DE102019208041A1

DE102019208041A1 - Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102019208041A1
Application number: DE102019208041.3A
Authority: DE
Inventors: Myung Jun Lee; Joon Kyu Lee; Soo Hong Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2020-05-07
Also published as: KR20200052492A; US20200141367A1; US10746140B2

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem kann umfassen: einen variablen Auslassventilmechanismus, der eingerichtet ist, um ein Auslassventil primär direkt vor einem Einlasstakt zu öffnen, in dem ein Einlassventil geöffnet wird, und um das Auslassventil während des Einlasstakts sekundär zu öffnen, so dass eine Ventilüberlappung auftritt; ein Auslassventil, das an einer Auslassseite zum Einspritzen von Kraftstoff vorgesehen ist; und eine Steuerung zum Steuern des Auslassventils, so dass Kraftstoff durch das Auslassventil eingespritzt wird, bevor das Auslassventil sekundär vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird.

Description

Hintergrund
Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem und ein Verfahren zum Zuführen von durch Abgaswärme verdampftem Kraftstoff in eine Brennkammer, um während eines Einlasstakts ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft homogen zu bilden.
Stand der Technik
Im Allgemeinen saugt ein Benzinmotor ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff an und verbrennt das Gemisch dann durch Fremdzündung, während ein Dieselmotor Kraftstoff in eine Hochtemperatur- und Druckatmosphäre in einem Zustand einspritzt, in dem nur Luft angesaugt wird, und dann den Kraftstoff durch Selbstzündung verbrennt.
Darüber hinaus gibt es eine Betriebsart der Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI), bei der ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft vorab zu einem homogenen Gemisch gemischt wird, wobei das Gemisch durch Kompressionszündung verbrannt wird.
Es gibt auch eine Betriebsart der Kompressionszündungsverbrennung mit vorgemischter Ladung (PCCI), bei der im Allgemeinen Kraftstoff in der Anfangsphase der Verdichtung in eine Brennkammer eingespritzt wird, um den Kraftstoff und die Luft vorzumischen, wobei dann das Gemisch durch Kompressionszündung verbrannt wird.
Andererseits, obwohl solche Betriebsarten der vorgemischten Kompressionszündungsverbrennung eines Dieselmotors eine ideale Verbrennungsbetriebsart sind, die zur gleichzeitigen Reduzierung von NOx und Partikeln (PM) eingerichtet ist, gibt es Probleme dahingehend, dass es schwierig ist, den Zündzeitpunkt genau zu steuern, und dass der Verbrennungsgeräuschpegel übermäßig hoch ist.
Darüber hinaus erschwert der Dieselkraftstoff die Bildung eines homogenen Gemischs aus Luft und Kraftstoff, da der Dieselkraftstoff eine hohe Verdampfungstemperatur hat und somit im Brennraum nicht gleichmäßig verdampft.
Um das vorliegende Problem zu lösen, wurde eine Technologie mit einer mehrstufigen Einspritzung oder eine Betriebsart mit Früh-Einspritzung für Injektoren entwickelt. Die gegenwärtige Technologie weist jedoch Probleme dahingehend auf, dass die Zeit für die Bildung eines homogenen Gemisches unzureichend ist und eine niedrige Temperatur der Ansaugluft eine homogene Vermischung des Gemisches aus Luft und Kraftstoff verhindert.
Die in diesem Hintergrundabschnitt der Erfindung offenbarten Informationen dienen nur einem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollen nicht als Anerkennung oder irgendeine Form des Hinweises darauf verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
Kurze Zusammenfassung
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf ausgerichtet, ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem und ein Verfahren zum Zuführen von durch Abgaswärme verdampftem Kraftstoff in eine Brennkammer bereitzustellen, um während eines Einlasstakts ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft homogen zu bilden.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Erlangen des oben genannten Gegenstands ist ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem vorgesehen, das Folgendes umfasst: einen variablen Auslassventilmechanismus, der eingerichtet ist, um ein Auslassventil vor einem Einlasstakt, in dem ein Einlassventil geöffnet wird, zu öffnen, und das Auslassventil während des Einlasstakts zu öffnen, so dass eine Ventilüberlappung zwischen dem Auslassventil und dem Einlassventil auftritt; einen Abgasinjektor, der an einer Abgasseite bereitgestellt ist, um Kraftstoff einzuspritzen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den Abgasinjektor so zu steuern, dass der Kraftstoff durch den Abgasinjektor eingespritzt wird, bevor das Auslassventil vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird.
