DE10221162A1

DE10221162A1 - Getrennte Einspritzvorrichtungshauptzeitsteuerkarten zur Anwendung mit und ohne Voreinspritzung

Info

Publication number: DE10221162A1
Application number: DE10221162A
Authority: DE
Inventors: Kevin P Duffy; Brian G Mcgee; Jason J Rasmussen; Matthew R Roth
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: GB2377768A; US6470849B1; DE10221162B4; GB0210988D0; GB2377768B

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzsteuersystem und ein Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffeinspritzsteuersystems eines direkt einspritzenden Verbrennungsmotors wird offenbart, wobei dieses eine Vor- und Haupteinspritzung während der Brennstoffeinspritzung in einen Motorzylinder ausgeben kann, weiter bestimmen kann, ob eine Voreinspritzung für jede der Vielazhl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen für jeden Motorbetriebszyklus eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, und einen entsprechenden Haupteinspritzzeitpunkt zumindest auf der Grundlage der Bestimmung der Voreinspritzung zu modifizieren. Das Brennstoffeinspritzsteuersystem weist mindestens eine direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtung auf, die betreibbar ist, um aufgeteilte getrennte Einspritzungen von Brennstoff direkt in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors zu liefern. Das Steuersystem, das auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern betreibbar ist, um den Betrieb von mindestens einer direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtung zu steuern, und die aufgeteilten getrennten Einspritzungen des Brennstoffes zu bestimmen, die eine Brennstoffvoreinspritzmenge, eine Brennstoffhaupteinspritzmenge, eine Brennstoffankereinspritzmenge, einen Voreinspritzzeitpunkt und eine Voreinspritzdauer, einen Zeitpunkt und eine Dauer für eine Haupteinspritzung und einen Zeitpunkt und eine Dauer für eine Ankereinspritzung einschließt. Das Brennstoffeinspritzsteuersystem liefert dabei diese Parameter als ...

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronisch gesteuerte brennstoffeinspritzende Motoren und insbesondere auf die Steuerung von Brennstoffeinspritzsignalen während gewisser Motorbetriebszustände wie beispielsweise einer Beschleunigung oder Abbremsung, wobei eine oder mehrere Einspritzungen von Brennstoff (Schüsse), die mit einem mehrfachen Brennstoffeinspritzereignis assoziiert sind, ausgeschaltet werden können, um besser die Motorabgasemissionen zu steuern.

Hintergrund

Elektronisch gesteuerte direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtungen, wie beispielsweise elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen sind in der Technik wohl bekannt, wobei diese hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen genauso wie mechanisch betätigte, elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen umfassen. Elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen spritzen typischerweise Brennstoff in einen speziellen Motorzylinder ein, und zwar als eine Funktion eines elektronischen Brennstoffeinspritzsignals, das von einer elektronischen Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung (Controller) oder einem entsprechenden System aufgenommen wurde. Diese Signale weisen Wellenformen auf, die eine erwünschte Einspritzrate anzeigen, genauso wie den erwünschten Zeitpunkt und die Brennstoffmenge, die in die Zylinder einzuspritzen ist.
Emissionsregelungen, die sich auf Motorabgasemissionen beziehen, werden immer einschränkender auf der ganzen Welt, wobei diese beispielsweise Einschränkungen bezüglich der Emission von Kohlenwasserstoffen, von Kohlenmonoxid, bezüglich der Abgabe von Partikeln und der Abgabe von Stickoxiden (NOx) aufweisen. Das Zuschneiden der elektronischen Stromsignalwellenform der Brennstoffeinspritzung und der resultierenden Anzahl der Einspritzungen und der Einspritzrate des Brennstoffes in eine Brennkammer während eines Verbrennungszyklus des Zylinders, genauso wie die Menge und Zeitsteuerung dieser Brennstoffeinspritzungen ist ein Weg, die Emissionen zu verbessern und bessere Emissionsstandards zu erfüllen. Als eine Folge sind Techniken zur mehrfachen Brennstoffeinspritzung verwendet worden, wobei die elektronische Signalwellenform für die Brennstoffeinspritzung eine Vielzahl von getrennten Brennstoffeinspritzsignalen aufweist, um die Verbrennungscharakteristiken des Verbrennungsprozesses zu modifizieren, und zwar in einem Versuch zur Verringerung der Emissionen und der Geräuschniveaus. Die mehrfache Brennstoffeinspritzung sieht typischerweise die Aufteilung der gesamten Brennstofflieferung für den Zylinder während eines speziellen Einspritzereignisses in getrennte Brennstoffeinspritzungen vor, wie beispielsweise eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Ankereinspritzung, wobei drei Einspritzungen von Brennstoff (eine Einspritzung mit drei Schüssen) erwünscht sind. Jede dieser Einspritzungen kann auch im Allgemeinen als Schuss bezeichnet werden, und der Ausdruck Schuss, wie er in der Technik verwendet wird, kann sich auch auf die tatsächliche Brennstoffeinspritzung oder auf das Befehlsstromsignal (elektronisches Brennstoffeinspritzstromsignal) beziehen, auf welches einfach auch als Brennstoffeinspritzsignal Bezug genommen wird, und zwar für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, welches eine Einspritzung oder Lieferung von Brennstoff in den Motor anzeigt. Bei unterschiedlichen Motorbetriebszuständen kann es nötig sein, unterschiedliche Einspritzstrategien zu verwenden, um sowohl die erwünschte Motorleistung als auch eine Emissionssteuerung zu erreichen.
Beispielsweise können Techniken zur mehrfachen Brennstoffeinspritzung bei Motorbetriebszuständen verwendet werden, die beispielsweise eine geringe Motordrehzahl und geringe Motorbelastung aufweisen, während andere Techniken bei anderen Motorbetriebszuständen verwendet werden können. In der Vergangenheit ist die Steuerbarkeit einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung oder eines geteilten Einspritzereignisses in gewisser Weise durch mechanische Einschränkungen und andere Einschränkungen begrenzt gewesen, die mit der speziellen Bauart der verwendeten Einspritzvorrichtungen assoziiert sind. Auch bei fortschrittlicheren elektronisch gesteuerten Einspritzvorrichtungen ist es während gewisser Motorbetriebszustände manchmal schwierig, genau die Brennstofflieferung zu steuern.
Wie in dieser Offenbarung verwendet, wird ein "Einspritzereignis" als jene Einspritzungen definiert, die in einem speziellen Zylinder oder in einer Brennkammer während eines Zyklus des Motors ("Zylinderzyklus") auftreten. Beispielsweise weist ein Zyklus eines 4-Takt-Motors für einen speziellen Zylinder einen Einlasshub, einen Kompressions- bzw. Verdichtungshub, einen Expansions- und einen Auslasshub auf. Daher weist das Einspritzereignis bzw. der Zylinderzyklus in einem 4-Takt-Motor die Anzahl der Einspritzungen oder Schüsse auf, die in einem Zylinder während der vier Hübe des Kolbens auftreten. Wie in der Technik verwendet und auch in dieser Offenbarung, weist ein "Motorbetriebszyklus" die einzelnen Zylinderzyklen für die dort vorgesehenen Zylinder auf. Beispielsweise wird ein Motorbetriebszyklus für einen 6-Zylinder-Motor sechs einzelne Zylinderzyklen aufweisen, und zwar einen für jeden der Zylinder des Motors (wobei jeder Zylinderzyklus vier Hübe für eine Gesamtanzahl von 24 Hüben besitzt). Im Allgemeinen überlappen die Zylinderzyklen, so dass der Beginn des nächsten aufeinander folgenden Zylinderzyklus eines speziellen Zylinders vor der Vollendung des Beginns des nächsten Motorbetriebszyklus beginnen kann. Der Ausdruck "Schuss", wie er in der Technik verwendet wird, kann sich auch auf die tatsächliche Brennstoffeinspritzung oder auf das elektronische Befehlsstromsignal für die Brennstoffeinspritzung (elektronisches Brennstoffeinspritzstromsignal) beziehen, auch einfach als Brennstoffeinspritzsignal bezeichnet, und zwar für eine direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtung, für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung oder eine andere Brennstoffbetätigungsvorrichtung, das eine Einspritzung oder Lieferung von Brennstoff in den Motor anzeigt.
