedal niedergedrückt wird, die Steuereinrichtung (70) den Zündzeitpunkt auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs setzt, die Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs setzt, und die Auslassdauer auf die optimale Auslassdauer basierend auf der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer erhöht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: einen Dreiwegekatalysator (60), welcher derart konfiguriert ist, dass er Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide reinigt, die in dem Abgas an der Abstromseite des Verbrennungsmotors (10) enthalten sind.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer versehen ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) ein Einlassventil (14), eine Zündkerze (15) und ein Auslassventil (16) aufweist, und die Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer (30) derart konfiguriert ist, dass sie eine Einlassdauer des Einlassventils (14) und eine Auslassdauer des Auslassventils (16) einstellt, wobei das Verfahren aufweist: Setzen eines Zündzeitpunktes der Zündkerze (15) des Verbrennungsmotors (10) auf einen optimalen Zündzeitpunkt basierend auf einer Zielabgastemperatur des Abgases, wenn der Verbrennungsmotor (10) gestartet ist, durch eine Steuereinrichtung (70) (S101, S102); Setzen der Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung (70) (S103), und Erhöhen der Auslassdauer des Auslassventils (16) auf eine optimale Auslassdauer basierend auf der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung (70) (S104).
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Ermitteln, ob eine Temperatur des Abgases eine erste gesetzte Temperatur erreicht, durch die Steuereinrichtung (70) (S105); Setzen des Zündzeitpunktes der Zündkerze (15) auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs, wenn die Temperatur des Abgases die erste gesetzte Temperatur erreicht, durch die Steuereinrichtung (70) (S106); Setzen der Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung (70) (S107); und Erhöhen der Auslassdauer auf eine Grenzauslassdauer entsprechend der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung (70) (S108).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner aufweisend: Ermitteln einer Lage eines Gangschalthebels und eines Betriebs eines Gaspedals durch die Steuereinrichtung (70) (S109); wenn der Gangschalthebel in einem Fahr(D)-Bereich oder einem Rückwärts(R)-Bereich ist, oder das Gaspedal niedergedrückt ist, Setzen des Zündzeitpunktes der Zündkerze (15) auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs durch die Steuereinrichtung (70) (S111); Setzen der Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung (70) (S112); und Erhöhen der Auslassdauer des Auslassventils (16) auf die optimale Auslassdauer basierend auf der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung (70) (S113).
Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: wenn der Gangschalthebel nicht in dem D-Bereich oder dem R-Bereich erfasst ist, und das Gaspedal nicht niedergedrückt ist, Ermitteln, ob die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als eine zweite gesetzte Temperatur ist (S110); wenn die Temperatur des Abgases gleich wie oder größer als die zweite gesetzte Temperatur ist, Setzen des Zündzeitpunktes der Zündkerze (15) auf einen Zündzeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs durch die Steuereinrichtung (70) (S111); Setzen der Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb des vorbestimmten Einlassdauerbereichs durch die Steuereinrichtung (70) (S112); und Erhöhen der Auslassdauer des Auslassventils (16) auf die optimale Auslassdauer basierend auf der Zielabgastemperatur und der gesetzten Einlassdauer durch die Steuereinrichtung (70) (S113).
System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor (10) eine Brennkammer (12), ein Einlassventil (14), das wahlweise Luft oder ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu der Brennkammer (12) führt, eine Zündkerze (15), die in der Brennkammer (12) angeordnet ist, ein Auslassventil (16), das wahlweise Abgas abführt, und eine Vorrichtung für doppelt kontinuierlich variable Ventilöffnungsdauer (30) zum Einstellen einer Einlassdauer des Einlassventils (14) und einer Auslassdauer des Auslassventils (16) aufweist, wobei das System aufweist: eine Steuereinrichtung (70), die derart konfiguriert ist, dass sie einen Zündzeitpunkt der Zündkerze (15), die Einlassdauer und die Auslassdauer basierend auf einer Fahrbedingung (z.B. Antriebsbedingung) des Fahrzeuges einstellt, wobei bis eine Temperatur des Abgases eine vorbestimmte Temperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors (10) erreicht, die Steuereinrichtung (70) derart konfiguriert ist, dass sie: den Zündzeitpunkt der Zündkerze auf einen Zündzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zündzeitpunktbereichs setzt, die Einlassdauer des Einlassventils (14) auf eine Einlassdauer innerhalb eines vorbestimmten Einlassdauerbereichs setzt, und die Auslassdauer des Auslassventils (16) auf eine Grenzauslassdauer erhöht, die basierend auf der von der Steuereinrichtung (70) gesetzten Einlassdauer ermittelt wird.