Der aus dem Abgasinjektor eingespritzte Kraftstoff kann durch Abgaswärme verdampft und mit Abgas vorgemischt werden, wobei der vorgemischte Kraftstoff über das sekundär geöffnete Auslassventil in eine Brennkammer geleitet wird.
Der Abgasinjektor kann eingerichtet sein, um den Kraftstoff in eine Abgasöffnung oder einen Abgaskrümmer einzuspritzen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff durch das Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehen, umfassend: Vormischen von Kraftstoff und Abgas durch Steuern, mittels einer Steuerung, eines Abgasinjektors, so dass der Kraftstoff durch den Abgasinjektor eingespritzt wird, bevor das Auslassventil vor oder während eines Einlasstakts sekundär geöffnet wird, wobei beim Vormischen von Kraftstoffs und Abgas der aus dem Abgasinjektor eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und mit Abgas vorgemischt wird, und der vorgemischte Kraftstoff durch das sekundär geöffnete Auslassventil in eine Brennkammer zugeführt wird.
Das Verfahren kann umfassen: ein Erfassen von, vor dem Vormischen von Kraftstoff und Abgas, Motordrehzahl, Kraftstoffmenge, Abgastemperatur und Kühlwassertemperatur, und ein Bestimmen, ob die Motordrehzahl, die Kraftstoffmenge, die Abgastemperatur und die Kühlwassertemperatur die Vormischbedingungen erfüllen.
Ein Verhältnis einer Menge des vorgemischten Kraftstoffs zu einer gesamten Kraftstoffmenge, die während eines Zyklus eingespritzt wird, kann 20% bis 40% betragen.
Das Verfahren kann weiterhin das Einspritzen von Kraftstoff über einen in der Brennkammer vorgesehenen Hauptinjektor während eines Arbeitstakts umfassen, wobei ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt beim Einspritzen von Kraftstoff durch einen Hauptinjektor so gesteuert wird, dass er -4° bis 4° in Bezug auf einen oberen Totpunkt (OT) beträgt.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die oben genannten Mittel zum Lösen der oben genannten Probleme ausführt, besteht eine Wirkung darin, dass in dem Fall, wo das Auslassventil sekundär vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird, der von dem Auslassinjektor eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und einem Zylinder zugeführt wird, so dass das Gemisch aus Luft und Kraftstoff homogener gebildet wird und in die Brennkammer eingeleitet wird, weshalb eine teilweise vorgemischte Verbrennung von Dieselkraftstoff optimiert ist und im Ergebnis ein Kraftstoffwirkungsgrad und ein Verbrennungsgeräuschpegel verbessert sind, ohne dass NOx und Ruß verschlechtert sind.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Merkmale und Vorteile auf, die sich aus den beigefügten Zeichnungen, die hierin enthalten sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung ergeben oder ausführlicher dargelegt sind, die zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 und 3 sind Ansichten, die die Konfiguration und den Ein-/Aus-Betriebszustände eines variablen Auslassventilmechanismus zeigen, der bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
4 ist eine Ansicht, die ein Öffnungs-/Schließprofil von Einlass- und Auslassventilen nach Betreiben eines variablen Auslassventilmechanismus einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die sequentielle Prozesse eines Kraftstoffeinspritzverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Gegenwart zeigt.

Es soll davon ausgegangen werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, sind teilweise durch die besonders vorgesehene Anwendungs- und Einsatzumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den einzelnen Figuren der Zeichnung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) verwiesen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung(en) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu bestimmt ist, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Andererseits soll/sollen die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die in den Geist und Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, einbezogen werden können.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen variablen Auslassventilmechanismus 21, einen Abgasinjektor 30 und eine Steuerung C.
Unter Bezugnahme auf 1 wird die vorliegende Erfindung nun ausführlich beschrieben. Zunächst ist der variable Auslassventilmechanismus 21 eingerichtet, um ein Auslassventil 20 primär unmittelbar vor einem Einlasstakt zu öffnen, in dem ein Einlassventil 10 geöffnet wird, und um das Auslassventil 20 sekundär während des Einlasstakts zu öffnen, so dass eine Ventilüberlappung entsteht.