Das US-Patent 5 884 602 von Friedrich u. a. beschreibt einen direkt Brennstoff einspritzenden kompressionsgezündeten Motor und ein Verfahren zur Bestimmung einer Voreinspritzung und zur Berechnung der Vor- und Haupteinspritzbrennstoffmengen. Das '602-Patent beschreibt die Berechnung einer Gesamtbrennstoffmenge, die in einen Zylinder einzuspritzen ist, dann die Bestimmung, ob eine Voreinspritzung eingespritzt wird, und falls dies so ist, die Brennstoffmenge, die während der Voreinspritzung einzuspritzen ist, dann die Bestimmung einer zweiten (Haupt-)Einspritzung basierend auf der Differenz zwischen diesen Werten. Das in dem '602-Patent beschriebene Verfahren spricht nicht die Bedürfnisse von sich verändernden Motorzuständen an, während es das Drehmoment ausbalanciert, wobei die Zeitsteuerung und/oder die Brennstoffmenge des Hauptschusses variiert werden wird, wenn ein Vorschuss weggelassen wird. Das mehrfache Einspritzereignis mit drei Schüssen wie es in dieser Offenbarung dargestellt wird, sorgt auch für verbesserte Motorabgasemissionen, während der Brennstoffverbrauch des Motors verringert wird.
Die erwünschte Motorleistung wird nicht immer unter Verwendung von mehrfachen Brennstoffeinspritzungen mit drei Schüssen oder auch mit (geteilten) mehrfachen Einspritzungen mit zwei Schüssen bei allen Motordrehzahlen und allen Motorlastzuständen erreicht, und zwar wegen einer Vielzahl von Gründen, wie beispielsweise Begrenzungen bezüglich der unterschiedlichen Arten von erreichbaren Einspritzwellenformen, der während der getrennten Brennstoffeinspritzungen eingespritzten Brennstoffmenge, dem Zeitpunkt der Einspritzungen während des speziellen Einspritzereignisses, der Zeitsequenz zwischen den Einspritzungen und wie nahe beabstandete Einspritzungen einander beeinflussen. Als eine Folge können Probleme wie beispielsweise die zu schnelle Einspritzung von Brennstoff innerhalb eines gegebenen Einspritzereignisses und/oder die Tatsache, dass man gestattet, dass Brennstoff über einen erwünschten Stoppunkt hinaus eingespritzt wird, nachteilig die Emissionsausgaben und die Brennstoffausnutzung beeinflussen.
Bei einem System, bei dem mehrere Einspritzungen und unterschiedliche Einspritzsignalwellenformen zu erreichen sind, ist es wünschenswert, irgendeine Anzahl von getrennten Brennstoffeinspritzungen in einen speziellen Zylinder zu steuern und zu liefern, um die Emissionen und den Brennstoffverbrauch basierend auf den Betriebszuständen des Motors an diesem speziellen Zeitpunkt zu minimieren, beispielsweise bei Veränderungen der Drehzahl, der Belastungen oder der Umgebungszustände. Dies kann die Aufteilung der Brennstoffeinspritzung in zwei oder mehr getrennte Brennstoffschüsse während eines speziellen Einspritzereignisses aufweisen, das Liefern von größeren Brennstoffmengen in dem Vorschuss, das Vorstellen des Vorschusses während des Einspritzereignisses und die Einstellung der Zeit zwischen den verschiedenen mehrfachen Brennstoffeinspritzschüssen, um erwünschte Emissionen und einen erwünschten Brennstoffverbrauch zu erreichen. Es ist in manchen Situationen auch wünschenswert, das vordere Ende der Brennstofflieferung zum Zylinder bezüglich der Rate zu formen, um die Verbrennungscharakteristiken des speziellen verwendeten Brennstoffes zu steuern. Weiterhin kann in manchen Situationen die spezielle Schussdauer oder die Brennstoffmenge so klein sein, dass es nicht praktisch (durchführbar) ist, den speziellen Schuss einzuspritzen.
Beispielsweise wird während gewisser Beschleunigungsereignisse nicht der gesamte Brennstoff aus einer Vielzahl von Gründen verbrannt, der zum Motor in den getrennten Brennstoffschüssen eines Einspritzereignisses mit mehreren Schüssen geliefert wird. In einem solchen Fall, wo ein Turbolader verwendet wird, wird während eines Beschleunigungsereignisses die zum Motor gelieferte Luftmenge kleiner, da die mit dem Motor assoziierte Turboladervorrichtung beschleunigen muss, um eine größere Luftmenge entsprechend der Steigerung des Brennstoffes zu liefern. Wenn eine fette Brennstoffmischung in den Zylinder eingeleitet wird, wird wahrscheinlich mehr Brennstoff die Zylinderwände berühren als bei einer vergleichsweise magereren Brennstoffmischung. Da die Zylinderwände im Vergleich zum Inneren des Zylinders typischerweise kälter sind, verbrennt der Brennstoff nicht sondern vermischt sich statt dessen mit dem Schmieröl auf der Zylinderwand.
Dieser Brennstoff verschlechtert die Schmiereigenschaften des Motoröls und beeinflusst nachteilig die Brennstoffausnutzung des Motors. Weiterhin kann solcher unverbrannter Brennstoff in Form von Kohlenwasserstoffen ausgestoßen werden, die eine Verunreinigung sind und daher eine nicht wünschenswerte Komponente der Emissionen eines Motors.
Weiterhin kann während eines Beschleunigungsereignisses das für Brennstoffeinspritzereignisse verfügbare Zeitfenster abnehmen. Es wird schwieriger, mehrere Schüsse in einem abnehmenden Zeitfenster für einen Zylinder einzuspritzen, wenn die Motordrehzahl ansteigt. Die schnelle Veränderung der Motordrehzahl kann Zeitsteuerungsfehler für alle Schüsse und insbesondere für Schüsse verursachen, die an einer speziellen Kolbenposition (Kurbelwinkel) angeordnet sind. Jedoch ist dies insbesondere bei dem Ankerschuss der Fall, da er um eine Zeitverzögerung nach dem Hauptschuss auftritt. Als eine Folge nimmt das Zeitintervall zwischen den Schüssen oder die Zeitdifferenz zwischen dem Ende des Brennstoffschusses in einem speziellen Brennstoffeinspritzereignis und dem Beginn eines darauf folgenden Brennstoffschusses in dem gleichen Brennstoffeinspritzereignis ab. Daher wird es immer wichtiger, die einzelnen Brennstoffschüsse genau zu liefern, wenn die Zeit zwischen den Brennstoffschüssen kürzer wird.
In einem Abbremsungsereignis nimmt andererseits die Brennstoffmenge ab, die in einem Brennstoffeinspritzereignis geliefert wird. Wenn die Brennstoffmenge abnimmt, wird es immer schwieriger, physisch den Brennstoff in getrennte Brennstoffschüsse aufzuteilen. Wenn die Brennstoffmengen klein genug werden, können nicht ordnungsgemäß aufgeteilte Brennstoffmengen eine nicht ordnungsgemäße oder nicht wünschenswerte Leistung, einen eben solchen Wirkungsgrad und solche Emissionen des Motors zur Folge haben. Weiterhin kann während eines Abbremsungsereignisses die Zeitdauer für jede Brennstoffeinspritzung ansteigen. Wie oben für die Beschleunigung besprochen, kann die Umwandlung der Zeit in einen Winkel für die einzelnen Brennstoffschüsse ungenau sein, wenn sich die Drehzahl des Motors verändert. Als eine Folge können ungenaue (oder versetzte) Brennstoffeinspritzereignisse in schädlicher Weise die Motorleistung, den Wirkungsgrad und die Emissionen während eines Abbremsungsereignisses beeinflussen.
Es ist daher wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, um die Lieferung von Brennstoff in einen Motor zu steuern, um die Emissionen während der Beschleunigung und der Abbremsung zu steuern. Entsprechend ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem und ein Verfahren offenbart, um ein Brennstoffeinspritzsteuersystem eines direkt einspritzenden Verbrennungsmotors zu steuern, welches eine Vor- und eine Haupteinspritzung während einer Brennstoffeinspritzung in einen Motorzylinder ausgeben kann, welches bestimmen kann, ob eine Voreinspritzung eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, und zwar für jede der Vielzahl von direkt einspritzenden Vorrichtungen für jeden Motorbetriebszyklus und eine entsprechende Haupteinspritzzeitsteuerung zumindest auf der Grundlage der Bestimmung der Voreinspritzung modifizieren kann.
Insbesondere kann das Brennstoffeinspritzsteuersystem eine Vielzahl von direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweisen, die betreibbar sind, um aufgeteilte getrennte Einspritzungen des Brennstoffes direkt in die entsprechenden Brennkammern des Verbrennungsmotors zu liefern. Das Steuersystem ist auf der Grundlage der Motorbetriebsparameter betreibbar, um den Betrieb der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu steuern, und um die aufgeteilten getrennten Einspritzungen des Brennstoffes zu bestimmen, was eine Voreinspritzbrennstoffmenge, eine Haupteinspritzbrennstoffmenge, eine Ankerbrennstoffeinspritzmenge, einen Voreinspritzzeitpunkt und eine entsprechende Dauer, einen Haupteinspritzzeitpunkt und eine entsprechende Dauer und einen Ankereinspritzzeitpunkt und eine entsprechende Dauer mit einschließt. Das Brennstoffeinspritzsteuersystem liefert diese Parameter als Brennstoffeinspritzsignal zur Erzeugung der getrennten Brennstoffeinspritzungen.
