DE102022120960A1 - Verfahren zum reduzieren von kaltstartemissionen für motoren - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren zum Reduzieren von Abgasemissionen während eines Kaltstarts eines Motors bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Generieren einer Flammenfront in einem Auslasskanal eines Abgassystems, Erwärmen von Abgas, das in eine Emissionssteuervorrichtung des Abgassystems strömt, und dadurch Beschleunigen der Annäherung an eine Anspringtemperatur der Emissionssteuervorrichtung sowie Zurückleiten der Flammenfront zu dem Zylinder als Teil eines Verbrennungstakts des Viertaktmotorzyklus beinhalten.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Reduzieren von Kaltstartemissionen aus einem Motor.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Motoremissionssteuersysteme können einen oder mehrere Abgaskatalysatoren wie etwa Dreiwegekatalysatoren, NOx-Speicherkatalysatoren, Vorkatalysatoren und SCR-Katalysatoren beinhalten. Bei der Katalysatoranspringtemperatur (z. B. -betriebstemperatur) kann der Abgaskatalysator Abgasbestandteile in einem Abgas oxidieren und reduzieren, wodurch toxische Gase und Schadstoffe in dem Abgas in weniger toxische Schadstoffe oder inerte Bestandteile umgewandelt werden, die dann in die Atmosphäre freigesetzt werden. Als ein Beispiel wandelt ein Dreiwegekatalysator, wenn er zwischen 400 °C und 600 °C betrieben wird, reaktive Stickstoffoxide (NOx), Kohlenstoffmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (hydrocarbons - HC) in inerte Bestandteile wie etwa zweiatomigen Stickstoff (N2), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) um. Wenn jedoch während eines Kaltstarts eines Motors eine Temperatur des Abgaskatalysators unter der Anspringtemperatur liegt (z. B. die Temperatur des Dreiwegekatalysators unter 400 °C fällt), ist der Abgaskatalysator unter Umständen nicht dazu in der Lage, die reaktiven Bestandteile des Abgases wirkungsvoll zu behandeln, und infolgedessen können sich Kaltstartemissionen erhöhen und die toxischen Bestandteile in dem Abgas direkt in die Atmosphäre freigesetzt werden.
  • Eine Möglichkeit, um Kaltstartemissionen zu reduzieren, besteht darin, eine Verbrennung in Auslasskanälen eines Abgaskrümmers zu zünden, wodurch überschüssiges CO und überschüssige HCs, die in dem Abgas enthalten sind, oxidiert werden, zusätzlich zum schnellen Erwärmen des Abgases, sodass die Anspringtemperatur des Katalysators in einer kürzeren Zeit erreicht werden kann im Vergleich zu einer Verbrennung, die in einem Zylinder beibehalten wird, wobei sowohl die Auslass- als auch die Einlassventile geschlossen sind. Ein beispielhafter Ansatz zum Verbrennen von Abgas in den Auslasskanälen des Abgaskrümmers ist durch Crane et al. gegeben in „Reduced Cold-Start Emissions Using Rapid Exhaust Port Oxidation (REPO) in a Spark-Ignition Engine“. SAE Transactions, Band 106, 1997, S. 9-19. Darin wird der Motor mit einer Kalibrierung für ultrafetten Kraftstoff kalt gestartet, während nahezu stöchiometrische Luftmengen über Rohre, die mit Luftpumpen ausgestattet sind, direkt in die Auslasskanäle des Abgaskrümmers dosiert werden, wobei jedes der Rohre an einen oder mehrere der Auslasskanäle gekoppelt ist. Unter Verwendung dieses Ansatzes können sich die Abgasbestandteile beim Verlassen des Zylinders über das Auslassventil aufgrund der Einspritzung von Luft auf nahezu stöchiometrischen Niveaus spontan zünden, was es dem Abgas erlaubt, schnell erwärmt zu werden, was wiederum den Abgaskatalysator schnell auf die Anspringtemperatur erwärmen kann. Das schnellere Erreichen der Anspringtemperatur kann erlauben, dass Kaltstartemissionen reduziert werden.
  • Kurzdarstellung
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel beinhaltet das Beispiel von Crane et al. zusätzliche Komponenten wie etwa Rohre, die mit Luftpumpen ausgestattet sind und an jedes der Abgaskrümmerrohre des Abgaskrümmers gekoppelt sind, um das Verbrennen von Abgas in den Auslasskanälen zu ermöglichen. Das Einbeziehen derartiger zusätzlicher Komponenten in den Abgaskrümmer kann die Herstellungskomplexität des Motors erhöhen und die Herstellungskosten erhöhen. Ferner kann das verbesserte Abgassystem von Crane et al. zusätzliche Steuerhardware nutzen, um Luft bei nahezu stöchiometrischen Verhältnissen zu dosieren, was zusätzliche Systemkomplexität hinzufügt. Als ein anderes Beispiel kann das Betreiben des Motors mit einer ultrafetten Kraftstoffkalibrierung während einer Kaltstartphase des Motorvortriebs den Kraftstoffwirkungsgrad des Fahrzeugs reduzieren.
  • In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für einen Motor in einem Fahrzeug angegangen werden, umfassend: Generieren einer Verbrennungsfront an einem Auslasskanal eines Zylinders während eines Kaltstarts, Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches über die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal und Leiten der Verbrennungsfront zu dem Zylinder. Auf diese Weise können die Katalysatoranspringzeiten reduziert werden und die Erfordernisse zur Einhaltung von Emissionsvorgaben erfüllt werden.
  • Als ein Beispiel kann die Zeitsteuerung der Auslassventilöffnung (exhaust valves opening - EVO) entweder über System zur variablen Ventilzeitsteuerung oder ein System zur variablen Nockenwellenzeitsteuerung eingestellt werden. Insbesondere kann die EVO in Bezug darauf, dass der Kolben einen oberen Totpunkt (OT) während eines Verbrennungstakts eines Viertaktmotorzyklus erreicht, in Verbindung mit einem nach früh verstellten Zündzeitpunkt nach früh verstellt werden. Aufgrund des frühen Öffnens der Auslassventile können Flammenkerne innerhalb jedes der Zylinder des Motors eine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zünden, das aus jedem der Zylinder und in die Auslasskanäle strömt, wenn sich das Auslassventil öffnet, was eine erste Verbrennungsfront in jedem der Auslasskanäle erzeugt, die zu jedem der jeweiligen Abgaskrümmerrohre führen. Im Anschluss an die Generierung jeder der Verbrennungsfronten in jedem der Auslasskanäle kann eine zweite Verbrennungsfront von jedem der Auslasskanäle zurück zu jedem der Zylinder führen, was eine Verbrennung der Luft-Kraftstoff-Ladung innerhalb des Zylinders für den Fahrzeugvortrieb erlaubt.
  • Auf diese Weise können durch Frühverstellen von jedem von der Auslassventilöffnung und dem Zündzeitpunkt während Kaltstartbedingungen erste Verbrennungsfronten innerhalb der Auslasskanäle des Abgaskrümmers zusätzlich zu zweiten Verbrennungsfronten generiert werden, die von den Auslasskanälen zu den Zylindern des Motors führen, wobei die ersten Verbrennungsfronten Wärme an den Auslasskanälen generieren, was die Katalysatortemperatur erhöht. Der technische Effekt des Generierens von ersten Verbrennungsfronten in den Auslasskanälen besteht darin, dass Abgas in dem Abgaskrümmer schnell erwärmt werden kann, was es dem Abgaskatalysator erlaubt, die Anspringtemperatur schneller zu erreichen. Ferner können aufgrund der Verbrennung an den Auslasskanälen überschüssige HCs und überschüssiges CO in dem Abgas oxidiert werden, wodurch die Emissionsqualität verbessert wird. Das Frühverstellen der Auslassventilzeitsteuerung und der Zündkerzenzeitsteuerung erfordert keine zusätzlichen Komponenten, was ein Verfahren zum Erhöhen der Abgastemperaturen erlaubt, ohne die Herstellungskosten und die Komplexität zu erhöhen. Zusätzlich kann der Kraftstoffverbrauch im Gegensatz zu dem Verfahren von Crane et al. unmodifiziert bleiben. Insgesamt kann durch Einstellen der Zeitsteuerung für EVO und Zündfunken die Katalysatorerwärmung ohne übermäßigen Kraftstoffverbrauch beschleunigt werden, wodurch die Einhaltung von Emissionsvorgaben und die Kraftstoffeffizienz während eines Motorkaltstarts verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche definiert ist, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems, die einen einzelnen Zylinder abbildet.
    • 2 zeigt das Motorsystem aus 1, wobei mehrere Zylinder an einen gemeinsamen Abgaskrümmer gekoppelt sind.
    • 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Kaltstartemissionsreduktion (Cold-Start Emissions Reduction - CSER), das Frühverstellen der Auslassventilzeitsteuerung und Festlegen des Zündzeitpunkts beinhaltet, innerhalb der Zylinder des in 1-2 abgebildeten Motorsystems.
    • 4 zeigt ein Schaubild von Auslassventilprofilen für einen Motorzyklus während eines Kaltstarts und nach einem Anspringen eines Katalysators gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 zeigt ein prognostisches Beispiel für das Frühverstellen der Auslassventilzeitsteuerung und das Festlegen des Zündzeitpunkts bei 20 Grad KW nach dem OT, um die Zeit bis zu einem Anspringen des Katalysators gemäß dem Verfahren aus 3 zu reduzieren.
    • 6 zeigt einen beispielhaften Verlauf von Temperaturen an zwei unterschiedlichen Positionen entlang des Abgaskrümmerrohrs in einem ersten Beispiel bei Anwendung einer ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie und in einem zweiten Beispiel bei Anwendung des beispielhaften Verfahrens für CSER, das in 3 beschrieben ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Reduzieren von Emissionen während eines Kaltstarts eines Motors in einem Fahrzeug. Ein beispielhafter Fahrzeugmotor ist in 1 gegeben und beinhaltet ein Abgassystem, durch das HCs und andere Verbrennungsnebenprodukte behandelt werden können, bevor Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird. Jeder Zylinder des Motors kann mit einem Auslassventil konfiguriert sein, das an einen Abgaskrümmer gekoppelt ist, wie in 2 gezeigt. Eine modifizierte Auslassventilzeitsteuerung zusätzlich zu einem modifizierten Zündzeitpunkt kann an den Auslassventilen jedes Zylinders umgesetzt werden, womit zusätzlich zum Beschleunigen des Anspringens einer Emissionssteuervorrichtung ein erhöhtes Mischen von heißen, verbrannten Gasen mit Restgasen in Auslasskanälen des Abgaskrümmers erlaubt wird, um die Kanaloxidation zu verbessern. Ein beispielhaftes Verfahren für eine CSER-Steuerstrategie, die eine modifizierte Auslassventilzeitsteuerung und einen modifizierten Zündzeitpunkt umsetzt, ist in 3 gegeben. Ein Schaubild, das ein erstes Auslassventilprofil für eine erste beispielhafte CSER-Steuerstrategie und das dem Verfahren aus 3 entsprechende modifizierte Auslassventilprofil vergleicht, ist in 4 gegeben. Ein prognostisches Beispiel für das Umsetzen des Verfahrens aus 3 zum Modifizieren der Auslassventilzeitsteuerung und des Zündzeitpunkts ist in 5 gegeben. Durch Umsetzen der modifizierten Auslassventilzeitsteuerung und des modifizierten Zündzeitpunkts kann das Abgas in dem Abgaskrümmer im Vergleich zum Betrieb des Auslassventils ohne variable Zeitsteuerung schneller erwärmt werden. Ein Verlauf, der die Temperaturen in dem Abgaskrümmer bei der ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie, wie in 4 beschrieben, und der CSER-Steuerstrategie, wie in 3 beschrieben, vergleicht, ist in 6 gegeben.
  • Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein Beispiel für einen Zylinder 14 einer Brennkraftmaschine 10 veranschaulicht, die in einem Fahrzeug 5 beinhaltet sein kann. Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Ebenfalls beinhaltet ist ein Eingangsschalter 133 zum Generieren eines Geschwindigkeitsregelsignals CC. Der Zylinder (in dieser Schrift auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Antriebsrad 55 des Personenkraftwagens gekoppelt sein, wie weiter unten beschrieben. Ferner kann ein Startermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
  • In einigen Beispielen kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen handeln, die dem einen oder den mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor. In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Die elektrische Maschine 52 kann ein Elektromotor oder ein Motor/Generator sein. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen und/oder die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen. Das Getriebe 54 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, was als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug beinhaltet.
  • Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann zudem als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsvorgangs elektrische Leistung bereitzustellen, um die Batterie 58 aufzuladen. Die Steuerung 12 kann die Menge an elektrischer Energie, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert ist und die als der Ladezustand (state of charge - SOC) bezeichnet werden kann, identifizieren und/oder steuern.
  • Der Zylinder 14 des Motors 10 kann über ein Luftansaugsystem (air induction system - AIS), das eine Reihe von Ansaugdurchlässen 142, 144 und einen Ansaugkrümmer 146 beinhaltet, Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugkrümmer 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren, wie in 2 gezeigt. In einigen Beispielen können einer oder mehrere der Ansaugdurchlässe eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Zum Beispiel zeigt 1, dass der Motor 10 mit einem Turbolader 175 konfiguriert ist, der einen Verdichter 174, der zwischen den Ansaugdurchlässen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang eines Abgaskrümmers 148 angeordnet ist, beinhaltet. Der Verdichter 174 kann mindestens teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 mit Leistung versorgt werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor bereitgestellt ist, kann jedoch der Verdichter 174 durch mechanische Eingabe von einem Elektromotor mit Leistung versorgt werden oder können der Motor und die Abgasturbine 176 optional weggelassen werden.
  • Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann in den Motoransaugdurchlässen bereitgestellt sein, um die Strömungsgeschwindigkeit und/oder den Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Motorzylindern bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Drossel 162 stromabwärts des Verdichters 174 positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts des Verdichters 174 bereitgestellt sein.
  • Der Abgaskrümmer 148 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 Abgase aus anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 128 ist stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskrümmer 148 gekoppelt gezeigt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (air/fuel ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal exhaust gas oxygen; Universal- oder Breitbandlambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor.
  • In einem Beispiel kann die Emissionssteuervorrichtung 178 ein Vorkatalysator sein. Im Allgemeinen ist die Emissionssteuervorrichtung 178 dazu konfiguriert, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge an einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Emissionssteuervorrichtung 178 dazu konfiguriert sein, NOx aus dem Abgasstrom abzuscheiden, wenn der Abgasstrom mager ist, und die abgeschiedenen NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 178 dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch anderen Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 178 dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidreste in dem Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung, die eine beliebige derartige Funktionalität aufweisen, können in Washcoats oder an anderer Stelle in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder getrennt oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen ein regenerierbares Rußfilter beinhalten, das dazu konfiguriert ist, Rußpartikel in dem Abgasstrom abzuscheiden und zu oxidieren. Auf diese Weise kann es sich bei der Emissionssteuervorrichtung 178 um ein Dieselpartikelfilter (diesel particulate filter - DPF), einen Dreiwegekatalysator (three way catalyst - TWC), eine NOx-Falle, einen NOx-Katalysator, ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction - SCR), verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann auch als Abgaskatalysator bezeichnet werden und kann ferner einen Temperatursensor 177 beinhalten, der zum Bestimmen der Temperatur des Abgaskatalysators verwendet werden kann.
  • Während eines Motorkaltstarts kann die Temperatur des Abgaskatalysators (wie zum Beispiel durch den Temperatursensor 177 bestimmt) unter einer Schwellentemperatur liegen. In einem Beispiel kann die Schwellentemperatur eine Katalysatoranspringtemperatur sein. Die Schwellentemperatur kann auch als gewünschte Temperatur bezeichnet werden. Wie zuvor beschrieben, ist der Abgaskatalysator unter Umständen nicht dazu in der Lage, die Bestandteile des Abgases wirkungsvoll zu behandeln, wenn die Abgaskatalysatortemperatur unter der Anspringtemperatur liegt. Infolgedessen kann unbehandeltes Abgas in die Atmosphäre freigesetzt werden.
  • Motorkaltstarts können unter vielfältigen Umständen auftreten. In einem Beispiel kann ein Kaltstart als Reaktion auf ein Zündschlüsseleinschaltereignis eingeleitet werden, wodurch Motordrehmoment verwendet wird, um das Fahrzeug 5 anzutreiben, während die Emissionssteuervorrichtung 178 noch unter der Anspringtemperatur liegt. Motorkaltstarts können zudem auftreten, wenn das Fahrzeug 5 davon, dass es durch den Elektromotor 52 vorgetrieben wird, der durch eine bordeigene Energiequelle wie etwa die Traktionsbatterie 58 mit Leistung versorgt wird, dazu wechselt, durch den Motor 10 vorgetrieben zu werden. Als ein Beispiel kann das Fahrzeug 5 während einer Fahrtbedingung mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Autobahn aufgrund von geringen Drehmoment- und Leistungserfordernissen der Fahrtbedingung einen gewissen Zeitraum durch den Elektromotor 52 vorgetrieben werden. Wenn jedoch von der Fahrtbedingung mit konstanter Geschwindigkeit zu einer Beschleunigung des Fahrzeugs 5 übergegangen wird, kann die Batterie 58 unzureichende Leistung aufweisen, um den Elektromotor 52 gemäß den Drehmoment- und Leistungsbedarfen von einem Fahrzeugführer 130 vorzutreiben. Unter diesen Bedingungen kann das Fahrzeug 5 von dem Elektromotor 52 als Hauptvortriebsquelle zu dem Motor 10 als Hauptvortriebsquelle wechseln. Wenn jedoch von einem Zeitraum der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit zu einer Beschleunigung übergegangen wird, kann der Motor 10 unter Kaltstartbedingungen hohe Motorlast- und Motordrehzahlbedarfe aufweisen, was zu einem großen Emissionsvolumen führen kann, bevor die Anspringtemperatur des Katalysators erlangt wird. Ein Verfahren zum Modifizieren der Auslassventilzeitsteuerung und Modifizieren des Zündzeitpunkts, um die Anspringtemperatur in einer beschleunigten Zeit zu erreichen, ist in 3 näher beschrieben.
  • Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 ein Einlassventil 150 und ein Auslassventil 156 beinhaltet, die sich in einer oberen Region des Zylinders 14 befinden. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, was den Zylinder 14 beinhaltet, mindestens zwei Einlassventile und mindestens zwei Auslassventile beinhalten, die sich in einer oberen Region des Zylinders befinden. Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Auf ähnliche Weise kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
  • Während einiger Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Ventilaktoren können einer Art mit elektrischer Ventilbetätigung, einer Art mit Nockenbetätigung oder einer Kombination daraus angehören. Die Einlass- und Auslassventilzeitsteuerung kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenzeitsteuerung, variablen Auslassnockenzeitsteuerung, dualen unabhängigen variablen Nockenzeitsteuerung oder festen Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere von Systemen zum Nockenprofilwechseln (cam profile switching - CPS), zur variablen Nockenzeitsteuerung (variable cam timing - VCT), zur variablen Ventilzeitsteuerung (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, die CPS und/oder VCT beinhaltet, gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das ein Verhältnis des Volumens, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt (UT) befindet, zum Volumen am oberen Totpunkt (OT) ist. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es zum Beispiel kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann zudem erhöht sein, falls Direkteinspritzung verwendet wird, da sich diese auf das Motorklopfen auswirkt.
  • In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung beinhalten. Unter ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 190 der Brennkammer 14 als Reaktion auf ein Signal für Zündverstellung nach früh (spark advance - SA) von der Steuerung 12 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und eines Fahrerdrehmomentbedarfs eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Zündfunken bei einem Zeitpunkt für maximales Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, die Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR beinhalten, in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben. In anderen Beispielen kann der Motor die Ladung durch Verdichtung zünden, wie in einem Dieselmotor.
  • In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 beinhaltet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, aus einem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff abzugeben. Das Kraftstoffsystem 8 kann eine(n) oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler beinhalten. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Art und Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Während 1 zeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert ist, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Mischen und die Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler kann Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 abgegeben werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
  • Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 in dem Ansaugkrümmer 146 und nicht in dem Zylinder 14 angeordnet ist, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die sogenannte Einlasskanalkraftstoffeinspritzung (im Folgenden als „PFI“ (port fuel injection) bezeichnet) in den Ansaugkanal stromaufwärts des Zylinders 14 bereitstellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 kann aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 171 empfangen wird, einspritzen. Es ist zu anzumerken, dass ein einzelner Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder mehrere Treiber verwendet werden können, zum Beispiel der Treiber 168 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und der Treiber 171 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170, wie abgebildet.
  • In einem alternativen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder 14 konfiguriert sein. In noch einem anderen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Einlasskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff stromaufwärts des Einlassventils 150 konfiguriert sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch aus den Kraftstoffsystemen aufzunehmen, und die ferner dazu konfiguriert ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung direkt in den Zylinder oder als Einlasskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung stromaufwärts der Einlassventile einzuspritzen.
  • Während eines einzelnen Zyklus des Zylinders kann Kraftstoff aus beiden Einspritzvorrichtungen an den Zylinder abgegeben werden. Zum Beispiel kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil einer gesamten Kraftstoffeinspritzung abgeben, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der aus jeder Einspritzvorrichtung abgegeben wird, mit Betriebsbedingungen wie etwa Motorlast, Klopfen und Abgastemperatur, wie in dieser Schrift nachstehend beschrieben, variieren. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese beinhalten Unterschiede hinsichtlich der Größe, zum Beispiel kann eine Einspritzvorrichtung ein größeres Einspritzloch aufweisen als die andere. Andere Unterschiede beinhalten unter anderem unterschiedliche Sprühwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Ziele, unterschiedliche Einspritztaktung, unterschiedliche Sprüheigenschaften, unterschiedliche Stellen usw. Darüber hinaus können in Abhängigkeit vom Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs unter den Einspritzvorrichtungen 170 und 166 unterschiedliche Effekte erlangt werden.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichttransitorischer Festwertspeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, die vorstehend erörterte Signale beinhalten und zusätzlich Folgendes beinhalten: eine Messung des angesaugten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassensensor 122; eine Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eine Abgastemperatur von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskrümmer 148 gekoppelt ist; ein Profilzündungsaufnahmesignal (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; eine Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor; ein Signal EGO von dem Abgassensor 128, das durch die Steuerung 12 verwendet werden kann, um das AFR des Abgases zu bestimmen; und ein Absolutkrümmerdrucksignal (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann verwendet werden, um eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer 146 bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten und eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung 178 auf Grundlage des von dem Temperatursensor 158 empfangenen Signals ableiten. Zusätzliche Sensoren, die der Steuerung 12 Daten bereitstellen, sind in 2 gezeigt und nachstehend näher beschrieben.
  • Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und 2 und setzt verschiedene Aktoren aus 1 und 2 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 beim Empfangen eines Signals von dem MAP-Sensor 124 eine Einstellung der Kraftstoffeinspritzung, wie sie durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 oder 170 bereitgestellt wird, auf Grundlage der Motortemperatur, die durch den Temperatursensor 116 detektiert wird, oder auf Grundlage eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das auf Grundlage des Signals EGO von dem Abgassensor 128 abgeleitet wird, befehlen.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder auf ähnliche Weise einen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), eine Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl an Zylindern, was 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder beinhaltet, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und durch 1 abgebildet sind. Eine Ansicht des Motors 10 mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinder ein Einlassventil und ein Auslassventil beinhaltet, ist in 2 gezeigt.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems 200, das den Motor 10 aus 1, ein Steuersystem 202, das die Steuerung 12 aus 1 beinhaltet, und andere in 1 abgebildete Komponenten beinhaltet, die ähnlich nummeriert sind und nicht erneut eingeführt werden. Das Steuersystem 202 beinhaltet ferner Sensoren 204 und Aktoren 206, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein Motorblock 208 ist in dem Motorsystem 200 mit einer Vielzahl von Zylindern 14 gezeigt, wobei der Ansaugkrümmer 146 dazu konfiguriert ist, den Zylindern 14 Ansaugluft und/oder Kraftstoff zuzuführen, und der Abgaskrümmer 148 dazu konfiguriert ist, Verbrennungsprodukte aus den Zylindern 14 auszustoßen. Ein Umgebungsluftstrom kann durch den Ansaugdurchlass 142 und 144 in das Ansaugsystem eintreten.
  • Die Zylinder 14 können jeweils durch ein oder mehrere Ventile bedient werden. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet jeder der Zylinder 14 ein einzelnes Einlassventil I1, bei dem es sich um das Einlassventil 150 aus 1 handeln kann, und ein einzelnes Auslassventil E1, bei dem es sich um das Auslassventil 156 aus 1 handeln kann. Das Einlassventil I1 kann zwischen einer offenen Position, die Ansaugluft in die Zylinder 14 hineinlässt, und einer geschlossenen Position, die Ansaugluft von den Zylindern blockiert, durch Verfahren betätigbar sein, die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind. Gleichermaßen kann das Auslassventil E1 zwischen einer offenen Position, die Abgas aus den Zylindern 14 hinauslässt, und einer geschlossenen Position, die blockiert, dass Gase aus den Zylindern freigesetzt werden, betätigbar sein, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Der Abgaskrümmer 148 kann Auslasskanäle beinhalten, die an jeden der Zylinder 14 gekoppelt sind. In einigen Beispielen (in 2 nicht gezeigt) kann der Abgaskrümmer 148 zudem ein Abgas-Wastegate beinhalten, um zu erlauben, dass mindestens ein Teil des Abgasstroms die Turbine 176 umgeht. Ein Teilabschnitt des Abgaskrümmers 148, wie durch den gestrichelten Bereich 210 angegeben, wird nachfolgend beschrieben und die Beschreibung des in dem gestrichelten Bereich 210 gezeigten Teilabschnitts kann auf jeden Teilabschnitt des Abgaskrümmers 148, der an jeden Zylinder 14 des Motors 10 gekoppelt ist, anwendbar sein.
  • Wie in dem gestrichelten Bereich 210 gezeigt, ist das Auslassventil E1 an einen Auslasskanal 214 gekoppelt. Der Auslasskanal 214 erstreckt und verengt sich stromabwärts der Zylinder 14, um ein Abgaskrümmerrohr 212 zu bilden. Das Abgaskrümmerrohr 212 vereinigt sich mit einem gemeinsamen Abgasdurchlass 220 des Abgaskrümmers 148, der auf ähnliche Weise an andere Abgaskrümmerrohre des Abgaskrümmers gekoppelt ist. Wie aus 2 ersichtlich wird, beinhaltet jeder Zylinder des Motors 10 einen Auslasskanal, der sich so erstreckt, dass er ein Abgaskrümmerrohr bildet.
  • Nach einem Verbrennungszyklus können Restabgase in den Auslasskanälen nicht umgesetzte HCs beinhalten. Zum Beispiel kann während eines Fahrzyklus verbranntes Abgas, das durch das Abgassystem strömt, heiß sein, wodurch mindestens eine Teiloxidation von HCs in den Auslasskanälen ermöglicht wird, bevor die Abgase an der Emissionssteuervorrichtung weiter behandelt und dann in die Atmosphäre freigesetzt werden. Wenn der Motor jedoch einen Zeitraum lang ausgeschaltet wird, kann sich der Motor, der die Komponenten des Abgassystems beinhaltet, abkühlen. Ein anschließender Motorstart bei niedriger Temperatur, z. B. ein Kaltstart, kann während anfänglicher Verbrennungszyklen zu einer Ansammlung von HC-Resten in den Auslasskanälen führen. Zum Beispiel kann eine große Menge an HCs vom Benetzen der oberen Kolbenflächen vor dem Schließen der Auslassventile langsam in die Auslasskanäle gedrückt werden. Zusätzlich kann ein Verbrennungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis beim Kaltstart angereichert werden, um eine geringe Kraftstoffverdampfung zu kompensieren, was weiter zu HC-Resten in den Auslasskanälen beiträgt. Die niedrige Temperatur des Abgases und die niedrigen Sauerstoffpegel aufgrund der angereicherten Verbrennung können zu unerwünscht hohen HC-Emissionen führen, wenn das Abgas aus dem Abgaskrümmer gedrückt wird, ohne sich mit Abgas mit einer hohen Temperatur zu mischen. Ein Verfahren zum Reduzieren von HC-Emissionen durch Modifizieren der Auslassventilzeitsteuerung und des Zündzeitpunkts ist in 3 beschrieben.
  • Insbesondere kann das in 3 beschriebene Verfahren Generieren einer Verbrennungsfront an dem Auslasskanal 214 des Zylinders 14 während eines Kaltstarts, Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches über die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal und Leiten der Verbrennungsfront zu dem Zylinder beinhalten. Um die Verbrennungsfront zu generieren, kann ein Zündfunken an dem Zylinder 14 bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW) eingeleitet werden, nachdem ein Kolben des Zylinders einen oberen Totpunkt (OT) eines Verbrennungstakts eines Viertaktmotorzyklus erreicht hat, was einen Flammenkern innerhalb des Zylinders generiert. Im Anschluss an die Zündfunkenabgabe kann das Auslassventil des Zylinders bei 25 Grad KW geöffnet werden, nachdem der Kolben des Zylinders den OT des Verbrennungstakts erreicht hat, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Öffnen des Auslassventils aus dem Zylinder in den Auslasskanal 214 strömt. Folglich kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus dem Zylinder 14 in den Auslasskanal 214 strömt, durch den Flammenkern gezündet werden, um die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal zu generieren, wobei die Verbrennungsfront an einer oberen Fläche des Auslassventils auftritt und das Luft-Kraftstoff-Gemisch an dem Auslasskanal verbrennt und an dem Auslasskanal vorhandenes Abgas oxidiert. Im Anschluss an eine endgültige Verbrennung innerhalb des Abgaskrümmerrohrs 212 kann sich die Verbrennungsfront dann in einer zweiten Richtung ausdehnen, um sich von dem Auslasskanal 214 in den Zylinder 14 hineinzubewegen. Wenn die Verbrennungsfront in den Zylinder 14 hineinreicht, kann die Verbrennungsfront mit dem Flammenkern innerhalb des Zylinders kollidieren, um eine andere Verbrennung innerhalb des Zylinders als Teil des Verbrennungstakts des Viertaktmotorzyklus zu zünden. Der modifizierte Betrieb gemäß 3 kann beibehalten werden, bis eine Anspringtemperatur der Emissionssteuervorrichtung 178 erzielt ist, wonach der Zündzeitpunkt zurück zum OT des Verbrennungstakts verschoben werden kann und die Auslassventilöffnung dazu zurückverschoben werden kann, dass sie bei Einleitung des Ausstoßtakts auftritt.
  • Ein Verfahren 300 zum Einstellen einer Auslassventilzeitsteuerung, um eine Erzielung einer Anspringtemperatur einer Emissionssteuervorrichtung (wie etwa der Emissionssteuervorrichtung 178 aus 1) zu beschleunigen, um Kaltstartemissionen während eines Motorbetriebs zu reduzieren, ist in 3 gezeigt. Das Verfahren 300 kann in einem Fahrzeug mit einem Motorsystem wie etwa dem Motorsystem 200 aus 2 umgesetzt werden. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 können durch eine Steuerung wie etwa die Steuerung 12 aus 1 und 2 auf Grundlage von Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 302 beinhaltet das Verfahren 300 Schätzen und/oder Messen von derzeitigen Fahrzeugbetriebsbedingungen des Fahrzeugs 5 aus 1. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob der Motor während des Vortriebs des Fahrzeugs betrieben wird. Zum Beispiel können Eigenschaften wie etwa die Motordrehzahl auf Grundlage eines PIP-Signals von einem Hall-Effekt-Sensor abgeleitet werden, die Motorlast auf Grundlage eines Signals von einem MAF-Sensor geschätzt werden, die Motortemperatur durch einen Temperatursensor geschätzt werden, die Abgastemperatur über einen Abgastemperatursensor geschätzt werden, die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung über einen Katalysatortemperatursensor geschätzt werden, die HC-Pegel in Abgas durch einen oder mehrere HC-Sensoren in dem Abgassystem detektiert werden usw. Zusätzlich kann bestimmt werden, ob das Fahrzeug mit Drehmoment betrieben wird, das über einen Elektromotor wie etwa den Elektromotor 52 aus 1 an das Fahrzeug abgegeben wird. Das Bestimmen, ob das Fahrzeug mit Drehmoment angetrieben wird, das über den Elektromotor generiert wird, kann in einem Beispiel durch Bewerten eines SOC einer Traktionsbatterie (wie etwa der Traktionsbatterie 58 aus 1) bestimmt werden, die den Elektromotor mit Leistung versorgt. Zusätzlich können in dem Fall, dass das Fahrzeug durch den Elektromotor angetrieben wird, Eigenschaften des Elektromotors bestimmt werden, wie etwa Motordrehzahl, Motortemperatur usw.