So kann beispielsweise ein zweistufiges variables Ventilhubsystem (VVL), wie in 2 und 3 dargestellt ist, auf den variablen Auslassventilmechanismus 21 angewendet werden.
Der variable Auslassventilmechanismus 21 wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Eine Nockenwelle 22 ist mit einem oberen Nocken 23, der einen oberen Nockenhub aufweist, und mit einem unteren Nocken 25, der einen unteren Nockenhub aufweist, versehen. Eine Nockennase 23a, die ein vorstehender Abschnitt des oberen Nockens 23 ist, und eine Nockennase 25a, die ein vorstehender Abschnitt des unteren Nockens 25 ist, sind mit einer vorbestimmten Drehverschiebung angeordnet, die zwischen den Nasen unter Berücksichtigung eines primären Öffnungszeitpunkts und eines sekundären Öffnungszeitpunkts des Auslassventils 20 eingehalten ist.
Darüber hinaus ist ein oberer Arm 24 in einer radialen Richtung der oberen Nocke 23 vorgesehen, und eine Rotationswelle ist an einem Endabschnitt des oberen Arms 24 vorgesehen, so dass sich der andere Endabschnitt des oberen Arms 24 um die Rotationswelle dreht. Der andere Endabschnitt des oberen Arms 24 ist am oberen Endabschnitt des Auslassventils 20 so positioniert, dass der andere Endabschnitt des oberen Arms 24 das Auslassventil 20 durch eine Drehung des oberen Arms 24 selbst drückt und somit das Auslassventil 20 geöffnet wird.
Darüber hinaus ist ein unterer Arm 26 in radialer Richtung des unteren Nockens 25 vorgesehen, wobei ein Endabschnitt des unteren Arms 26 mit der Drehachse gekoppelt ist, so dass sich der andere Endabschnitt des unteren Arms 26 um die Drehachse dreht.
Darüber hinaus ist ein mittlerer Endabschnitt des oberen Arms 24 mit einem Arretierstift 27 versehen, wobei die Relativdrehung des unteren Arms 26 in Bezug auf den oberen Arm 24 zurückgehalten wird, wenn der Arretierstift 27 so vorsteht, dass sich der obere Arm 24 und der untere Arm 26 gemeinsam drehen, während die Relativdrehung des unteren Arms 26 in Bezug auf den oberen Arm 24 so geändert wird, dass sie zulässig ist, wenn der vorstehende Arretierstift 27 in seine Ausgangsposition zurückzieht, so dass sich der obere Arm 24 und der untere Arm 26 separat drehen können.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Arretierstift 27 betätigt, um selektiv aus dem oberen Arm vorstehen, und zwar durch ein Stellglied, wie beispielsweise eine Einrichtung, die einen Hydraulikdruck an ein Ende des Arretierstiftes 27 liefert, oder einen Magneten, der mit dem Ende des Arretierstiftes 27 verbunden ist, welche von der Steuerung C gesteuert werden.
Bei der vorliegenden Konfiguration, wenn sich eine Nockenwelle 22 in einem Zustand dreht, in dem der Arretierstift 27 betätigt wurde, um hervorzustehen, wird der obere Arm 24 durch die Nockennase 23a des oberen Nockens 23 gedrückt, weshalb sich der obere Arm 24 dreht, während der andere Endabschnitt des oberen Arms 24 das Auslassventil 20 drückt, so dass das Auslassventil 20 primär um einen Betrag des auf dem oberen Nocken 23 gebildeten Nockenhubs in ähnlicher Weise wie in 4 dargestellt geöffnet wird.
In diesem Zustand, wenn sich die Nockenwelle 22 weiter dreht und den unteren Arm 26 über die Nockennase 25a des unteren Nocken 25a drückt, dreht sich der untere Arm 26. Zu diesem Zeitpunkt, da die Relativdrehung des unteren Arms 26 und des oberen Arms 24 durch den Arretierstift 27 zurückgehalten wird, dreht sich der obere Arm 24 zusammen mit dem unteren Arm 26 und somit drückt der andere Endabschnitt des oberen Arms 24 das Auslassventil 20 so, dass das Auslassventil 20 sekundär um einen Betrag des auf dem unteren Nocken 25 gebildeten Nockenhubs in ähnlicher Weise wie das in 4 dargestellte Profil geöffnet wird.