Das Brennstoffeinspritzsteuersystem ist im Allgemeinen geeignet, um zu bestimmen, ob eine Veränderung der Motorzustände aufgetreten ist, und um basierend auf einer solchen Bestimmung zu bestimmen, ob die Voreinspritzung eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. Das Brennstoffeinspritzsteuersystem ist weiterhin geeignet, um dynamisch den Haupteinspritzzeitpunkt zumindest auf der Grundlage der Voreinspritzbestimmung zu modifizieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Brennstoffeinspritzsteuersystems zur Aufteilung der Brennstoffausgabelieferung des Brennstoffeinspritzsteuersystems zu einer Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, welche bestimmen, ob eine Voreinspritzung für jede der Vielzahl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen für jeden Motorbetriebszyklus eingeschaltet oder ausgeschaltet ist; und einen entsprechenden Haupteinspritzzeitpunkt zumindest auf der Grundlage der Bestimmung der Voreinspritzung modifiziert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die Figuren folgendes darstellen:
Fig. 1 eine typische schematische Ansicht eines elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems, das in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist;
Fig. 2 ein schematisches Profil eines Einspritzereignisses mit drei Brennstoffschüssen;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Stromwellenform für ein Einspritzereignis mit drei Brennstoffschüssen; und
Fig. 4 eine grafische Darstellung von einem Ausführungsbeispiel eines elektronischen Steuersystems, das gemäß der Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 5 veranschaulicht den Einspritzsteuerprozess gemäß eines Aspektes der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems 10 in einer beispielhaften Konfiguration gezeigt, und zwar angepasst für einen direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Motor 12. Das Brennstoffsystem 10 weist eine oder mehrere elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen auf, wie beispielsweise die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14, die geeignet sind, um in eine jeweilige Zylinderkopfbohrung des Motors 12 positioniert zu werden. Während das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auf einem Reihen-6-Zylinder-Motor angewandt wird, sei bemerkt und vorhergesagt, und sei klar verständlich, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie beispielsweise auf V-Motoren und Drehkolbenmotoren, und dass der Motor irgendeine Anzahl von Zylindern oder (nicht gezeigten) Brennkammern enthalten kann. Während zusätzlich das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auch ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem veranschaulicht, sei genauso bemerkt und vorhergesagt, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Brennstoffeinspritzvorrichtungen anwendbar ist, die elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtungen, mechanisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzeinheiten genauso wie strömungsmittelaktivierte Common-Rail-Brennstoffeinspritzsysteme (Common-Rail = gemeinsame Druckleitung) mit digital gesteuerten Brennstoffventilen aufweisen. Das Brennstoffsystem der Fig. 1 weist eine Vorrichtung oder Mittel 16 auf, um Betätigungsströmungsmittel zu jeder Einspritzvorrichtung 14 zu liefern, eine Vorrichtung oder Mittel 18 zum Liefern von Brennstoff in jede Einspritzvorrichtung, elektronische Steuermittel oder eine elektronische Steuervorrichtung 20 zur Steuerung des Brennstoffeinspritzsystems, und zwar einschließlich der Art und Weise und der Frequenz, mit der Brennstoff durch die Einspritzvorrichtungen 14 eingespritzt wird, und zwar einschließlich der Zeitsteuerung, der Anzahl der Einspritzungen pro Einspritzereignis, der Brennstoffmenge pro Einspritzung, der Zeitverzögerung zwischen jeder Einspritzung und dem Einspritzprofil. Das Brennstoffeinspritzsystem 10 kann auch eine Vorrichtung oder Mittel 22 aufweisen, um Betätigungsströmungsmittel rückzuzirkulieren und/oder Hydraulikenergie aus dem Betätigungsströmungsmittel wieder zu gewinnen, welches jede Einspritzvorrichtung 14 verläßt.
Die Betätigungsströmungsmittelversorgungsvorrichtung oder die Versorgungsmittel 16 weisen vorzugsweise einen Betätigungsströmungsmittelsumpf oder ein Reservoir 24 auf, eine Betätigungsströmungsmitteltransferpumpe 26 mit relativ niedrigem Druck, einen Betätigungsströmungsmittelkühler 28, einen oder mehrere Betätigungsströmungsmittelfilter 30, eine Hochdruckpumpe 32 zur Erzeugung eines relativ hohen Druckes in dem Betätigungsströmungsmittel und mindestens eine Betätigungsströmungsmittelsammelleitung oder ein Rail 36 mit relativ hohem Druck. Ein Common-Rail- Durchlass 38 (gemeinsame Druckleitung) ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Auslass aus der Betätigungsströmungsmittelpumpe 32 mit relativ hohem Druck angeordnet. Ein Rail-Verzweigungsdurchlass 40 verbindet den Betätigungsströmungsmitteleinlass von jeder Einspritzvorrichtung 14 mit dem Common-Rail-Durchlass 38 mit hohem Druck. Im Falle einer mechanisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheit, würden die Sammelleitung 36, der Common-Rail-Durchlass 38 und die Verzweigungsdurchlässe 40 typischerweise durch irgendeine Art einer Nockenbetätigungsanordnung oder durch irgendwelche anderen mechanischen Mittel ersetzt werden, um diese Einspritzvorrichtungen zu betätigen. Beispiele von mechanisch betätigten, elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzeinheiten werden in dem US-Patenten 5947380 und 5407131 offenbart.
Die Vorrichtung 22 kann ein Steuerventil 50 zum Sammeln von Ablaufströmungsmittel für jede Einspritzvorrichtung aufweisen (wobei nur eine beispielhaft gezeigt ist), weiter eine gemeinsame Rückzirkulationsleitung 52 und einen Hydraulikmotor 54, der zwischen der Betätigungsströmungsmittelpumpe 32 und der Rückzirkulationsleitung 52 angeschlossen ist. Betätigungsströmungsmittel, welches einen Betätigungsströmungsmittelablauf von jeder Einspritzvorrichtung 14 verläßt, würde in die Rückzirkulationsleitung 52 eintreten, die dieses Strömungsmittel zu der Vorrichtung oder den Mitteln 22 zum Rückzirkulieren oder Wiedergewinnen von hydraulischer Energie leitet. Ein Teil des rückzirkulierten Betätigungsströmungsmittels wird zu der Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 32 kanalisiert, und ein weiterer Teil wird zu dem Betätigungsströmungsmittelsumpf 24 über die Rückzirkulationsleitung 34 zurück geleitet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungsströmungsmittel Motorschmieröl, und der Betätigungsströmungsmittelsumpf 24 ist ein Motorschmierölsumpf. Dies gestattet, dass das Brennstoffeinspritzsystem als ein parasitäres Untersystem zu dem Schmierölzirkulationssystem des Motors angeschlossen wird. Alternativ könnte das Betätigungsströmungsmittel Brennstoff sein oder irgendeine andere Art von Flüssigkeit.
Die Brennstoffversorgungsvorrichtung oder die Brennstoffversorgungsmittel 18 wiesen vorzugsweise einen Brennstofftank 42 auf, weiter einen Brennstoffversorgungsdurchlass 44, der in Strömungsmittelverbindung zwischen dem Brennstofftank 42 und dem Brennstoffeinlass von jeder Einspritzvorrichtung 14 angeordnet ist, eine Brennstofftransferpumpe 46 mit relativ niedrigem Druck, einen oder mehrere Brennstofffilter 48, ein Brennstoffversorgungsregelungsventil 49 und einen Brennstoffzirkulations- und -rückleitungsdurchlass 47, der in Strömungsmittelverbindung zwischen jeder Einspritzvorrichtung 14 und dem Brennstofftank 42 angeordnet ist.