  • Bei 304 beinhaltet das Verfahren 300 Bestimmen, ob Bedingungen für einen Kaltstart des Motors erfüllt sind. Eine beispielhafte Bedingung für einen Kaltstart des Motors kann ein Zündschlüsseleinschaltereignis sein, das durch einen Fahrzeugführer eingeleitet wird und den Motorbetrieb startet, während sich die Emissionssteuervorrichtung unter dem effektiven Temperaturbereich von 400 °C und 600 °C befindet, wie durch einen Temperatursensor geschätzt, der an die Emissionssteuervorrichtung gekoppelt ist (wie etwa den Temperatursensor 177 in 1), wie etwa nach längerer Inaktivität des Motors. Die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung kann zudem in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und/oder der Motortemperatur bestimmt werden. Zum Beispiel kann in einem Hybridfahrzeug ein durch einen Fahrzeugführer eingeleitetes Zündschlüsseleinschaltereignis den Motor des Fahrzeugs anstelle des Elektromotors anschalten, da die Traktionsbatterie, die den Elektromotor mit Leistung versorgt, einen unzureichenden SOC aufweist. Eine andere beispielhafte Bedingung für die Einleitung eines Kaltstarts des Motors kann das Wechseln vom Antreiben über den Elektromotor (unter Verwendung von Elektromotordrehmoment) zum Antreiben über den Motor (unter Verwendung von Motordrehmoment) sein, während sich die Emissionssteuervorrichtung nicht innerhalb des effektiven Temperaturbereichs von 400 °C und 600 °C befindet, wie durch den Temperatursensor geschätzt. Zum Beispiel kann das Wechseln vom Antreiben des Fahrzeugs über den Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs über den Motor als Reaktion auf eine Anforderung einer Beschleunigung über den Leistungs- und Drehmomentkapazitäten des Elektromotors erfolgen. Ein Beispiel kann das Wechseln vom Fahren in der Stadt zum Übergehen zum Fahren auf der Autobahn über eine Auffahrt zur Autobahn beinhalten, was eine Beschleunigung über den Leistungs- und Drehmomentkapazitäten des Elektromotors nutzen kann. Ein anderes Beispiel kann das Übergehen von einer Geschwindigkeitsregelung, die durch den Elektromotor mit Leistung versorgt wird, zu einem Betrieb durch den Motor des Fahrzeugs über eine Betätigung des Fahrpedals (wie etwa des Fahrpedals der Eingabevorrichtung 132 aus 1) durch einen Fahrzeugführer beinhalten. In einem anderen Beispiel kann das Wechseln vom Antreiben des Fahrzeugs über den Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs über den Motor als Reaktion darauf erfolgen, dass der SOC der Traktionsbatterie, die den Elektromotor mit Leistung versorgt, unter einem Schwellenpegel liegt, wie durch die Steuerung bestimmt. Der Schwellen-SOC kann ein Schwellenpegel sein, unter dem die Batterie angesichts der Leistungs- und Drehmomentbedarfe des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Betriebs unter Umständen nicht mehr dazu in der Lage ist, den Elektromotor einen gewissen Zeitraum (z. B. 5 Minuten) mit Leistung zu versorgen. Falls die Bedingungen für den Kaltstart des Motors nicht erfüllt worden sind, kann das Verfahren 300 zu 306 übergehen, um den derzeitigen Fahrzeugbetriebszustand beizubehalten, und das Verfahren kann enden. Im derzeitigen Fahrzeugbetrieb kann das Fahrzeug mit Motordrehmoment und/oder Elektromotordrehmoment betrieben werden. Falls das Fahrzeug über Motordrehmoment betrieben wird, kann bestätigt werden, dass die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung über ihrer Anspringtemperatur liegt, wodurch eine Behandlung von Abgas ermöglicht wird, das durch die Vorrichtung strömt. Falls die Bedingungen für einen Kaltstart des Motors erfüllt sind, kann das Verfahren 300 zu 308 übergehen.
  • Bei 308 beinhaltet das Verfahren 300 Einleiten einer Motorankurbelung des Fahrzeugs. Das Einleiten des Ankurbelns des Motors beinhaltet Ankurbeln des Motors über einen Startermotor. Der Startermotor kann als Reaktion auf ein Zündschlüsseleinschaltereignis oder eine Anforderung von Motorbetrieb von der Steuerung eingeschaltet werden und kann die Drehung einer Kurbelwelle (wie etwa der Kurbelwelle 140 aus 1) des Motors über ein Schwungrad einleiten, das an die Kurbelwelle gekoppelt ist. Ein anfängliches Ankurbeln des Motors kann einen weiteren Motorbetrieb über Verbrennung erlauben. In einem Beispiel kann die Verbrennung in Motorzylindern während des Ankurbelns des Motors eingeleitet werden.
  • Im Anschluss an die Einleitung des Ankurbelns des Motors beinhaltet das Verfahren 300 bei 310 Einspritzen von Kraftstoff während eines Verdichtungstakts. Der Verdichtungstakt eines Viertaktmotorzyklus kann auf einen anfänglichen Ansaugtakt folgen, wodurch während des Ansaugtakts Luft darüber in den Zylinder gesaugt wird, dass sich ein Einlassventil (wie etwa das Einlassventil 150 aus 1) öffnet und dann schließt, wenn sich ein Kolben (wie etwa der Kolben 138 aus 1) vom OT zum UT bewegt. Während des anschließenden Verdichtungstakts, wenn sich der Kolben vom UT zum OT bewegt, kann Kraftstoff über eine oder mehrere Voreinspritzungen, bevor der Kolben den OT erreicht, zusätzlich zu einer Haupteinspritzung, wenn der Kolben den OT erreicht, eingespritzt werden, wodurch der Kolben ein Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders verdichtet.
  • Bei 312 kann das Verfahren 300 Einleiten eines Zündfunkens für die in dem Zylinder gehaltene Luft-Kraftstoff-Ladung bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW) beinhalten, nachdem der Kolben den OT des Verbrennungstakts des Viertaktmotorzyklus erreicht hat. Da in einem typischen Motorzyklus (wie etwa, wenn der Motor warm ist und der Katalysator angeschaltet ist) der Zündfunken vor oder am OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird, kann das Einleiten des Zündfunkens 20 Grad KW, nachdem der Kolben den OT des Verbrennungstakts erreicht hat, Spätverstellen des Zündzeitpunkts umfassen. Der Kolben kann den OT als Teil des Abschließens des Verdichtungstakts und des Startens eines unmittelbar anschließenden Verbrennungstakts erreichen. Die Position des Kolbens kann durch einen Kurbelwellenpositionssensor (nicht gezeigt) geschätzt werden, während die Ableitung, dass er sich im Verbrennungstakt befindet, über Positionssignale bestimmt werden kann, die durch die Steuerung von jedem von dem Kurbelwellenpositionssensor und einem Nockenwellenpositionssensor (nicht gezeigt) empfangen werden. Die Verbrennung innerhalb des Zylinders kann über eine Zündkerze (wie etwa die Zündkerze 192 aus 1) eingeleitet werden. Wenn die Steuerung bestimmt, dass sich der Kolben 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts befindet, indem sie Signale von jedem von dem Nockenwellenpositionssensor und dem Kurbelwellenpositionssensor empfängt, kann die Steuerung dann die Zündkerze betätigen, um die in dem Zylinder gehaltene Luft-Kraftstoff-Kombination zu zünden.
  • Bei 314 kann als Reaktion auf das Einleiten des Zündfunkens bei 312 ein Flammenkern innerhalb des Zylinders generiert werden. In einem Beispiel kann der Flammenkern in einem Beispiel innerhalb des Zylinders bei 22 Grad KW erscheinen, nachdem der Kolben den OT des Verbrennungstakts erreicht hat. In einem anderen Beispiel kann der Flammenkern später als 22 Grad, aber vor 25 Grad erscheinen.
  • Bei 316 kann das Verfahren 300 Öffnen eines Auslassventils (wie etwa des Auslassventils 156 aus 1) 25 Grad KW beinhalten, nachdem der Kolben den OT des Verbrennungstakts des Viertaktmotorzyklus erreicht hat, wie etwa nachdem der Zündfunken eingeleitet worden ist (bei 20 KW nach dem OT). Wie in 312 beschrieben, kann die Bestimmung, dass der Kolben nach dem Erreichen des OT des Verbrennungstakts 25 Grad KW durchlaufen hat, durch die Steuerung über Signale bestimmt werden, die von jedem von einem Kurbelwellenpositionssensor und einem Nockenwellenpositionssensor empfangen werden. Nach der Bestimmung durch die Steuerung, dass der Kolben nach dem Erreichen des OT des Verbrennungstakts 25 Grad KW durchlaufen hat, kann das Auslassventil aus einer vollständig geschlossenen Position in eine offene Position betätigt werden. In einer Ausführungsform kann das Auslassventil durch das Nockenbetätigungssystem (wie etwa den Aktor 154 aus 1) betätigt werden, das über die Steuerung variable Nockenzeitsteuerung (VCT) einsetzen kann, um das Öffnen des Auslassventils so nach früh zu verstellen, dass es bei 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts auftritt oder mit anderen Worten 155 Grad KW gegenüber dem Normalbetrieb nach früh verstellt ist, wobei der Normalbetrieb so definiert sein kann, dass sich das Auslassventil zu Beginn des Ausstoßtakts öffnet, wenn der Kolben den UT erreicht. Zusätzlich kann das Auslassventil zudem variable Ventilzeitsteuerung (VVT) des Nockenbetätigungssystems nutzen, um das Auslassventil für den Rest des Verbrennungstakts zusätzlich zum Ausstoßtakt offen zu halten.
  • Aufgrund des nach spät verstellten Zündzeitpunkts und der nach früh verstellten EVO, die in dieser Schrift beschrieben sind, kann ein Verbrennungsprozess, der zwei Verbrennungsfronten beinhaltet, in mehreren Stufen erfolgen. Im Anschluss an das Öffnen des Auslassventils bei 25 Grad KW bei 316 des Verfahrens 300 wird ein Unterdruck an dem Auslasskanal generiert, der veranlasst, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Zylinder und in einen Auslasskanal (wie etwa den Auslasskanal 214 aus 2) strömt.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch aufgrund der EVO in den Auslasskanal strömt, kann bei 318 eine erste Verbrennungsfront innerhalb des Auslasskanals an einer oberen Fläche des Auslassventils generiert werden. Im Anschluss an eine anfänglichen Bildung der ersten Verbrennungsfront innerhalb des Auslasskanals kann sich die erste Verbrennungsfront weiter stromabwärts des Auslasskanals bewegen und sich von dem Auslasskanal zu einem Abgaskrümmerrohr (wie etwa dem Abgaskrümmerrohr 212 aus 2) eines Abgaskrümmers (wie etwa des Abgaskrümmers 144 aus 1) erstrecken. An der ersten Verbrennungsfront können CO und HCs in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus dem Zylinder ausströmt, und das überschüssige CO und die überschüssigen HCs, die in dem Abgas im Inneren des Auslasskanals und des Krümmerrohrs enthalten sind, oxidiert werden.