Mit anderen Worten, die Verwendung des oben beschriebenen variablen Auslassventilmechanismus 21 ermöglicht es, das Auslassventil jeweils sowohl vor als auch während des Einlasstakts zu öffnen.
Wenn sich die Nockenwelle 22 jedoch in dem Zustand dreht, wo der Arretierstift 27 nicht hervorsteht, kann das Auslassventil 20 um den Betrag des Nockenhubs geöffnet werden, der auf dem oberen Nocken 23 gebildet wird, wobei sich, in diesem Zustand, der untere Arm 26 und der obere Arm 24 relativ zueinander drehen. Selbst wenn der untere Arm 26 durch den unteren Nocken 25 gedreht wird, wird daher das Auslassventil 20 nicht geöffnet, so dass das Auslassventil 20 nur einmal geöffnet werden kann.
Darüber hinaus ist an der Auslassseite des Auslassventils 20 ein Abgasinjektor 30 vorgesehen, um Kraftstoff einzuspritzen, wie es in 1 dargestellt ist.
So kann beispielsweise der Abgasinjektor 30 ein Niederdruck-Magnetinjektor sein, der zum Einspritzen von Dieselkraftstoff in eine Abgasöffnung 31 oder einen Abgaskrümmer 32 vorgesehen ist.
Darüber hinaus kann der Abgasinjektor 30 einen Kühlwasserkreislauf bilden, um die thermische Beständigkeit des Abgasinjektors 30 selbst unter Berücksichtigung seiner strukturellen Anordnung auf der Abgasseite zu gewährleisten. Andernfalls kann der Abgasinjektor 30 an einer Stelle angeordnet sein, an der ein in einem Zylinderkopf gebildeter Kühlwasserkreislauf verwendet werden kann (z.B. an einem Abgaskrümmer, der in einen Zylinderkopf integriert ist).
Darüber hinaus kann die Steuerung C den Abgasinjektor 30 so steuern, dass Kraftstoff durch den Abgasinjektor eingespritzt wird, bevor das Auslassventil 20 sekundär vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird.
Daher wird der aus dem Abgasinjektor eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und mit Abgas vorgemischt, wobei dann der vorgemischte Kraftstoff über das sekundär geöffnete Auslassventil 20 in eine Brennkammer geleitet wird.
Mit anderen Worten, wenn das Auslassventil 20 sekundär vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird, kann der aus dem Auslassventil 30 eingespritzte Kraftstoff in einen Zylinder eingeführt werden, weil ein Abgasdruck höher ist als ein Druck im Zylinder, wobei der aus dem Auslassventil 30 eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft wird, so dass ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff homogener gebildet und in eine Brennkammer eingeleitet werden kann.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1, 2, 3, 4 und 5 ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff unter Verwendung des wie oben beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystems erläutert. Das vorliegende Verfahren umfasst einen Schritt des Vormischens von Kraftstoff und Abgas, bei dem die Steuerung C den Abgasinjektor 30 so steuert, dass Kraftstoff durch den Abgasinjektor eingespritzt wird, bevor das Auslassventil 20 sekundär vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird.
Beim Schritt des Vormischens von Kraftstoff und Abgas wird der aus dem Abgasinjektor eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und mit Abgas vorgemischt, wobei dann der vorgemischte Kraftstoff über das sekundär geöffnete Auslassventil 20 in eine Brennkammer geleitet wird.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren vor dem Schritt des Vormischens von Kraftstoff und Abgas einen Schritt zum Erfassen von Motordrehzahl, Kraftstoffmenge, Abgastemperatur und Kühlwassertemperatur und einen Schritt zum Bestimmen, ob die Motordrehzahl, die Kraftstoffmenge, die Abgastemperatur und die Kühlwassertemperatur die Vormischbedingungen erfüllen.
Im vorliegenden Fall können die Kühlwassertemperatur durch einen Kühlwassertemperatursensor 60 und die Abgastemperatur durch einen Abgastemperatursensor 50 gemessen werden, der zur Messung der Abgastemperatur eingerichtet ist. Das Erfassen der Abgastemperatur kann jedoch durch Bestimmen der Abgastemperatur durch Modellieren der Abgastemperatur anstelle des Abgastemperatursensors 50 erfolgen.