Die elektronischen Steuermittel 20 weisen vorzugsweise ein elektronisches Steuermodul (ECM) 56 auf, das auch als Steuervorrichtung bezeichnet wird, welches in der Technik wohl bekannt ist. Das elektronische Steuermodul 56weist typischerweise Verarbeitungsmittel auf, wie beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor, eine Regelungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Proportional-Integral-Derivativ-Steuervorrichtung (PID- Steuervorrichtung) zur Regelung der Motordrehzahl, und eine Schaltung, die eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung, eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung, Analogschaltungen und/oder programmierte Logikanordnungen genauso wie einen assoziierten Speicher aufweist. Der Speicher, der ein RAM oder ein ROM oder eine andere in der Technik bekannte Art von Speicher ist, ist mit dem Mikrocontroller oder Mikroprozessor verbunden und speichert Anweisungssätze, Karten, Nachschautabellen, Variablen usw. Dieser Speicher kann im allgemeinen als Datenspeicher bezeichnet werden. Das elektronische Steuermodul 56 oder ein Teil davon können verwendet werden, um viele Aspekte der Brennstoffeinspritzung zu steuern, wie beispielsweise (1) den Brennstoffeinspritzzeitpunkt, (2) die gesamte Brennstoffeinspritzmenge während eines Einspritzereignisses, (3) den Brennstoffeinspritzdruck, (4) die Anzahl der getrennten Einspritzungen oder Brennstoffschüsse während jedes Einspritzereignisses, (5) die Zeitintervalle zwischen den getrennten Einspritzungen oder Brennstoffschüssen, (6) die Zeitdauer von jeder Einspritzung oder jedem Brennstoffschuss, (7) die Brennstoffmenge, die mit jeder Einspritzung oder jedem Brennstoffschuss assoziiert ist, (8) den Betätigungsströmungsmitteldruck, (9) den elektrischen Strompegel der Einspritzwellenform und (10) irgendeine Kombination der obigen Parameter. Daher wird das elektronische Steuermodul 56 oder ein Teil davon auch als elektronische Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung oder bezeichnet. Daher wird das elektronische Steuermodul 56 oder ein Teil davon auch als elektronische Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung oder als elektronisches Brennstoffeinspritzsteuersystem bezeichnet. Jeder der beschriebenen Parameter ist variabel steuerbar, und zwar unabhängig von der Motordrehzahl und Motorbelastung. Das elektronische Steuermodul 56 nimmt eine Vielzahl von Sensoreingangssignalen S₁ bis S₈ auf, die bekannten Sensoreingangsgrößen entsprechen, wie beispielsweise den Motorbetriebszuständen, wie beispielsweise der Motordrehzahl, der Motortemperatur, dem Druck des Betätigungsströmungsmittels, der Zylinder-Kolben-Position usw., die verwendet werden, um die präzise Kombination der Einspritzparameter für ein darauf folgendes Einspritzereignis zu bestimmen.
Beispielsweise ist ein Motortemperatursensor 58 in Fig. 1 derart gezeigt, dass er mit dem Motor 12 verbunden wird. In einem Ausführungsbeispiel weist der Motortemperatursensor einen Motoröltemperatursensor auf. Jedoch kann auch ein Motorkühlmitteltemperatursensor verwendet werden, um die Motortemperatur zu detektieren. Der Motortemperatursensor 58 erzeugt ein Signal, das in Fig. 1 durch S₁ bezeichnet wird und in das elektronische Steuermodul 56 über die Leitung S₁ eingegeben wird. In dem speziellen in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel gibt das elektronische Steuermodul 56 das Steuersignal S₉ aus, um den Betätigungsströmungsmitteldruck von der Pumpe 32 zu steuern, und ein Brennstoffeinspritzsignal S₁₀ zur Erregung eines Elektromagneten oder einer anderen elektrischen Betätigungsvorrichtung in jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 14, wodurch die Brennstoffsteuerventile in jeder Einspritzvorrichtung 14 gesteuert werden, und wodurch bewirkt wird, dass Brennstoff in jeden entsprechenden Motorzylinder eingespritzt wird. Jeder der Einspritzparameter ist variabel steuerbar, und zwar unabhängig von der Motordrehzahl und Motorbelastung. Im Falle der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 ist das Steuersignal S₁₀ ein elektronisches Brennstoffeinspritzsignal, welches ein vom elektronischen Steuermodul angewiesener Strom zum Elektromagneten der Einspritzvorrichtung oder zu irgendeiner anderen elektrischen Betätigungsvorrichtung ist.
Es sei bemerkt, dass die Art der während eines speziellen Brennstoffeinspritzereignisses erwünschten Brennstoffeinspritzung typischerweise abhängig von verschiedenen Motorbetriebszuständen zu diesem Zeitpunkt variieren wird. In einer Bemühung, die Emissionen zu verbessern, ist herausgefunden worden, dass die Lieferung von mehreren Brennstoffeinspritzungen zu einem speziellen Zylinder während eines Brennstoffeinspritzereignisses oder Zylinderzyklus bei gewissen Motorbetriebszuständen sowohl den erwünschten Motorbetrieb als auch die Steuerung der Emissionen erreicht. Bei gewissen Motorbetriebszuständen hat ein Brennstoffeinspritzereignis, das drei Brennstoffschüsse verwendet, Vorteile bezüglich der Abgasemissionen. Jedoch kann es unter gewissen Umständen wünschenswert sein, das Einspritzereignis auf einen einzigen Schuss zu reduzieren, und zwar durch Eliminieren des Vorschusses und Kombinieren der Haupt- und Ankerschüsse, oder das Ereignis so zu modifizieren, dass es zwei oder mehr Schüsse hat, und zwar durch Kombinieren der Haupt- und Ankerschüsse. Es kann auch unter gewissen Umständen wünschenswert sein, das Einspritzereignis aufzuweiten, so dass es vier oder mehr Schüsse aufweist, und zwar durch Zugabe eines Nacheinspritzschusses abhängig von den gegenwärtigen Motorbetriebszuständen. Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Einspritzereignis mit mehreren Schüssen, welche in Abfolge einen Vorschuss 60, einen Hauptschuss 62 und einen Ankerschuss 64 aufweist. Der Vorschuss 60 wird in die Brennkammer um einen gewissen vorbestimmten Zeitfaktor, Kurbelwinkel oder ähnliches vor dem Hauptschuss 62 eingespritzt, was eine Vorschussvorstellung 65 bestimmt, und einen Zeitraum zwischen dem Ende des Vorschusses 60 und dem Beginn des Hauptschusses 62 zur Folge hat, was eine Hauptverzögerung 61 definiert. Der Ankerschuss 64 kommt in Folge nach dem Hauptschuss 62 basierend auf einem vorbestimmten Zeitfaktor, Kurbelwinkel oder ähnlichem, was eine Ankerverzögerung 63 zur Folge hat.
Die Abfolge, der Zeitpunkt und die Dauer der Schüsse in einem Einspritzereignis werden von dem elektronischen Steuermodul 56 basierend auf einer Programmierung bestimmt, die in dem Speicher gespeichert wurde, und basierend auf einer Vielzahl von speziellen Karten und/oder Nachschautabellen, die in dem Speicher des elektronischen Steuermoduls 56 gespeichert sind. Solche Karten und/oder Tabellen sind wirksam zur Korrelation der Charakteristiken des Vorschusses, des Hauptschusses, des Ankerschusses und beispielsweise der Ankerschussverzögerung für spezielle Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise die Motordrehzahl, die Motorbelastung, den Druck, der mit dem Rail-Durchlass 38 assoziiert ist (Rail- bzw. Druckleitungsdruck), weiter von der erwünschten gesamten Brennstoffmenge und von anderen Parametern auf der Grundlage von Daten, die von den Karten oder Tabellen zurück gegeben wurden. Insbesondere unter Verwendung von diesen Karten oder Tabellen kann das elektronische Steuermodul 56 auch dynamisch die entsprechende Anzahl der Brennstoffschüsse bestimmen, die für ein gegebenes Einspritzereignis zu verwenden sind (beispielsweise für die Voreinspritzung 60, die Haupteinspritzung 62 und/oder die Ankereinspritzung 64) weiter die Brennstoffmenge, die für jeden Brennstoffschuss erforderlich ist, dem Zeitpunkt und die Dauer von jedem einzelnen Schuss genauso wie die Ankerverzögerung 63. Das heißt, eine Programmierung, die mit der elektronischen Steuervorrichtung 56 assoziiert ist, weist Parameter auf, die durch Berechnungen und/oder logische Vergleiche während der Programmausführung bestimmt werden, und zwar beispielsweise mit Bezugnahme auf Karten und/oder Nachschautabellen. Somit kann irgendeiner der oben erwähnten Parameter mit Bezug auf die Anordnung der in Fig. 2 veranschaulichten Schüsse oder eine Kombination davon selektiv und/oder dynamisch angepasst oder mit der Zeit verändert werden, und zwar sowohl mit Bezug auf die einzelnen Zylinderzyklen als auch über einzelne oder mehrere Motorbetriebszyklen.
Es sei bemerkt, dass während ein Vorschuss 60 bezüglich der Zeit einem Hauptschuss 62 voraus geht, das elektronische Steuermodul 56 Parameter des Hauptschusses 62 verwenden kann, um zu bestimmen, ob der Vorschuss 60 einzuschalten oder auszuschalten ist. Somit kann ein Hauptschuss 62 als erster Schuss bezeichnet werden, und ein Vorschuss 60 kann als zweiter Schuss bezeichnet werden, wie unten im Detail dargestellt. Ein Ankerschuss 64 kann auch als dritter Schuss bezeichnet werden, oder kann einfach mit dem Hauptschuss als Primärschuss bezeichnet werden, wobei auf diesen Schuss im Allgemeinen auch als erster Schuss Bezug genommen wird.