  • Bei 320 kann im Anschluss daran, dass die Verbrennungsfront in das Abgaskrümmerrohr strömt, eine endgültige Verbrennung der ersten Verbrennungsfront auftreten, wodurch sich die erste Verbrennungsfront nicht mehr in der Richtung entlang des Abgaskrümmerrohrs stromabwärts des Auslasskanals erstrecken kann. Im Anschluss an die endgültige Verbrennung der ersten Verbrennungsfront innerhalb des Auslasskanals und des Krümmerrohrs kann bei 322 eine zweite Verbrennungsfront von dem Abgaskrümmerrohr zu dem Zylinder strömen, die stromaufwärts durch jedes von dem Abgaskrümmerrohr, dem Auslasskanal und dem Zylinder strömt. Wenn die zweite Verbrennungsfront den Zylinder erreicht, kann bei 324 während des Verbrennungstakts über die zweite Verbrennungsfront eine Verbrennung in dem Zylinder generiert werden. Insbesondere kann beim Eintritt der zweiten Verbrennungsfront in den Zylinder die zweite Verbrennungsfront mit dem Flammenkern kollidieren und eine Verbrennung innerhalb des Zylinders auftreten, was eine Kraft generiert, die als Teil des Rests des Verbrennungstakts nach unten auf den Kolben angewendet wird.
  • Auf diese Weise können der nach spät verstellte Zündzeitpunkt und die nach früh verstellte EVO eine Verbrennung innerhalb jedes von dem Auslasskanal, dem Abgaskrümmerrohr und dem Zylinder generieren, was ein schnelles Erwärmen des Abgases, eine Oxidation von CO und HCs innerhalb des Luft-Kraftstoff-Gemisches und innerhalb des Abgaskrümmers und eine Generierung einer nach unten gerichteten Kraft auf den Kolben als Teil des Verbrennungstakts erlaubt. Details des Auslassventilprofils, das einer ersten CSER-Steuerstrategie entspricht, im Vergleich zu der CSER-Steuerstrategie des Verfahrens 300 aus 3, werden in Bezug auf 4 näher erörtert.
  • Bei 326 kann das Verfahren 300 Beibehalten des nach spät verstellten Zündzeitpunkts und der nach früh verstellten EVO als Teil des fortgesetzten Motorbetriebs beinhalten. Der nach spät verstellte Zündzeitpunkt kann über die Steuerung als Reaktion auf Kolbenpositionssignale beibehalten werden, die durch die Steuerung über den Kurbelwellenpositionssensor empfangen werden, zusätzlich dazu, dass die Steuerung eine laufende Zählung führt, wie oft der Kolben den OT und UT innerhalb eines Viertaktzyklus erreicht hat, um zu bestimmen, welcher Takt des Viertaktzyklus derzeit in Betrieb ist (z. B., ob sich der Kolben derzeit im Verbrennungstakt befindet). Die nach früh verstellte EVO des Auslassventils kann durch die VCT des Nockenbetätigungssystems beibehalten werden, das über die Steuerung betätigt wird, während die verlängerte Zeit, in der das Auslassventil im Vergleich zum Normalbetrieb offen gehalten wird, durch fortgesetzten Betrieb der VVT des Nockenbetätigungssystems beibehalten wird, das über die Steuerung betätigt wird.
  • Bei 328 beinhaltet das Verfahren 300 Bestimmen, ob eine Katalysatoranspringtemperatur erzielt ist. Die Katalysatoranspringtemperatur kann eine Schwellentemperatur sein, über der die Emissionssteuervorrichtung effizient arbeiten kann, z. B. eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung, bei der eine Oxidation und Reduktion von Abgasbestandteilen mit einem Wirkungsgrad von 50 % generiert wird. Die Anspringtemperatur der Emissionssteuervorrichtung kann ein vorkalibrierter Wert sein, der in dem nichttransitorischen Speicher der Steuerung gespeichert ist. In einem Beispiel kann eine Anspringtemperatur 400 °C betragen. Die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung kann auf Grundlage von Ausgaben von einem oder mehreren von dem Temperatursensor der Emissionssteuervorrichtung, dem Abgastemperatursensor und dem Motorkühlmitteltemperatursensor geschätzt werden. Die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung kann dann mit der Anspringtemperatur verglichen werden. Falls die Katalysatoranspringtemperatur nicht erlangt ist, kann das Verfahren 300 dann zu 330 übergehen, um den veränderten Motorbetrieb beizubehalten (z. B. mit nach früh verstellter EVO und nach spät verstelltem Zündzeitpunkt, wie vorstehend beschrieben), und dann zu 328 zurückkehren. Falls die Katalysatoranspringtemperatur andernfalls erlangt ist, kann das Verfahren 300 zu 332 übergehen, um den nominalen Zündzeitpunkt und die nominale EVO wiederherzustellen.
  • Bei 332 beinhaltet das Verfahren 300 Einleiten des Zündfunkens am OT des Verbrennungstakts. Der Zündzeitpunkt kann über die Steuerung zurückgesetzt werden, um den Zündfunken abzugeben, wenn der Kolben den OT des Verbrennungstakts erreicht. Im Anschluss an das Zurücksetzen des Zündzeitpunkts beinhaltet das Verfahren 300 bei 334 Öffnen des Auslassventils zu Beginn des Ausstoßtakts. Das Öffnen des Auslassventils zu Beginn des Ausstoßtakts kann Einstellen der Nockenphasenlage durch Befehlen des Ausschaltens der VCT des Nockenbetätigungssystems über die Steuerung beinhalten. Zusätzlich kann das Ausschalten der VVT des Nockenbetätigungssystems über die Steuerung befohlen werden, sodass das Auslassventil aus einer vollständig geschlossenen Position zum Öffnen zu Beginn des Ausstoßtakts, wenn sich der Kolben am UT befindet, in eine vollständig geschlossene Position, wenn sich der Kolben auf halbem Weg zwischen UT und OT befindet, zurück in eine vollständig geschlossene Position, wenn der Kolben den UT erreicht, betätigt werden kann. Im Anschluss an 334 kann das Verfahren 300 dann enden.
  • Auf diese Weise beschreibt das Verfahren 300 ein Verfahren zum Einleiten einer CSER-Steuerstrategie, wodurch unter einer ersten Bedingung der Zündfunken vom oberen Totpunkt (OT) des Verbrennungstakts nach spät verstellt werden kann und das Auslassventil während eines Verbrennungstakts geöffnet werden kann und unter einer zweiten Bedingung der Zündfunken am OT des Verbrennungstakts eingeleitet werden kann und das Auslassventil nach Abschluss des Verbrennungstakts geöffnet werden kann. Die erste Bedingung kann Starten des Motors während eines Kaltstarts beinhalten, wobei der Kaltstart beinhaltet, dass eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung unter einer Anspringtemperatur liegt, und die zweite Bedingung kann einen Motorbetrieb beinhalten, bei dem die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung höher als die Anspringtemperatur ist. Ein Übergang von der ersten Bedingung zu der zweiten Bedingung kann als Reaktion darauf auftreten, dass sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung auf die Anspringtemperatur erhöht, wodurch sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung als Reaktion darauf erhöhen kann, dass Abgas in dem Abgassystem während der ersten Bedingung über die in dem Auslasskanal generierte Verbrennungsfront erwärmt wird.
  • 4 zeigt ein Schaubild 400, das zwei unterschiedliche Auslassventilzeitsteuerungsprofile für einen Zylinder abbildet. Zum Beispiel kann der Zylinder einer der Zylinder 14 sein, die in 2 abgebildet sind. Die x-Achse des Schaubilds stellt die Grad Kurbelwinkel (KW) dar und die y-Achse des Schaubilds stellt die Auslassventilöffnung in Millimetern (mm) dar. Ein erster Verlauf 410 bildet ein erstes Auslassventilprofil für eine erste beispielhafte CSER-Steuerstrategie ab und ein zweiter Verlauf 420 bildet ein zweites Auslassventilprofil für die in dieser Schrift beschriebene CSER-Steuerstrategie gemäß dem Verfahren 300 aus 3 ab. Die erste beispielhafte CSER-Steuerstrategie kann dem Öffnen eines Auslassventils (wie etwa des Auslassventils 156 aus 1) 140 Grad KW entsprechen, nachdem ein Kolben (wie etwa der Kolben 138 aus 1) den OT eines Verbrennungstakts 430 erreicht hat. Zusätzlich kann die erste beispielhafte CSER-Steuerstrategie einen Zündfunken über eine Zündkerze (wie etwa die Zündkerze 192 aus 1) bei 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430 einleiten. In einem anderen Beispiel kann der Zündzeitpunkt für die erste beispielhafte CSER-Steuerstrategie auf einen beliebigen Zeitpunkt vom OT des Verbrennungstakts bis 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingestellt werden. Im Gegensatz dazu kann die CSER-Steuerstrategie, wie sie in 3 beschrieben ist, dem Öffnen des Auslassventils 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts entsprechen, während ein Zündfunken in dem Zylinder über die Zündkerze 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird. Beide Verläufe 410, 420 bilden die Auslassventilzeitsteuerung über ein Intervall von Grad KW ab, das sowohl den Verbrennungstakt 430 als auch einen Ausstoßtakt 440 beinhaltet. Insbesondere bildet der erste Verlauf 410 das Öffnen des Auslassventils 140 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430 oder mit anderen Worten 40 Grad KW vor dem Beginn des Ausstoßtakts 440 ab. Im Gegensatz dazu bildet der zweite Verlauf 420 das Öffnen des Auslassventils 25 Grad nach dem OT des Verbrennungstakts 430 oder mit anderen Worten 155 Grad KW vor dem Beginn des Ausstoßtakts 440 ab.
  • Jeder von dem ersten Verlauf 410 und dem zweiten Verlauf 420 kann den gleichen maximalen Ventilhub aufweisen, doch das in dem zweiten Verlauf 420 abgebildete Auslassventilprofil bildet die EVO 115 Grad KW vor der in dem ersten Verlauf 410 abgebildeten EVO ab. Zusätzlich können sowohl der erste Verlauf 410 als auch der zweite Verlauf 420 die Auslassventilschließung (exhaust valve closing - EVC) bei 360 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430 abbilden, wenn der Kolben den UT am Ende des Ausstoßtakts 440 erreicht. Auf diese Weise veranschaulicht das Auslassventilprofil des zweiten Verlaufs 420, dass das Auslassventil 115 Grad KW länger offen ist, als in dem ersten Verlauf 410 abgebildet ist. In dem ersten Verlauf 410 kann sich über das gesamte Intervall von 220 Grad KW, während dessen das Auslassventil offen ist, das Auslassventil am Mittelpunkt des Intervalls vollständig öffnen. In einem Beispiel kann die Öffnungsgeschwindigkeit über die erste Hälfte des Intervalls, wenn sich das Auslassventil bis zum maximalen Hub öffnet, genau entgegengesetzt zu der Schließgeschwindigkeit über das zweite Intervall sein (z. B. den gleichen Betrag aufweisen, aber negativ sein), wenn das Auslassventil aus dem maximalen Hub in eine vollständig geschlossene Position übergeht. In einem anderen Beispiel können die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten des Auslassventils in Bezug auf den Mittelpunkt des Intervalls asymmetrisch sein. Auf ähnliche Weise kann in dem zweiten Verlauf 420 über das gesamte Intervall von 335 Grad KW, während dessen das Auslassventil offen ist, das Auslassventil am Mittelpunkt des Intervalls vollständig offen sein. In einem Beispiel kann die Öffnungsgeschwindigkeit über die erste Hälfte des Intervalls, wenn sich das Auslassventil bis zum maximalen Hub öffnet, genau entgegengesetzt zu der Schließgeschwindigkeit über die zweite Hälfte des Intervalls sein, wenn das Auslassventil aus dem maximalen Hub in eine vollständig geschlossene Position übergeht. In einem anderen Beispiel können die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten des Auslassventils in Bezug auf den Mittelpunkt des Intervalls asymmetrisch sein.