Wenn eine Bestimmung durchgeführt wird, ob die Motordrehzahl und die Kraftstoffmenge innerhalb des Betriebsbereichs liegen, der zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und Abgaswerte durch die vorgemischte Verbrennung wirksam ist, und wenn eine Bestimmung durchgeführt wird, ob die Abgastemperatur auf einer Temperatur liegt, die für die Verdampfung von Dieselkraftstoff wirksam ist und gleichzeitig den Dieselkraftstoff nicht entzündet, der abgasseitig eingespritzt wurde, und wenn eine Bestimmung durchgeführt wird, ob die Motortemperatur basierend auf der Kühlwassertemperatur auf einer Temperatur liegt, die für die Verdampfung und Verbrennung des Dieselkraftstoffs geeignet ist, und wenn im Ergebnis alle diese Bedingungen als erfüllt festgestellt werden, dann kann mit der Durchführung des Schrittes des Vormischens von Kraftstoff und Abgas begonnen werden.
Darüber hinaus kann beim Eintritt in den Schritt des Vormischens von Kraftstoff und Abgas Kraftstoff so eingespritzt werden, dass ein Verhältnis von einer Menge des vorgemischten Kraftstoffs zu einer gesamten Kraftstoffmenge, die während eines Zyklus eingespritzt wird, 20% bis 40% beträgt. Die Kraftstoffeinspritzung kann so gesteuert werden, dass das Verhältnis einer Menge des vorgemischten Kraftstoffs zu einer gesamten Kraftstoffmenge, die während eines Zyklus eingespritzt wird, 30% beträgt.
Zum Vergleich: Die gesamte Kraftstoffmenge, die während eines Zyklus eingespritzt wird, wird konstant gehalten, was so gesteuert werden kann, dass, wenn die vorgemischte Kraftstoffmenge erhöht oder verringert wird, die Kraftstoffmenge, die aus einem Hauptinjektor eingespritzt wird, wie später beschrieben, erhöht oder verringert wird.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren weiterhin einen Schritt des Einspritzens von Kraftstoff über einen in der Brennkammer vorgesehenen Hauptinjektor 40 während eines Arbeitstakts, wobei der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung im Schritt des Einspritzens von Kraftstoff über einen Hauptinjektor so gesteuert wird, um -4° bis 4° in Bezug auf einen oberen Totpunkt (OT) zu sein. Der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung im Schritt der Kraftstoffeinspritzung über einen Hauptinjektor kann - 0,3° bezogen auf den OT betragen.
Unter Bezugnahme auf 5 werden nun Prozesse zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Reihe nach beschrieben. Die Motordrehzahl, die Kraftstoffmenge, die Abgastemperatur und die Kühlwassertemperatur werden während des Betriebs eines Fahrzeugs in Schritt S10 erfasst.
Somit wird in Schritt S20 bestimmt, dass die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs die Vormischbedingungen basierend auf den oben genannten erfassten Faktoren erfüllen. Als Ergebnis der Bestimmung wird, wenn die Vormischbedingungen erfüllt sind, der variable Auslassventilmechanismus 21 in Schritt S30 so betrieben und gesteuert, dass das Auslassventil 20 primär vor dem Einlasstakt und danach sekundär während des Einlasstakts wieder geöffnet wird.
Wenn jedoch in Schritt S20 bestimmt wird, dass die Vormischbedingungen nicht erfüllt sind, wird Kraftstoff in einer normalen Diesel-Verbrennungsbetriebsart eingespritzt und verbrannt, ohne den variablen Auslassventilmechanismus 21 in Schritt S60 zu betreiben.
Andererseits, wenn der variable Auslassventilmechanismus 21 wie in Schritt S30 betrieben wird, wird das Auslassventil 20 primär geöffnet und dann geschlossen und danach das Auslassventil 20 sekundär vor oder während des Einlasstakts geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dieselkraftstoff über den Abgasinjektor 30 eingespritzt, bevor das Auslassventil 20 in Schritt S40 sekundär geöffnet wird.
Dementsprechend wird der durch den Abgasinjektor eingespritzte Dieselkraftstoff durch Abgaswärme verdampft und der verdunstete Dieselkraftstoff wird mit Luft vermischt und in den Zylinder eingebracht, so dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft homogener gebildet wird.