Bei der in Fig. 2 abgebildeten mehrfachen Einspritzung mit drei Schüssen wird ein Teil des gesamten zur Brennkammer zu liefernden Brennstoffes durch den Vorschuss 60 eingespritzt werden, ein Teil dieses gesamten Brennstoffes wird durch den Hauptschuss 62 eingespritzt werden, und der restliche Teil des gesamten einzuspritzenden Brennstoffes wird durch den Ankerschuss 64 eingespritzt werden. Bei gewissen Motorbetriebszuständen hat ein mehrfaches Brennstoffeinspritzereignis, welches drei Brennstoffschüsse verwendet, Vorteile bezüglich der Abgasemissionen, wobei dieses verringerte Partikelemissionen und/oder verringerte NOx-Emissionen aufweist, genauso wie die Tatsache, dass eine erwünschte Motorleistung beibehalten wird, wie im Folgenden erklärt wird. Das mehrfache Brennstoffeinspritzereignis kann zwei, drei oder mehr Schüsse abhängig von den gegenwärtigen Motorbetriebszuständen aufweisen. Typischerweise sind bei einem Einspritzereignis mit drei Schüssen die Voreinspritzungen ungefähr 5 Prozent bis 40 Prozent der gesamten Brennstoffmenge, die an die Einspritzvorrichtungen während eines speziellen Einspritzereignisses geliefert werden, die Haupteinspritzungen sind ungefähr 3 Prozent bis 40 Prozent des gesamten Brennstoffes, der während eines speziellen Einspritzereignisses geliefert wird, und die Ankereinspritzung wird den Rest der gesamten Brennstoffmenge aufweisen, die während eines speziellen Einspritzereignisses zu liefern ist.
Wenn der Brennstoff und die Luft vermischt werden und während des Kompressionshubes komprimiert werden, erreichen schließlich der vermischte Brennstoff und die Luft thermodynamische Zustände, wo eine Verbrennung auftritt. In dieser Hinsicht wird basierend auf der Brennstoffmenge, die dem Vorschuss zugeordnet ist, die Brennstoff/Luft-Mischung des Vorschusses typischerweise zu einem gewissen Zeitpunkt während des Kompressionshubes verbrannt. Es ist in einem Ausführungsbeispiel herausgefunden worden, dass die Brennstoff/Luft-Mischung des Vorschusses bei einem kompressionsgezündeten Motor während des Kompressionshubes verbrennen wird, und zwar unabhängig davon, wann der Vorschuss in den Zylinder eingespritzt wird. Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die Verbrennung außerhalb dieses Bereiches auftreten kann, insbesondere außerhalb des Kompressionshubes, und zwar aufgrund von verschiedenen Faktoren, die die mit dem Vorschuss assoziierte Brennstoffmenge, den Rail- oder Einspritzvorrichtungsdruck, den Lufteinlass, die Motordrehzahl, die Motorbelastung und andere Parameter aufweisen. Die darauf folgenden Brennstoffschüsse, die mit einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung assoziiert sind, wie beispielsweise der Haupt- und/oder Ankerschuss können direkt in die Flammfront der Verbrennung des Vorschusses geliefert werden. Dies kann abhängig von den Motorbetriebszuständen wünschenswert sein, da dieser Brennstoff besser verbrennbar ist, wenn er in die Flammfront des Vorschusses eingespritzt wird.
Bei dem in Fig. 2 abgebildeten mehrfachen Einspritzereignis mit drei Schüssen kann der Vorschuss hinzugefügt oder eingeschlossen werden oder kann alternativ weg gelassen werden; und die Menge des Brennstoffes, der Zeitpunkt und die Dauer, die mit dem Vorschuss assoziiert sind, können gemäß den Motorbetriebszuständen und den erwünschten Abgasemissionen des Motors eingestellt werden. Somit kann der Vorschuss dynamisch zu irgendeinem mehrfachen Einspritzereignis hinzu gebracht werden, dabei weg gelassen werden oder während dieses Ereignisses eingestellt werden, und zwar in Assoziation mit irgendeiner Brennkammer während irgendeinem Motorbetriebszyklus. Beispielsweise kann der Vorschuss in einem mehrfachen Einspritzereignis während eines Zylinderzyklus für eine Brennkammer während eines ersten Motorbetriebszyklus vorgesehen werden, und kann während des nächsten Motorbetriebszyklus weg gelassen werden. Weiterhin kann ein Vorschuss in zwei, drei oder alle mehrfache Einspritzereignisse während entsprechender Zylinderzyklen für die jeweiligen Verbrennungszylinder während eines ersten Motorbetriebszyklus vorgesehen werden, und kann aus einem, zwei, drei oder allen mehrfachen Einspritzereignissen während des nächsten Motorbetriebszyklus weg gelassen werden. Die Parameter der jeweiligen Vorschüsse können auch während dieser Ereignisse eingestellt werden. Das vorliegende Steuersystem kann daher dynamisch an die Motorbetriebszustände angepasst werden und kann dynamisch die Anzahl der Brennstoffschüsse, die Menge und Anordnung von jedem Schuss und andere assoziierte Einspritzparameter entsprechend bestimmen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden empirische Daten für eine gegebene Motorkonfiguration und für gegebene Zustände in einem Speichergebiet oder an einer Speicherstelle innerhalb der Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung oder dem Einspritzsteuersystem gespeichert werden, die vorzugsweise in dem elektronischen Steuermodul 56 vorgesehen ist. Diese Daten können als Karte oder Nachschautabelle zur Interpolation durch das elektronische Steuermodul 56 gespeichert werden. Aus diesen Daten kann eine Brennstoffmenge und ein Zeitpunkt für eine Voreinspritzung und eine Brennstoffmenge und ein Zeitpunkt für eine Haupteinspritzung für ein gegebenes System bei einer Vielzahl von Motorbetriebszuständen und Belastungen bestimmt werden. Somit kann das elektronische Steuermodul 56 periodisch die Brennstoffmenge und den Zeitpunkt des Vor- und Hauptschusses so einstellen, dass diese einer bestimmten Brennstoffeinspritzmenge und einem bestimmten Zeitpunkt basierend auf den Motorbetriebszuständen entsprechen. Die gespeicherten Daten werden in Einspritzvorrichtungseinzugs- und -haltezeitschritte umgewandelt, und zwar entsprechend jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung für jeden Zylinderzyklus, und zwar beispielsweise durch eine Programmierung oder durch Algorithmen des elektronischen Steuermoduls 56, die wiederum unter Verwendung von Programmen und/oder Hardware-Einheiten eingerichtet werden können. Die Öffnungszeit der Brennstoffeinspritzvorrichtung wird aus den Daten von beispielsweise einer Tabelle bestimmt, die im Speicher des elektronischen Steuermoduls gespeichert ist. Das elektronische Steuermodul 56 weist dann die entsprechende Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 an, zum korrekten Zeitpunkt zu öffnen, und weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 an, zu einem Zeitpunkt zu schließen, wenn die bestimmte Brennstoffmenge in den Zylinder eingespritzt worden ist. Diese Befehle werden unter Verwendung der Stromwellenformen erreicht, die unten im Detail beschrieben werden. Bei manchen Anwendungen kann es auch wünschenswert sein, die gespeicherten Daten in Kurveneinpassungsgleichungen umzuwandeln, die von dem elektronischen Steuermodul 56 als eine Alternative zu einer zuvor beschriebenen "Nachschautabelle" verwendet werden. In einem solchen Fall würde die Einspritzvorrichtungseinzugs- und -haltezeit über eine Kurveneinpassungsfunktion unter Verwendung der vom elektronischen Steuermodul abgefühlten Motorbetriebszustände berechnet werden.
Eine beispielhafte Stromwellenform oder ein beispielhaftes Brennstoffeinspritzsignal für ein Einspritzereignis mit drei Schüssen wird in Fig. 3 veranschaulicht, wobei diese ein Vorschusssteuersignal oder einfach ein Vorsignal 66 zeigt, weiter ein Hauptschusssteuersignal oder einfach ein Hauptsignal 68, ein Ankerschusssteuersignal oder einfach ein Ankersignal 70, ein Hauptverzögerungssignal 72 zwischen den Vor- und Hauptschussteuersignalen 66, 68, und ein Ankerverzögerungssignal 74 zwischen den Haupt- und Ankerschusssteuersignalen 68, 70. Die Dauer von jedem der Steuersignale 66, 68 und 70 kann von dem elektronischen Steuermodul 56 variiert werden, und die Dauer der Verzögerungen 72 und 74 kann genauso von dem elektronischen Steuermodul 56 gesteuert werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden der Zeitpunkt und die Dauer des Hauptschusses 62 von dem elektronischen Steuermodul 56 bestimmt und eingestellt, und der Zeitpunkt und die Dauer des Vorschusses 60 und des Ankerschusses 64 werden danach basierend auf dem Zeitpunkt des Hauptschusses bestimmt. Wie somit oben dargelegt, kann der Hauptschuss 62 als erster Schuss bezeichnet werden, ein Vorschuss 60 kann als zweiter Schuss bezeichnet werden, und der Ankerschuss 64 kann als dritter Schuss bezeichnet werden. Entsprechend können die Brennstoffeinspritzsignale für die Vor-, Haupt- und Ankerschüsse genauso als zweite bzw. erste und dritte Brennstoffeinspritzsignale bezeichnet werden. In dieser Hinsicht wird der Beginn des zweiten Schusses oder Vorschusses 60 typischerweise basierend auf gewissen bekannten Parametern bestimmt werden, wie beispielsweise dem Zeitpunkt und der Dauer des ersten Schusses oder Hauptschusses, und der Vorschussvorstellung, und der Zeitpunkt des dritten Schusses oder Ankerschusses wird genau eine Zeitverzögerung basierend auf der Bestimmung des Hauptschusses 62 sein. Andere Verfahren zur Bestimmung der verschiedenen Parameter, die mit den drei Brennstoffeinspritzschüssen assoziiert sind wurden genauso erkannt und vorhergesagt.