  • Die erste beispielhafte CSER-Strategie, die in dem Auslassventilprofil des ersten Verlaufs 410 abgebildet ist, kann das Öffnen des Auslassventils 140 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430 erlauben oder mit anderen Worten das Öffnen des Auslassventils 40 Grad KW vor dem Beginn des Ausstoßtakts 440, während der Zündfunken bei 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird. Das Öffnen des Auslassventils 40 Grad KW vor dem Beginn des Ausstoßtakts 440 während des Motorzyklus kann erlauben, dass während eines Kaltstarts ein gewisser indizierter effektiver Mitteldruck (indicated mean effective pressure - IMEP) innerhalb der Zylinder generiert wird, wenn der Motor bis zu einer gewissen Drehzahl angekurbelt wird, z. B. 1200 rpm, wonach die EVO dazu zurückkehren kann, sich zu Beginn des Ausstoßtakts 440 zu öffnen. Ein derartiger IMEP innerhalb der Zylinder kann dabei helfen, Kaltstartemissionen zu reduzieren, wenn sich die Motordrehzahl auf 1200 rpm erhöht. Während der ersten beispielhaften CSER-Strategie des ersten Verlaufs 410 kann die Verbrennung trotz einer nach früh verstellten EVO immer noch vollständig innerhalb der Zylinder auftreten.
  • Im Gegensatz dazu kann die CSER-Strategie des Verfahrens 300 aus 3, die in dem Auslassventilprofil des zweiten Verlaufs 420 abgebildet ist, Festlegen des Zündzeitpunkts bei 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430, Öffnen des Auslassventils des Zylinders unmittelbar nach dem Zündfunken und Generieren einer ersten Verbrennungsfront an einem Auslasskanal des Zylinders und einer zweiten Verbrennungsfront innerhalb des Zylinders beinhalten. Insbesondere kann die nach früh verstellte EVO erlauben, dass die erste Verbrennungsfront innerhalb eines Auslasskanals (wie etwa des Auslasskanals 214 aus 2) auftritt, was die Oxidation von Rest-CO und -HCs in Abgas erlaubt, das in dem Auslasskanal enthalten ist. In dem Verfahren 300 aus 3 kann ein nach spät verstellter Zündfunken, der schematisch in 4 durch das Blitzsymbol 450 abgebildet ist, über die Zündkerze 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430 auftreten. Bei 22 Grad KW nach dem OT kann sich ein Flammenkern innerhalb des Zylinders bilden. Bei 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts 430, 5 Grad KW nach dem nach spät verstellten Zündfunken, kann die EVO eingeleitet werden, wie in dem zweiten Verlauf 420 abgebildet. Aufgrund der Verringerung des Drucks im Inneren des Zylinders, wenn sich der Kolben nach unten bewegt und sich das Zylindervolumen ausdehnt, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder nach außen in den Auslasskanal strömen und sich mit Abgas mischen, das darin enthalten ist. Die Verbrennung des Gemisches aus Luft und Kraftstoff aus dem Zylinder und des Abgases, das in dem Auslasskanal enthalten ist, kann dann innerhalb des Auslasskanals nahe einer oberen Fläche des Auslassventils auftreten. Im Anschluss an die Verbrennung innerhalb des Auslasskanals kann die erste Verbrennungsfront von dem Auslasskanal zu einem Abgaskrümmerrohr (wie etwa dem Abgaskrümmerrohr 212 aus 2) strömen, wodurch Rest-CO und -HCs in dem Abgas, das in dem Abgaskrümmerrohr enthalten ist, weiter oxidiert werden. Im Anschluss an die vollständige Verbrennung an der ersten Verbrennungsfront kann die zweite Verbrennungsfront von dem Auslasskanal in den Zylinder strömen. Die zweite Verbrennungsfront kann sich dann mit dem Flammenkern in dem Zylinder kombinieren, was erlaubt, dass eine endgültige Verbrennung innerhalb des Zylinders als Teil des Verbrennungstakts stattfindet. Das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders kann dann als Teil des Ausstoßtakts des Motorzyklus durch den Auslasskanal und das Abgaskrümmerrohr und in einen Auslass strömen.
  • Auf diese Weise kann durch Festlegen des Zündzeitpunkts bei 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts und Frühverstellen der EVO auf 155 Grad KW vor dem UT des Ausstoßtakts eine erste Verbrennungsfront gebildet werden, die sich von dem Auslasskanal erstreckt und sich durch das gesamte Abgaskrümmerrohr ausdehnt, wodurch Rest-CO und - HCs in dem Abgas eines Abgaskrümmers (wie etwa des Abgaskrümmers 144 aus 2) weiter oxidiert werden. Dies reduziert zusätzlich zum Erhöhen der Abgastemperatur Rest-CO und -HCs innerhalb des Abgases, was erlaubt, dass eine Anspringtemperatur einer Emissionssteuervorrichtung (wie etwa der Emissionssteuervorrichtung 178 aus 2) während eines Kaltstarts schneller erlangt wird; beide dieser Faktoren können Emissionen während eines Kaltstarts im Vergleich zu der ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie des ersten Verlaufs 410 reduzieren.
  • Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5 bildet das Kennfeld 500 ein prognostisches Beispiel für das Frühverstellen der Auslassventilzeitsteuerung und das Festlegen des Zündzeitpunkts bei 20 Grad KW nach dem OT als Teil einer CSER-Steuerstrategie in einem Fahrzeug (wie etwa dem Fahrzeug 5 aus 1) gemäß dem Verfahren 300 aus 3 ab. Die horizontale Achse (x-Achse) bezeichnet die Grad Kurbelwinkel (KW) und die vertikalen Markierungen cal-ca7 identifizieren signifikante Punkte in der CSER-Steuerstrategie.
  • Das Kennfeld 500 beschreibt eine CSER-Strategie, die als Reaktion auf eine Motoreinschaltbedingung eingeleitet werden kann. Die Motoreinschaltbedingung kann als Reaktion auf ein Zündschlüsseleinschaltereignis oder als Reaktion auf das Wechseln vom Antreiben des Fahrzeugs über einen Elektromotor (wie etwa den Elektromotor 52 aus 1) zum Antreiben des Fahrzeugs über einen Motor (wie etwa den Motor 10 aus 1) eingeleitet werden. Der Motor kann eine Vielzahl von Zylindern (wie etwa die Zylinder 14 aus 1-2) beinhalten, wobei jeder Zylinder einen Kolben (wie etwa den Kolben 138 aus 1) beinhaltet. Folglich kann eine Motoreinschaltbedingung beim Einleiten der Bewegung von Kolben widergespiegelt werden. Die Kolbenposition für einen einzelnen Kolben ist in Verlauf 502 gezeigt, der beinhaltet, dass sich der Kolben durch jeden eines Ansaugtakts, eines Verdichtungstakts, eines Verbrennungstakts und eines Ausstoßtakts als Teil eines Viertaktmotorzyklus bewegt, wobei 1 auf der y-Achse den OT angibt und 0 auf der y-Achse den UT angibt. Während des Viertaktmotorzyklus kann ein Auslassventil (wie etwa das Auslassventil 156 aus 1) eine modifizierte Auslassventilzeitsteuerung aufweisen, insbesondere mit einer nach früh verstellten EVO; ein Verlauf der Auslassventilposition ist in Verlauf 504 gegeben, wobei 1 auf der y-Achse eine vollständig offene Ventilposition angibt und 0 auf der y-Achse eine vollständig geschlossene Ventilposition angibt, und ein Verlauf der Einlassventilposition ist in Verlauf 506 gegeben, wobei 1 auf der y-Achse eine vollständig offene Ventilposition angibt und 0 auf der y-Achse eine vollständig geschlossene Ventilposition angibt. Kraftstoff kann während des Verdichtungstakts über eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus 1) eingespritzt werden; ein beispielhafter Verlauf der Kraftstoffeinspritzung ist in Verlauf 508 gegeben, wobei 1 auf der y-Achse die Kraftstoffeinspritzung angibt und 0 auf der y-Achse angibt, dass sich die Kraftstoffeinspritzung in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Nachdem Kraftstoff eingespritzt worden ist, kann der Zündfunken durch eine Zündkerze (wie etwa die Zündkerze 192 aus 1) auf eine nach spät verstellte Weise eingeleitet werden; ein beispielhafter Verlauf des nach spät verstellten Zündzeitpunkts ist in dem beispielhaften Verlauf 510 gegeben, wobei 1 auf der y-Achse den Zündfunken angibt und 0 auf der y-Achse angibt, dass sich der Zündfunken in einem ausgeschalteten Zustand befindet.
  • Vor ca1 befindet sich der Motor in einem ausgeschalteten Zustand. Folglich wird der Kolben in einer vollständig offenen Position gehalten, jedes der Auslass- und Einlassventile ist geschlossen, die Kraftstoffeinspritzung und der Zündfunken sind ausgeschaltet und die CSER-Steuerstrategie ist nicht umgesetzt.
  • Bei ca1 wird die CSER-Steuerstrategie entweder als Reaktion auf ein Zündschlüsseleinschaltereignis oder als Reaktion auf das Wechseln vom Antreiben des Fahrzeugs durch den Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs mit dem Motor angeschaltet. Als Reaktion darauf, dass die CSER-Steuerstrategie angeschaltet wird, wird bei ca1 der Motor eingeschaltet, und als Reaktion darauf, dass der Motor bei ca1 angeschaltet wird, beginnt der Kolben, sich nach unten zu bewegen, und beginnt das Einlassventil, sich zu öffnen.
  • Von ca1 bis ca2 durchläuft der Kolben den Ansaugtakt, wobei er am OT bei ca1 startet und sich zum UT bei ca2 bewegt. In Verbindung mit der Bewegung des Kolbens beginnt das Einlassventil bei ca1, sich zu öffnen, wobei es sich bis zu einem maximalen Ventilhub öffnet, wenn sich der Kolben auf halbem Weg zwischen OT und UT befindet, und sich bei ca2 erneut vollständig schließt, wenn der Kolben den UT erreicht.
  • Bei ca2 ist das Einlassventil vollständig geschlossen und der Kolben beginnt den Verdichtungstakt. Von ca2 bis ca3 durchläuft der Kolben den größten Teil des Verdichtungstakts, wobei er diesen vom UT fast bis zum OT durchläuft. Während dieser Zeit bleiben das Einlass- und Auslassventil geschlossen, die Kraftstoffeinspritzung bleibt ausgeschaltet und es wird kein Zündfunken eingeleitet.
  • Bei ca3, wenn der Kolben den OT als Teil des Verdichtungstakts nahezu erreicht hat, wird Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in den Zylinder eingespritzt. Während in diesem Beispiel Verlauf 510 eine einzelne Kraftstoffeinspritzung zeigt, kann es in einem Beispiel während der Kraftstoffeinspritzung eine oder mehrere Voreinspritzungen geben, auf die eine Haupteinspritzung folgt.
  • Von ca3 bis ca4 durchläuft der Kolben das Ende des Verdichtungstakts und einen Teil des Verbrennungstakts, wobei die Kolbenposition bis zum Beginn des Verbrennungstakts bei 20 Grad KW endet. Während dieser Zeit bleiben das Einlass- und Auslassventil weiterhin geschlossen und es wird kein Zündfunken eingeleitet.