Danach wird der Steuerungsprozess mit Schritt S50 fortgesetzt,wo der Kraftstoff aus einem Hauptinjektor 40 eingespritzt wird, während eine Luftmenge, Abgasrückführung (AGR) sowie Einspritzmenge und Zeitpunkt des Hauptkraftstoffs so eingestellt werden, um bei der vorgemischten Verbrennung optimiert zu sein, so dass eine teilweise vorgemischte Verbrennung von Dieselkraftstoff durchgeführt werden kann, wodurch ein Kraftstoffwirkungsgrad und ein Verbrennungsgeräuschpegel verbessert werden, ohne NOx und Ruß zu erhöhen.

Tabelle 1 unten zeigt die Ergebnisse, die durch das unterschiedliche Anwenden eines Verhältnisses des vorgemischten Kraftstoffs und des Einspritzzeitpunktes des Hauptkraftstoffs unter einem bestimmten Teillastbetriebspunkt eines Motors erzielt wurden, bei dem der Bremsmitteleffektivdruck (BMEP) 6 bar und eine Motordrehzahl 2000 U/min beträgt. Aus der Tabelle kann entnommen werden, dass, wenn das Verhältnis von vorgemischtem Kraftstoff auf 30 % und der Einspritzzeitpunkt von Haupt-Kraftstoff auf -0,3° in Bezug auf den OT geregelt wurde, der Kraftstoffverbrauch und der Verbrennungsgeräuschpegel verbessert wurden, ohne NOx und Ruß zu verschlechtern. [Tabelle 1]

Menge vorgemischter Kraftstoff	Verhältnis des vorgemischten Kraftstoffs (Menge vorgemischter Kraftstoff/Gesamtkraftstoff - menge)	Einspritzzeitpunkt Hauptkraftstoff	BSFC	NOx	Ruß	CNL (Verbrennungsgeräuschpegel)
2 bis 4 mg	10 bis 20%	-4.4° OT	Verschlechtert	-	Verbessert	Verbessert
6 mg	30%	-0.3° OT	Verbessert	-	-	Verbessert
8 bis 10 mg	40 bis 50%	4° OT	Verbessert	Verschlechtert	Verbessert	Verschlechtert

Mit anderen Worten, der verdampfte Kraftstoff, der durch Einspritzung aus dem Abgasinjektor in den Zylinder gelangt ist, erhöht die Temperatur im Inneren des Zylinders durch Aktivierung der Verbrennung, so dass die Verbrennung durch Einspritzung des Hauptkraftstoffs verstärkt wird und dadurch der Verbrennungswirkungsgrad erhöht und der bremsspezifische Kraftstoffverbrauch (BSFC) verbessert ist.
Darüber hinaus wird, durch die Aktivierung der Verbrennung durch die Kraftstoffeinspritzung aus dem Abgasinjektor, ein Wärmeerzeugungsgradient durch die Kraftstoffeinspritzung aus dem Abgasinjektor bis zu einer vorgegebenen Menge vorgemischten Kraftstoffs klein gehalten, so dass der Wärmeerzeugungsgradient durch die Kraftstoffeinspritzung aus dem Hauptinjektor reduziert und, im Ergebnis, der Verbrennungsgeräuschpegel reduziert ist.
Darüber hinaus wird die Einspritzmenge des Hauptkraftstoffs durch den Hauptinjektor durch die Kraftstoffeinspritzung aus dem Abgasinjektor verringert und der Einspritzzeitpunkt des Hauptkraftstoffs verzögert, so dass, obwohl eine Oxidationsrate des Rußes reduziert ist, die Erzeugungsmenge des Rußes nach der Hauptverbrennung verringert ist und somit die Menge des Rußes auf dem gleichen Niveau gehalten oder anderweitig unter das Niveau reduziert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird beim sekundären Öffnen des Auslassventils 20 vor oder während des Einlasstakts der aus dem Auslassventil 30 eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und dem Zylinder zugeführt, so dass das Gemisch aus Luft und Kraftstoff homogener gebildet und der Brennkammer zugeführt wird, weshalb die teilweise vorgemischte Verbrennung von Dieselkraftstoff optimiert ist und somit der Kraftstoffwirkungsgrad und der Verbrennungsgeräuschpegel verbessert sind, ohne dass NOx und Ruß verschlechtert sind.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit und der genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen sind die Begriffe „oberer“, „unterer“, „innerer“, „äußerer“, „auf“, „ab“, „oben“, „unten“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „hinterer“, „innen“, „außen“, „nach innen“, „nach außen“, „innerer“, „äußerer“, „vorwärts“ und „rückwärts“ verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Positionen der in den Figuren dargestellten Merkmale zu beschreiben.