Fig. 3 veranschaulicht auch im Allgemeinen die relativen Einzugs- und -haltestrompegel, die mit einer typischen hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzvorrichtung oder einer anderen Brennstoffeinspritzvorrichtung assoziiert sind. Wenn man hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet, erzeugt das Einspritzsignal oder die Wellenform im Allgemeinen eine Form mit zwei Ebenen, die einen Einzugsstrompegel und einen im Allgemeinen niedrigeren Haltestrompegel aufweist. Der höhere Einzugsstrom wird verwendet, um die Brennstoffeinspritzvorrichtung schnell zu öffnen und dadurch die Ansprechzeit zu verringern, d. h., die Zeit zwischen der Einleitung eines Brennstoffeinspritzsignals und dem Zeitpunkt, zu dem der Brennstoff tatsächlich beginnt, in den Motorzylinder einzutreten. Sobald die Brennstoffeinspritzung begonnen hat, kann ein niedrigerer Haltestrompegel verwendet werden, um die Einspritzvorrichtung 14 für den Rest des Einspritzereignisses offen zu halten. Die Vor-, Haupt- und Ankereinzugsdauern werden genauso im Allgemeinen in der repräsentativen Stromwellenform veranschaulicht, die in Fig. 3 abgebildet ist. Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die in Fig. 3 veranschaulichte Wellenform basierend auf den Motorbetriebszuständen, der Art des Brennstoffes und der verwendeten Brennstoffeinspritzvorrichtungen und basierend auf anderen Parametern modifiziert und entsprechend verändert werden kann.
Obwohl zusätzlich die vorliegenden mehrfachen Brennstoffeinspritzereignisse bezüglich einer beispielhaften Brennstoffeinspritz(strom)signalwellenform besprochen wurden, wie beispielsweise der in Fig. 3 veranschaulichten beispielhaften Wellenform, wobei ein getrenntes Brennstoffeinspritz(strom)signal oder ein entsprechender Impuls jeden Brennstoffschuss betätigt, sei auch bemerkt, dass andere Arten von Steuersignalen, beispielsweise ein Hydraulikdruck in Verbindung mit anderen Arten von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen (Brennstoffinjektoren) und Brennstoffeinspritzschemata verwendet werden könnten. Beispielsweise verwenden manche Brennstoffeinspritzvorrichtungen einen Hydraulikdruck zur Steuerung des Einspritzzeitpunktes, und in diesen Systemen kann ein getrenntes Komprimieren des Betätigungsströmungsmittels für die Einspritzung von jedem Brennstoffschuss stattfinden.
Während der normalen Motorbetriebszustände wird nach einer Analyse von mehreren mit dem Motor in Beziehung stehenden Zuständen eine erwünschte elektronische Stromsignalwellenform für die Brennstoffeinspritzung wie in Fig. 3 gezeigt bestimmt und erzeugt, die im Allgemeinen eine Haupteinspritzung oder einen Hauptschuss 62 erzeugen wird, eine Ankereinspritzung oder einen Ankerschuss 64 und möglicherweise eine Voreinspritzung oder einen Vorschuss 60, wie in Fig. 2 gezeigt. Sobald die erwünschte Anzahl von Einspritzungen für ein spezielles mehrfaches Einspritzereignis bestimmt wird, wird die erwünschte Brennstoffmenge für den Zylinderzyklus in die entsprechenden getrennten Brennstoffeinspritzungen (Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Ankereinspritzung) aufgeteilt. Karten oder Nachschautabellen werden verwendet, um bei diesen Bestimmungen zu helfen, welche den Zeitpunkt und die Brennstoffmenge für jede Einspritzung anzeigen. Bei einer Vollendung dieser Bestimmungen wird eine Überprüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob die Wellenform immer noch die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen aufweisen sollte, wie ursprünglich erwünscht. Beispielsweise kann die anfängliche Brennstoffeinspritzstrategie eine Voreinspritzung 60, eine Haupteinspritzung 62 und eine Ankereinspritzung 64 aufweisen. Das Brennstoffeinspritzsignal, welches diese anfängliche Strategie darstellt, kann diese drei Einspritzungen mit einer assoziierten Einspritzdauer und Einspritzverzögerungen aufweisen, wie in Fig. 3 oben gezeigt. Jedoch kann während bestimmter Perioden des Motorbetriebes (beispielsweise Motorbeschleunigung oder -abbremsung) der Voreinspritzteil des Brennstoffeinspritzsignals verringert werden müssen oder sogar gelöscht werden müssen. Dies kann durch ein Beschleunigungsereignis verursacht werden, wo das Zeitfenster für die Brennstoffeinspritzung verringert wird, wie oben dargelegt, oder kann aufgrund einer möglichen Lösung von Brennstoff im Motorschmieröl verursacht werden, wie im Detail unten besprochen. Nachdem der Zeitpunkt und die Brennstoffmengen für jede der Brennstoffeinspritzungen oder jeden Schuss bestimmt wurde, wobei ursprünglicherweise vorhergesagt wurde, dass dies eine Signalwellenform für drei Brennstoffeinspritzereignisse sein würde, kann diese nun nur ein Ereignis mit zwei Einspritzungen aufweisen. Das Einschalten oder Ausschalten einer Voreinspritzung 60 kann beträchtliche Einflüsse auf die Motorabgasemissionen haben. Wenn eine Voreinspritzung 60 verwendet wird, wird im Allgemeinen der Zeitpunkt für die Haupteinspritzung verzögert. Wenn eine Brennstoffvoreinspritzung 60 in die Brennkammer eingespritzt wird, erzeugt die Brennstoffvoreinspritzung 60 eine kalte Flammfront, die ermöglicht, dass die Haupteinspritzung 62 zündet. Wenn jedoch die Voreinspritzung 60 nicht vorhanden ist, dann wird die Haupteinspritzung 62 länger zur Zündung brauchen, da der Brennstoff einzuspritzen ist, mit Luft zu vermischen ist und die geeignete Temperatur aufgrund der Kompression erreichen muss, bevor er zündet. Um daher den entsprechenden Hauptverbrennungszeitpunkt zu erreichen, der zu der erwünschten Motorleistung und den erwünschten Motorabgasemissionen führt, wird die Haupteinspritzung zeitlich vorgeschoben werden müssen, wenn keine Voreinspritzung vorhanden ist. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bestimmt, ob eine Voreinspritzung 60 eingeschaltet oder ausgeschaltet wird und modifiziert dynamisch den Zeitpunkt der Haupteinspritzung 62 (Haupteinspritzzeitpunkt) gemäß getrennten Zeitkarten oder Werten, und zwar einmal wenn eine Voreinspritzung 60 eingeschaltet ist, und ein anderes mal, wenn eine Voreinspritzung 60 ausgeschaltet ist.