  • Bei ca4 wird als Reaktion darauf, dass der Kolben 20 Grad KW des Verbrennungstakts erreicht, ein Zündfunken eingeleitet, der relativ zu einem normalen Zündzeitpunkt nach spät verstellt ist, der am Ende des Verdichtungstakts auftreten kann, wenn der Kolben den OT als Teil des Beginns des Verbrennungstakts erreicht.
  • Kurz nach der Zündfunkeneinleitung wird bei ca5, wenn der Kolben 25 Grad KW des Verbrennungstakts durchlaufen hat, das Auslassventil geöffnet. Die Auslassventilöffnung wird relativ zu einer typischen EVO um 155 Grad KW nach früh verstellt, wobei es zu einer typischen EVO kommt, wenn der Kolben zu Beginn des Ausstoßtakts den UT erreicht. Während dieser Zeit bleibt das Einlassventil weiterhin geschlossen und die Kraftstoffeinspritzung und der Zündfunken bleiben ausgeschaltet.
  • Von ca5 bis ca6 durchläuft der Kolben weiter den Verbrennungstakt und einen kleinen Bruchteil des Ausstoßtakts. Während dieser Zeit öffnet sich das Auslassventil und bei ca6, dem kleinen Bruchteil des Wegs in den Ausstoßtakt, erreicht das Auslassventil eine vollständig offene Position mit maximalem Ventilhub. Während dieser Zeit bleibt das Einlassventil weiterhin geschlossen und die Kraftstoffeinspritzung und der Zündfunken bleiben ausgeschaltet.
  • Von ca6 bis ca7 durchläuft der Kolben weiterhin einen Rest des Ausstoßtakts, wobei er sich zum OT bewegt. Während dieser Zeit schließt sich das Auslassventil aus der bei ca6 erlangten vollständig offenen Position und erreicht bei ca7 eine vollständig geschlossene Position. Nach ca7 wird der in dem Zeitintervall von ca1-ca7 veranschaulichte Motorzyklus, der als Reaktion auf die CSER-Anschaltung eingeleitet wurde, fortgesetzt, bis eine Anspringtemperatur einer Emissionssteuervorrichtung (wie etwa der Emissionssteuervorrichtung 178 aus 1-2) erlangt ist.
  • 6 zeigt einen beispielhaften Verlauf von Abgastemperaturen in Abhängigkeit von der Zeit an einem ersten Punkt P1 in einem Abgaskrümmerrohr (wie etwa dem Abgaskrümmerrohr 212 aus 2) stromabwärts eines Auslasskanals (wie etwa des Auslasskanals 214 aus 2) und an einem zweiten Punkt P2 stromabwärts von jedem von dem Auslasskanal und P1. Die x-Achse gibt die Zeit an, wobei das angegebene Zeitintervall über den Verbrennungstakt (Arbeitstakt) eines Viertaktzyklus verläuft. Die y-Achse gibt die Temperatur an. Der erste Verlauf 610 und der zweite Verlauf 620 sind Verläufe der Temperatur von Abgas bei P1 bzw. P2 und werden als Reaktion auf das Umsetzen einer ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie generiert, wie in Bezug auf 4 beschrieben, wodurch der Zündfunken bei 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird, während die EVO 140 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird. Der dritte Verlauf 630 und der vierte Verlauf 640 sind Verläufe der Temperatur von Abgas bei P1 bzw. P2 als Reaktion auf das Umsetzen der CSER-Steuerstrategie des Verfahrens 300 aus 3, wodurch der Zündfunken 20 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird und die EVO 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts eingeleitet wird, um 115 Grad KW von der in der ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie umgesetzten EVO nach früh verstellt.
  • Im ersten Verlauf 610 startet die Abgastemperatur bei einem Anfangswert, der schwankt, aber sich im Allgemeinen mit der Zeit verringert, wenn die Temperatur zu einem gewissen Zeitpunkt als Reaktion darauf, dass erwärmte Abgase aus dem Zylinder den Punkt P1 in dem Abgaskrümmerrohr erreichen, beginnt, stark anzusteigen, und zu einem Zeitpunkt R1 einen maximalen Wert erreicht. Auf ähnliche Weise startet im zweiten Verlauf 620 die Abgastemperatur bei einem Anfangswert, der schwankt, aber sich im Allgemeinen mit der Zeit verringert, wenn die Temperatur zu einem gewissen Zeitpunkt als Reaktion darauf, dass erwärmte Abgase aus dem Zylinder den Punkt P2 in dem Abgaskrümmerrohr erreichen, beginnt, stark anzusteigen, und zu R2 einen maximalen Wert erreicht. Die Spitze der Abgastemperatur des zweiten Verlaufs 620 zum Zeitpunkt R2 ist aufgrund des kontinuierlichen Abgaswärmeverlusts von Punkt P1 zu Punkt P2 niedriger als die Spitze der Abgastemperatur zum Zeitpunkt R1 des ersten Verlaufs 610; zusätzlich ist der Zeitpunkt R2 größer als der Zeitpunkt R1, da sich der Punkt P2 stromabwärts des Punkts P1 befindet.
  • Wie im dritten Verlauf 630 gezeigt, erhöht sich aufgrund einer ersten Verbrennungsfront, die innerhalb der CSER-Strategie des Verfahrens 300 aus 3 erlangt wird, die Abgastemperatur bei P 1 schnell auf einen Spitzenwert der Temperatur zum Zeitpunkt R3. Der Spitzenwert der Abgastemperatur zu R3 im dritten Verlauf 630 ist größer als die Spitzentemperaturen, die zum Zeitpunkt R1 und Zeitpunkt R2 erlangt werden, wobei die Spitzenabgastemperatur zum Zeitpunkt R3 im dritten Verlauf 630 ungefähr 30 % größer als die Spitzenabgastemperatur zum Zeitpunkt R1 des ersten Verlaufs 610 ist. Zusätzlich tritt der Zeitpunkt R3 früher auf als sowohl der Zeitpunkt R1 als auch der Zeitpunkt R2, wobei der Zeitpunkt R3 innerhalb des ersten Fünftels des auf der x-Achse des Verlaufs 600 gezeigten Zeitintervalls auftritt, wohingegen der Zeitpunkt R1 und der Zeitpunkt R2 innerhalb des letzten Fünftels des auf der x-Achse des Verlaufs 600 gezeigten Zeitintervalls auftreten. Dies liegt daran, dass die Auslassventilöffnung für die Verläufe 630 und 640 nach früh im Verbrennungstakt (5 Grad KW nach dem Zündzeitpunkt) verstellt ist. Beim Erlangen der Spitzenabgastemperatur zum Zeitpunkt R3 kann sich die Temperatur des dritten Verlaufs 630 über den Rest des auf der x-Achse des Verlaufs 600 gezeigten Zeitintervalls verringern. Auf ähnliche Weise erhöht sich im vierten Verlauf 640 die Abgastemperatur bei P2 schnell auf einen Spitzenwert der Temperatur zum Zeitpunkt R4, wobei die Spitzentemperatur des vierten Verlaufs 640 zu R4 geringfügig niedriger ist als die Spitzentemperatur zum Zeitpunkt R3 des dritten Verlaufs 630. Zusätzlich ist der Zeitpunkt R4 größer als der Zeitpunkt R3 und tritt aufgrund der Zeit, die benötigt wird, damit sich die erste Verbrennungsfront von P1 zu P2 fortbewegt, ebenfalls innerhalb des zweiten Fünftels des auf der x-Achse des Verlaufs 600 gezeigten Zeitintervalls auf. Beim Erlangen der Spitzenabgastemperatur zum Zeitpunkt R4 kann sich die Temperatur des vierten Verlaufs 640 über den Rest des auf der x-Achse des Verlaufs 600 gezeigten Zeitintervalls verringern. Auf diese Weise kann durch Umsetzen der CSER-Steuerstrategie des Verfahrens 300 aus 3 die Abgastemperatur bei den Punkten P1, P2 früher als bei der ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie ihren Spitzenwert erreichen und die Temperaturspitzen bei P1, P2 können bei der CSER-Steuerstrategie des Verfahrens 300 aus 3 größer sein als bei der ersten beispielhaften CSER-Steuerstrategie.
  • Auf diese Weise kann durch Festlegen des Zündzeitpunkts bei 20 Grad KW nach dem OT des Beginns des Verbrennungstakts und Frühverstellen der EVO um 155 Grad KW vor dem UT des Beginns des Ausstoßtakts Abgas innerhalb des Auslasskanals verbrennen, was zu reduzierten Pegeln von CO und HCs in dem Abgas führt, zusätzlich zum Erhöhen der Temperatur des Abgases, was die Annäherung an eine Anspringtemperatur der Emissionssteuervorrichtung beschleunigt. Der technische Effekt des nach spät verstellten Zündzeitpunkts und der nach früh verstellten EVO-Zeitsteuerung, die vorstehend erwähnt sind, besteht darin, dass eine erste Verbrennungsfront in dem Auslasskanal generiert werden kann, die zu dem Abgaskrümmerrohr des Abgaskrümmers führt, worauf eine zweite Verbrennungsfront folgt, die von dem Auslasskanal zu dem Zylinder führt, wobei die zweite Verbrennungsfront eine Verbrennung innerhalb des Zylinders als Teil des Verbrennungstakts generiert. Durch Einsetzen der in dieser Schrift beschriebenen modifizierten CSER-Steuerstrategie können überschüssiges CO und überschüssige HCs in dem Abgas des Abgaskrümmers weiter oxidiert werden. Insgesamt können Kaltstartemissionen reduziert werden, indem die Erzielung des Anspringens der Emissionssteuervorrichtung beschleunigt wird, während gleichzeitig unverbrannte Kohlenwasserstoffe oxidiert werden.