Die obigen Beschreibungen spezifischer beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Sie sind nicht dazu bestimmt, vollständig zu sein oder die Erfindung auf die offenbarten Formen zu beschränken, wobei im Lichte der oben genannten Lehren offensichtlich viele Änderungen und Variationen möglich sind. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit der Fachmann verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herstellen und nutzen kann. Der Umfang der Erfindung soll durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert sein.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem, umfassend: einen variablen Auslassventilmechanismus, der eingerichtet ist, um ein Auslassventil vor einem Einlasstakt, in dem ein Einlassventil geöffnet wird, zu öffnen, und das Auslassventil während des Einlasstakts zu öffnen, so dass eine Ventilüberlappung zwischen dem Auslassventil und dem Einlassventil auftritt; einen Abgasinjektor, der an einer Abgasseite bereitgestellt ist, um Kraftstoff einzuspritzen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den Abgasinjektor so zu steuern, dass der Kraftstoff durch den Abgasinjektor eingespritzt wird, bevor das Auslassventil vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird.
System nach Anspruch 1, wobei der aus dem Abgasinjektor eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und mit Abgas vorgemischt ist, und der vorgemischte Kraftstoff durch das vor oder während des Einlasstakts geöffnete Auslassventil in eine Brennkammer zugeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Abgasinjektor eingerichtet ist, um den Kraftstoff in eine Abgasöffnung oder einen Abgaskrümmer einzuspritzen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den variablen Auslassventilmechanismus zum Öffnen des Auslassventils für eine erste vorbestimmte Zeitspanne und zum Schließen des Auslassventils zu steuern, und danach das Auslassventil für eine zweite vorbestimmte Zeitspanne vor oder während des Einlasstakts zu öffnen.
Verfahren zum Einspritzen des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Vormischen von Kraftstoff und Abgas durch Steuern des Abgasinjektors durch die Steuerung, so dass der Kraftstoff durch den Abgasinjektor eingespritzt wird, bevor das Auslassventil vor oder während des Einlasstakts geöffnet wird, wobei beim Vormischen von Kraftstoff und Abgas der aus dem Abgasinjektor eingespritzte Kraftstoff durch Abgaswärme verdampft und mit Abgas vorgemischt wird, und der vorgemischte Kraftstoff durch das geöffnete Auslassventil in eine Brennkammer zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Vormischen von Kraftstoff und Abgas Folgendes umfasst: Öffnen des Auslassventils für eine erste vorbestimmte Zeitspanne und Schließen des Auslassventils, und danach Öffnen des Auslassventils für eine zweite vorbestimmte Zeitspanne vor oder während des Einlasstakts.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: vor dem Vormischen von Kraftstoff und Abgas, ein Erfassen von Umdrehungen pro Minute (U/min) eines Motors, der Kraftstoffmenge, der Abgastemperatur und der Kühlwassertemperatur, und ein Bestimmen, wann die U/min des Motors, die Kraftstoffmenge, die Abgastemperatur und die Kühlwassertemperatur die Vormischbedingungen des Vormischens von Kraftstoff und Abgas erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Vormischen von Kraftstoff und Abgas durchgeführt wird, wenn die Motordrehzahl, die Kraftstoffmenge, die Abgastemperatur und die Kühlwassertemperatur die Vormischbedingungen erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Abgastemperatur durch Modellierung der Abgastemperatur bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Verhältnis einer Menge des vorgemischten Kraftstoffs zu einer gesamten Kraftstoffmenge, die während eines Zyklus eingespritzt wird, 20% bis 40% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: nach dem Einspritzen des Kraftstoffs durch den Abgasinjektor, Einspritzen des Kraftstoffs durch einen Hauptinjektor, der in der Brennkammer während eines Arbeitstaktes vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt beim Einspritzen des Kraftstoffs durch den Hauptinjektor so gesteuert wird, dass er -4° bis 4° in Bezug auf einen oberen Totpunkt (OT) beträgt.