Während der Motorbeschleunigung steigt die Drehzahl des Motors gemäß der Regelungssteuerung und der angeforderte Befehl für eine gesteigerte Motordrehzahl und eine zusätzliche Brennstoffmenge wird zum Motor geliefert, um die Beschleunigung zu erleichtern. Diese zusätzliche Brennstoffmenge, die zum Motor während eines Beschleunigungsereignisses geliefert wird, erfordert im Allgemeinen eine entsprechende Menge von zusätzlicher Luft, um erwünschte Emissionen und Leistungsstandards beizubehalten, die gewöhnlicherweise erzeugt wird und durch eine Turboladervorrichtung geliefert wird, die mit dem Motor assoziiert ist. Diese turboaufgeladene Luft wird mit dem Brennstoff vermischt, um die vollständige Verbrennung des gesamten Brennstoffes zu erleichtern, der an den jeweiligen Zylinder im Motor 12 geliefert wird. Während gewisser Beschleunigungszustände jedoch kann die Turboladervorrichtung evtl. nicht schnell genug auf eine Steigerung der Luftmenge proportional zu der zusätzlichen Brennstoffmenge ansprechen, die zum Motor geliefert wird. Als eine Folge kann das Verhältnis von Brennstoff zu Luft beträchtlich während gewisser Beschleunigungsereignisse zunehmen, wobei die Mischung aus Brennstoff und Luft zu reich an Brennstoff ist. Das gleiche Problem würde auch bei Motoren ohne Turbolader auftreten. Bei turboaufgeladenen Systemen kommt die nicht angemessene Luftmenge gewöhnlicherweise von der Verzögerung der Ansprechzeit der Turboladervorrichtung, die gewöhnlicherweise Zeit braucht, um zu beschleunigen, um mit der erwünschten Kapazität während eines Beschleunigungsereignisses zu arbeiten. Das hohe Verhältnis von Brennstoff zu Luft gestattet, dass mehr Brennstoff die Zylinderwände berührt als bei einer vergleichsweise magereren Brennstoffmischung. Die Wände des Zylinders sind gewöhnlicherweise vergleichsweise kühler, wodurch dieser Brennstoff nicht verbrennen könnte und statt dessen mit dem Schmieröl auf der Zylinderwand vermischt wird. Dieser unverbrannte Brennstoff kann die Schmiereigenschaften des Öls verschlechtern und kann auch aus dem Motor als Kohlenwasserstoff ausgestossen werden. Der Fachmann wird erkennen, dass das Auftreten von irgendeinem dieser Ereignisse nicht wünschenswert ist.
Wie oben dargelegt nimmt die Zeitperiode, wenn Brennstoff in einen speziellen Zylinder eingespritzt werden kann ab, wenn die Motordrehzahl ansteigt. Zusätzlich kann bei einem Beschleunigungsereignis der Beginn von jedem getrennten Brennstoffschuss evtl. nicht zum gewünschten Zeitpunkt auftreten. Der Grund dafür ist, dass der relative Startwinkel von jedem der Brennstoffschüsse gewöhnlicherweise in einen absoluten Kurbelwinkelwert umgewandelt wird, und zwar entsprechend der Winkelposition der Kurbelwelle, die mit dem Motor während des jeweiligen Brennstoffeinspritzereignisses assoziiert ist. Da jedoch die Drehzahl des Motors sich schnell verändert, kann die genaue Anordnung des Brennstoffschusses weniger genau sein, wenn die Kurbelwelle die berechnete Winkelposition erreicht. Es ist daher schwierig, eine erwünschte Brennstoffmenge zu dem erwünschten Zeitpunkt oder mit der erwünschten Dauer zu bekommen. Wenn beispielsweise eine Beschleunigung bei der Einspritzzeitsteuerung berücksichtigt wird, kann es schwierig sein, den gesamten erwünschten Brennstoff an einem Punkt im Zylinderzyklus zu bekommen, wenn es erwünscht ist. Diese weniger genaue Lieferung des Brennstoffschusszeitpunktes und der Schussdauer kann ein fehlerhaftes Verhalten des Motors und schlechte Emissionen während eines Beschleunigungsereignisses zur Folge haben. Weiterhin kann aufgrund des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff der zum Zylinder gelieferte Brennstoff auch zu unerwünschten Emissionen führen.
Um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden können einer oder mehrere Brennstoffschüsse während des Beschleunigungsereignisses ausgeschaltet werden. Das Ausschalten von Schüssen wie beispielsweise dem Vorschuss 60 in einem Einspritzereignis während der Beschleunigung kann das Auftreten einer Brennstoffdurchdringung in den Zylinderwänden verringern, was eine Lösung des Brennstoffes im Schmieröl und die Menge der Kohlenwasserstoffnebenprodukte in den Abgasemissionen des Motors verringert. Eine Verringerung der Gesamtmenge des unverbrannten Brennstoffes in dem Zylinder hilft dabei, den Brennstoffwirkungsgrad und die Emissionen des Motors zu verbessern. Weiterhin hilft eine verringerte Anzahl von getrennten Brennstoffschüssen dabei, die Probleme zu verringern, die mit den Fehlern bei der Umwandlung der Zeit in einen Winkel beim Beginn der Haupt/Ankerschussabfolge assoziiert sind, wie oben besprochen. Entsprechend wird bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Vorschuss 60 bei einem Beschleunigungsereignis ausgeschaltet, und der Zeitpunkt des Hauptschusses 62 wird dynamisch entsprechend modifiziert, wobei dies die dynamische Modifikation des Zeitpunktes und der Dauer des Hauptschusses einschließt. Die dynamische Modifikation der Hauptschussparameter in dieser Weise verringert beträchtlich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der oben während des Beschleunigungsereignisses besprochenen Probleme.
Während eines Abbremsungsereignisses nimmt andererseits die zum Zylinder des Motors 12 gelieferte Brennstoffmenge schnell ab. Wenn die Brennstoffmenge ansteigt, wird die genaue Aufteilung der erwünschten Brennstoffmenge in eine Vielzahl von getrennten Schüssen immer schwieriger. Eine nicht ordnungsgemäße Aufteilung des Brennstoffes in die entsprechenden Schüsse kann eine unerwünschte Motorleistung und einen schlechten Wirkungsgrad des Motors während eines Abbremsungsereignisses zur Folge haben. Weiterhin kann während eines Abbremsungsereignisses die Umwandlung einer Zeit in einen Winkel (die Kurbelwellenposition) des Beginns von jedem Schuss während eines Brennstoffeinspritzereignisses aufgrund der Veränderung (Verringerung) der Motordrehzahl in ähnlicher Weise versetzt werden, wie oben bei einem Beschleunigungsereignis besprochen. Eine solche Versetzung oder ein solcher Fehler kann eine unerwünschte Motorleistung und daher einen schlechten Motorwirkungsgrad zur Folge haben.
Um diese Nachteile während eines Abbremsungsereignisses zu überwinden kann die Gesamtanzahl der Brennstoffschüsse während des Abbremsungsereignisses verringert werden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Vorschuss 60 weg gelassen, und der Zeitpunkt und die Dauer des Hauptschusses 62 kann entsprechend dynamisch modifiziert werden. Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass nur der Vorschuss 60 oder irgendeine Kombination der Schüsse während eines Abbremsungsereignisses ausgeschaltet werden können. Als eine Folge kann die Brennstoffmenge, die zu dem jeweiligen Zylinder geliefert wird, in eine kleinere Anzahl von Schüssen aufgeteilt werden, und die Probleme werden verringert, die mit den Umwandlungsfehlern von Zeit in Winkel bei den Startzeiten der Vielzahl von Brennstoffschüssen assoziiert sind. Entsprechend verringert das Abschalten von einem oder mehreren Schüssen während eines Abbremsungsereignisses die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der oben während des Abbremsungsereignisses besprochenen Probleme.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Brennstoffvoreinspritzung oder der Vorschuss 60 vom elektronischen Steuermodul 56 ausgeschaltet. Der Vorschuss 60 wird dann aus den darauf folgenden Brennstoffeinspritzereignissen allmählich während mehrerer Zylinderzyklen und Motorbetriebszyklen ausgeschaltet oder entfernt. Zylinder mit einem Vorschuss 60 (einem Zylinderzyklus, der eine Haupteinspritzung aufweist, der eine Voreinspritzung des Brennstoffes mit einschließt) haben einen Haupteinspritzzeitpunkt, der durch Informationen bestimmt wird, die aus einer Speicherstelle des elektronischen Steuermoduls 56 herausgezogen werden, wobei diese vorzugsweise eine Nachschaukarte aufweisen, in der Voreinspritzungen aktiv sind (die Voreinspritzdauer ist nicht gleich Null). Zylinder, die keine Brennstoffvoreinspritzungen oder Vorschüsse 60 haben, haben einen Zeitpunkt, der aus Informationen bestimmt wird, die aus einer getrennten Nachschaukarte heraus gezogen werden, in der Voreinspritzungen ausgeschaltet sind (Voreinspritzdauer gleich Null). Wenn somit auch die Voreinspritzung des Brennstoffes über eine Zeitperiode entfernt wird, können die Motorleistung genauso wie die Brennstoffausnutzung und die Emissionsanforderungen erfüllt werden.