  • Die Offenbarung stellt Unterstützung für ein Verfahren für einen Motor in einem Fahrzeug bereit, umfassend: Generieren einer Verbrennungsfront an einem Auslasskanal eines Zylinders während eines Kaltstarts, Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches über die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal und Leiten der Verbrennungsfront zu dem Zylinder. In einem ersten Beispiel für das Verfahren umfasst das Verfahren ferner Folgendes: Einleiten eines Zündfunkens an dem Zylinder bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW), nachdem ein Kolben des Zylinders einen oberen Totpunkt (OT) eines Verbrennungstakts eines Viertaktmotorzyklus erreicht hat. In einem zweiten Beispiel für das Verfahren, das optional das erste Beispiel beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: Generieren eines Flammenkerns innerhalb des Zylinders als Reaktion darauf, dass der Zündfunken das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders zündet. In einem dritten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, erfolgt das Generieren der Verbrennungsfront an dem Auslasskanal als Reaktion auf ein Öffnen eines Auslassventils des Zylinders bei 25 Grad KW, nachdem der Kolben des Zylinders den OT des Verbrennungstakts erreicht hat, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Öffnen des Auslassventils aus dem Zylinder in den Auslasskanal strömt. In einem vierten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus dem Zylinder in den Auslasskanal strömt, durch den Flammenkern gezündet, um die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal zu generieren, wobei die Verbrennungsfront das Luft-Kraftstoff-Gemisch an dem Auslasskanal verbrennt und an dem Auslasskanal vorhandenes Abgas oxidiert. In einem fünften Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, befindet sich die Verbrennungsfront an einer oberen Fläche des Auslassventils im Inneren des Auslasskanals, wobei das Auslassventil bis zu einem Ende eines Ausstoßtakts des Viertaktmotorzyklus offen gehalten wird. In einem sechsten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, dehnt sich die Verbrennungsfront in einer ersten Richtung von dem Auslasskanal stromabwärts zu einem Abgaskrümmerrohr aus, wobei die Verbrennungsfront ferner in dem Abgaskrümmerrohr beinhaltetes Abgas verbrennt. In einem siebten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis sechsten Beispiels beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: Erzielen einer endgültigen Verbrennung innerhalb des Abgaskrümmerrohrs, worauf folgt, dass sich die Verbrennungsfront in einer zweiten Richtung ausdehnt, um sich von dem Auslasskanal in den Zylinder hineinzubewegen. In einem achten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis siebten Beispiels beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: wenn die Verbrennungsfront in den Zylinder hineinreicht, Zünden einer anderen Verbrennung innerhalb des Zylinders als Teil des Verbrennungstakts des Viertaktmotorzyklus. In einem neunten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis achten Beispiels beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: als Reaktion auf eine Erzielung eines Anspringens in einem Abgaskatalysator Verschieben eines Zündzeitpunkts zum OT des Verbrennungstakts und Öffnen des Auslassventils bei einer Einleitung des Ausstoßtakts.
  • Die Offenbarung stellt zudem Unterstützung für ein Verfahren für einen Motor in einem Fahrzeug bereit, umfassend: während einer ersten Bedingung Festlegen eines Zündfunkens von bei 20 Grad KW nach einem oberen Totpunkt (OT) einer Kolbenposition und Öffnen eines Auslassventils während eines Verbrennungstakts und während einer zweiten Bedingung Einleiten des Zündfunkens am OT und Öffnen des Auslassventils bei Einleitung eines Ausstoßtakts nach Abschluss des Verbrennungstakts. In einem ersten Beispiel für das Verfahren beinhaltet die erste Bedingung Starten des Motors während eines Kaltstarts, wobei der Kaltstart beinhaltet, dass eine Temperatur einer Emissionssteuervorrichtung eines Abgassystems unter einer Anspringtemperatur liegt, und wobei die zweite Bedingung einen Motorbetrieb beinhaltet, bei dem die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung höher als die Anspringtemperatur ist. In einem zweiten Beispiel für das Verfahren, das optional das erste Beispiel beinhaltet, ist während der ersten Bedingung für einen Zylinder in dem Motor der Zündfunken so festgelegt, dass er bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW) nach dem OT des Verbrennungstakts auftritt, und wobei eine Auslassventilöffnung (EVO) so nach früh verstellt ist, dass sie bei 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts auftritt, wobei eine Auslassventilschließung (EVC) an einem Ende des Ausstoßtakts auftritt. In einem dritten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: Übergehen von der ersten Bedingung zu der zweiten Bedingung als Reaktion darauf, dass sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung auf die Anspringtemperatur erhöht, wobei sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung als Reaktion darauf erhöht, dass Abgas in dem Abgassystem während der ersten Bedingung über eine in einem Auslasskanal des Abgassystems generierte Verbrennungsfront erwärmt wird. In einem vierten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, wird die Verbrennungsfront generiert, wenn ein Strom eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Anschluss an die EVO von dem Zylinder des Motors zu dem Auslasskanal strömt, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Auslasskanal verbrannt wird. In einem fünften Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: eine Flammenfront, die sich von dem Auslasskanal zu einem Abgaskrümmerrohr des Abgassystems fortbewegt, wobei die Flammenfront Abgas innerhalb des Abgaskrümmerrohrs verbrennt, was das Abgas erwärmt, wobei das erwärmte Abgas von dem Abgaskrümmerrohr zu der Emissionssteuervorrichtung strömt.
  • Die Offenbarung stellt zudem Unterstützung für ein System für einen Motor in einem Fahrzeug bereit, umfassend: eine Steuerung, die Anweisungen in nichttransitorischem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: während einer Kaltstartbedingung für einen Zylinder des Motors Spätverstellen eines Zündzeitpunkts von einem oberen Totpunkt (OT), Öffnen eines Auslassventils des Zylinders unmittelbar nach einem Zündfunken und Generieren einer ersten Verbrennungsfront an einem Auslasskanal des Zylinders und einer zweiten Verbrennungsfront innerhalb des Zylinders. In einem ersten Beispiel für das System beinhaltet Spätverstellen des Zündzeitpunkts Festlegen des Zündzeitpunkts bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW) nach dem OT eines Verbrennungstakts eines Viertaktmotorzyklus, und wobei Öffnen eines Auslassventils des Zylinders unmittelbar nach dem Zündfunken Öffnen eines Auslassventils 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts beinhaltet. In einem zweiten Beispiel für das System, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet Generieren der ersten Verbrennungsfront in dem Auslasskanal des Zylinders Bewegen eines Flammenkerns von dem Zylinder zu dem Auslasskanal in einer ersten Richtung, Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches und Oxidieren von Kohlenwasserstoffen in dem Auslasskanal, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Anschluss an das Öffnen des Auslassventils aus dem Zylinder und in den Auslasskanal des Zylinders strömt. In einem dritten Beispiel für das System, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, beinhaltet Generieren der zweiten Verbrennungsfront nach dem Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemisches an dem Auslasskanal und in einem Abgaskrümmerrohr Bewegen des Flammenkerns von dem Auslasskanal zu dem Zylinder in einer zweiten Richtung und Verbrennen des in dem Zylinder verbleibenden Luft-Kraftstoff-Gemisches.
  • Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichttransitorischem Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware beinhaltet. Die spezifischen in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erlangen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der konkreten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichttransitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem einzuprogrammieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Darüber hinaus sollen die Ausdrücke „erstes“, „zweites“, „drittes“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung wiedergeben, sondern sie werden lediglich als Bezeichnungen zum Unterscheiden eines Elements von einem anderen verwendet. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
  • Wie in dieser Schrift verwendet, ist der Ausdruck „ungefähr“ als plus oder minus fünf Prozent des Bereichs auszulegen, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben.
  • Die folgenden Patentansprüche heben gewisse Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet betrachtet.

Claims (15)

  1. Verfahren für einen Motor in einem Fahrzeug, umfassend: Generieren einer Verbrennungsfront an einem Auslasskanal eines Zylinders während eines Kaltstarts, Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches über die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal und Leiten der Verbrennungsfront zu dem Zylinder.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Einleiten eines Zündfunkens an dem Zylinder bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW), nachdem ein Kolben des Zylinders einen oberen Totpunkt (OT) eines Verbrennungstakts eines Viertaktmotorzyklus erreicht hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend Generieren eines Flammenkerns innerhalb des Zylinders als Reaktion darauf, dass der Zündfunken das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders zündet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Generieren der Verbrennungsfront an dem Auslasskanal als Reaktion auf ein Öffnen eines Auslassventils des Zylinders bei 25 Grad KW erfolgt, nachdem der Kolben des Zylinders den OT des Verbrennungstakts erreicht hat, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Öffnen des Auslassventils aus dem Zylinder in den Auslasskanal strömt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus dem Zylinder in den Auslasskanal strömt, durch den Flammenkern gezündet wird, um die Verbrennungsfront an dem Auslasskanal zu generieren, wobei die Verbrennungsfront das Luft-Kraftstoff-Gemisch an dem Auslasskanal verbrennt und an dem Auslasskanal vorhandenes Abgas oxidiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich die Verbrennungsfront an einer oberen Fläche des Auslassventils im Inneren des Auslasskanals befindet, wobei das Auslassventil bis zu einem Ende eines Ausstoßtakts des Viertaktmotorzyklus offen gehalten wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei sich die Verbrennungsfront in einer ersten Richtung von dem Auslasskanal stromabwärts zu einem Abgaskrümmerrohr ausdehnt, wobei die Verbrennungsfront ferner in dem Abgaskrümmerrohr beinhaltetes Abgas verbrennt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend Erzielen einer endgültigen Verbrennung innerhalb des Abgaskrümmerrohrs, worauf folgt, dass sich die Verbrennungsfront in einer zweiten Richtung ausdehnt, um sich von dem Auslasskanal in den Zylinder hineinzubewegen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, wenn die Verbrennungsfront in den Zylinder hineinreicht, Zünden einer anderen Verbrennung innerhalb des Zylinders als Teil des Verbrennungstakts des Viertaktmotorzyklus und als Reaktion auf eine Erzielung eines Anspringens in einem Abgaskatalysator Verschieben eines Zündzeitpunkts zum OT des Verbrennungstakts und Öffnen des Auslassventils bei einer Einleitung des Ausstoßtakts.
  10. System für einen Motor in einem Fahrzeug, umfassend: eine Steuerung, die Anweisungen in nichttransitorischem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: während einer ersten Bedingung Festlegen eines Zündfunkens bei 20 Grad KW nach einem oberen Totpunkt (OT) einer Kolbenposition und Öffnen eines Auslassventils während eines Verbrennungstakts; und während einer zweiten Bedingung Einleiten des Zündfunkens am OT und Öffnen des Auslassventils bei Einleitung eines Ausstoßtakts nach Abschluss des Verbrennungstakts.
  11. System nach Anspruch 10, wobei die erste Bedingung Starten des Motors während eines Kaltstarts beinhaltet, wobei der Kaltstart beinhaltet, dass eine Temperatur einer Emissionssteuervorrichtung eines Abgassystems unter einer Anspringtemperatur liegt, und wobei die zweite Bedingung einen Motorbetrieb beinhaltet, bei dem die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung höher als die Anspringtemperatur ist.
  12. System nach Anspruch 11, wobei während der ersten Bedingung für einen Zylinder in dem Motor der Zündfunken so festgelegt ist, dass er bei 20 Grad Kurbelwinkel (KW) nach dem OT des Verbrennungstakts auftritt, und wobei eine Auslassventilöffnung (EVO) so nach früh verstellt ist, dass sie bei 25 Grad KW nach dem OT des Verbrennungstakts auftritt, wobei eine Auslassventilschließung (EVC) an einem Ende des Ausstoßtakts auftritt.
  13. System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: Übergehen von der ersten Bedingung zu der zweiten Bedingung als Reaktion darauf, dass sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung auf die Anspringtemperatur erhöht, wobei sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung als Reaktion darauf erhöht, dass Abgas in dem Abgassystem während der ersten Bedingung über eine in einem Auslasskanal des Abgassystems generierte Verbrennungsfront erwärmt wird.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die Verbrennungsfront generiert wird, wenn ein Strom eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Anschluss an die EVO von dem Zylinder des Motors zu dem Auslasskanal strömt, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Auslasskanal verbrannt wird.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: Verbrennen von Abgas innerhalb des Abgaskrümmerrohrs und Erwärmen des Abgases über eine Flammenfront, die sich von dem Auslasskanal zu einem Abgaskrümmerrohr des Abgassystems fortbewegt, wobei das erwärmte Abgas von dem Abgaskrümmerrohr zu der Emissionssteuervorrichtung strömt.
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