Das elektronische Steuermodul 56 kann auch ausgelegt werden, um einen oder mehrere Brennstoffeinspritzschüsse nur für die Dauer eines jeweiligen Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignisses zu entfernen oder auszuschalten, wenn ein solches Ereignis detektiert wird. Wenn sich der Motor der angewiesenen Motordrehzahl nähert und die Beschleunigung oder Abbremsung verringert wird, egal welcher spezielle Fall dies sein wird, können die Brennstoffeinspritzsignale auf den Normalzustand zurück gebracht werden, d. h. der ausgeschaltete Schuss oder die ausgeschalteten Schüsse können wieder eingeschaltet werden, und zwar entweder allmählich über eine Anzahl von elektronischen Brennstoffeinspritzstromsignalen (Zylinder- und Motorbetriebszyklen) oder abrupter in einem einzigen Brennstoffeinspritzereignis, oder die elektronischen Steuermittel 20 können einen oder mehrere Brennstoffeinspritzschüsse für eine gewisse Zeitperiode ausgeschaltet halten, oder bis gewisse andere vorbestimmte Kriterien erfüllt sind. Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die spezielle eingerichtete Strategie typischerweise von einem Ausführungsbeispiel zum nächsten variieren wird. Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird der Vorschuss 60 erneut eingeschaltet oder allmählich über eine Zeitperiode von mehreren Zylinderzyklen und Motorbetriebszyklen zugefügt, außer wenn zusätzlicher Brennstoff vom elektronischen Steuermodul 56 angewiesen wird.
Um die vorliegende Erfindung auszuführen müssen die elektronischen Steuermittel 20 oder das elektronische Steuermodul 56 wirksam sein, um gewisse Motorbeschleunigungs- oder -abbremsungszustände zu detektieren, zu bestimmen oder in anderer Weise zu erkennen, so dass das elektronische Brennstoffeinspritzstromsignal entsprechend gesteuert werden kann, um die erwünschte elektronische Stromsignalwellenform für die Brennstoffeinspritzung zu erreichen, welche die Anzahl der Schüsse darin einschließt. Dies kann auf eine Vielzahl von Arten erreicht werden, und irgendeine oder eine Kombination davon kann verwendet werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind Signalerzeugungsmittel wie beispielsweise ein Motordrehzahlsensor 76 mit dem elektronischen Steuermodul 56 gekoppelt und sind betreibbar, um ein Signal 78 dort hin auszugeben, welches die Drehzahl des Motors anzeigt. Basierend auf dem Eingangssignal 78 ist das elektronische Steuermodul 56 wirksam zur Bestimmung der Veränderungsrate der Motordrehzahl mit der Zeit. Wenn die Veränderungsrate der Motordrehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, beispielsweise im Bereich von ungefähr 1000 U/min bis ungefähr 2000 U/min pro Sekunde wird das elektronische Steuermodul 56 bestimmen oder erkennen, dass diese Drehzahlveränderungsrate ein Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignis anzeigt, welches eine vorbestimmte Emissionsgrenze überschreitet, und wird daher die Brennstoffeinspritzsignale S₁₀ entsprechend steuern. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Steuersystems, das gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, nimmt das elektronische Steuermodul 56 die Eingangsgrößen beispielsweise zumindest vom Motordrehzahlsensor 76 als Eingangssignal 78 auf. Durch eine Programmierung und/oder Algorithmen des elektronischen Steuermoduls werden diese Eingangsgrößen verwendet, um das Brennstoffeinspritzsignal S10 zu bestimmen, welches zu mindestens einer direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 ausgegeben wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das elektronische Steuermodul 56 betreibbar, um ein Signal 80 aufzunehmen, welches das Verhältnis von Luft zu Brennstoff der Brennstoffmischung anzeigt, die zu den Zylindern des Motors geliefert wird. Während gewisser Beschleunigungsereignisse wird das Verhältnis von Luft zu Brennstoff aufgrund einer Steigerung der Brennstoffmenge abnehmen, die zum Motor geliefert wird. Während gewisser anderer Abbremsungsereignisse wird das Verhältnis von Luft zu Brennstoff aufgrund einer Abnahme der Brennstoffmenge ansteigen, die zum Motor geliefert wird. Das elektronische Steuermodul 56 wird somit Beschleunigungs- oder Abbremsungszustände bestimmen oder in anderer Weise erkennen, wenn das Verhältnis von Luft zu Brennstoff um eine vorbestimmte Schwellengröße ansteigt oder abnimmt. Das elektronische Steuermodul 56 wird danach die Brennstoffeinspritzsignale entsprechend steuern.
Gemäß noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 5 veranschaulicht ist, sind zahlreiche Eingangsgrößen als eine Grundlage zur Bestimmung einer aktiven Brennstoffeinspritzsignalwellenform im Schritt 120 vorgesehen. Diese Eingangsgrößen werden vom elektronischen Steuermodul 56 verwendet, um die Brennstoffeinspritzsignalparameter zu bestimmen (wie mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben), um die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 zu steuern. Diese Eingangsgrößen weisen beispielsweise eine Batteriespannung und eine Motordrehzahl auf, die vom elektronischen Steuermodul 56 im Schritt 105 verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine thermische Schutzgrenze für das elektronische Steuermodul 56 erreicht wurde. Wenn die thermische Schutzgrenze erreicht worden ist, wird dann das elektronische Steuermodul die Anzahl der Schüsse verringern, um weniger Betriebsvorgänge des elektronischen Steuermoduls zuzulassen. Im Schritt 110 bestimmt die Programmierung des elektronischen Steuermoduls eine Übergangsstrategie für eine voreingestellte Wellenform unter Verwendung der Motordrehzahleingangsgröße. Diese Strategie wird zuvor im Detail beschrieben. Im Schritt 115 bestimmt das elektronische Steuermodul 56, ob ein Teil der Brennstoffeinspritzsignalwellenform aufgrund des Auftretens eines Beschleunigungsereignisses ausgeschaltet werden sollte, wie aus der Motordrehzahl, der Motorbelastung, dem Motoröldruck, einer vorbestimmten Geräuschbeschränkung, einer vorbestimmten Rußbeschränkung und einer vorbestimmten Drehmomentbeschränkung bestimmt. Das Beschleunigungsereignis kann beispielsweise wie zuvor beschrieben durch eine Veränderung der Motordrehzahl mit der Zeit bestimmt werden, die größer ist als eine vorbestimmte Grenze. Ein Teil des Brennstoffeinspritzsignals wird dann eliminiert werden, wenn vorbestimmte Zustände auftreten, so dass die Geräuschgrenze, die Ruß- bzw. Partikelbegrenzung und/oder die Drehmomentbegrenzung überschritten werden.
Alle diese Eingangsgrößen genauso wie eine oder mehrere zuvor beschriebene Nachschaukarten werden von dem elektronischen Steuermodul 56 in Schritt 120 verwendet, um die Brennstoffeinspritzsignalparameter zu bestimmen. Diese Parameter können (wie in Fig. 3 gezeigt) einen Zeitpunkt für die Vor-, Haupt- und Ankerbrennstoffeinspritzung aufweisen. Im Schritt 130 teilt das elektronische Steuermodul 56 Brennstoff für die getrennten Einspritzungen auf (bestimmt die Zeitdauer der Einspritzungen) insbesondere die Brennstoffvoreinspritzsignaldauer. Die Brennstoffeinspritzsignaldauern können die Vor-, Haupt- und Ankerbrennstoffeinspritzsignaldauern aufweisen, die beispielsweise basierend auf der Motordrehzahl, der Motorbelastung und dem Rail- bzw. Druckleitungsdruck bestimmt werden. Sobald die Brennstoffeinspritzsignalwellenform durch das elektronische Steuermodul 56 bestimmt worden ist, wird im Schritt 140 und 150 eine Überprüfung vom elektronischen Steuermodul 56 vorgenommen, um zu sehen, ob die Motorbetriebszustände sich verändert haben, so dass eine Voreinspritzung 60 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden sollte. Hier basiert eine Bestimmung dahingehend, ob ein Vorschuss 60 während eines speziellen Zylinderzyklus für einen speziellen Zylinder vorzusehen ist, auf den Motorbetriebsparametern, die oben beschrieben wurden, genauso wie auf der relevanten Vergangenheit des Lieferns von Nachschüssen während früherer Zylinderzyklen in den speziellen Zylinder und in anderen Zylindern innerhalb des Motors 12. Im Schritt 170 überprüft das elektronische Steuermodul 56, ob ein Brennstoffvoreinspritzsignal in den vorhergehenden Zylinderzyklus geliefert wurde (ob die Dauer des Vorbrennstoffeinspritzsignals nicht Null war). Der direkt vorhergehende Zylinderzyklus kann in dem speziellen gegenwärtig bewerteten Zylinder aufgetreten sein oder kann in einem anderen der Vielzahl von Zylindern aufgetreten sein, und zwar abhängig von den Zylindern, die während des Motorbetriebszyklus aktiv waren.
Der Prozess läuft dann zu den Schritten 150 und 160 voran. In den Schritten 150 und 160 bestimmt das elektronische Steuermodul 56, ob das gegenwärtige Brennstoffeinspritzsignal einen Signalteil für eine Brennstoffvoreinspritzung aufweist. Dies kann beispielsweise auf der Grundlage der Dauer des Signalteils der Brennstoffvoreinspritzung des Brennstoffeinspritzstromsignals bestimmt werden. Wenn ein Vorschuss zuvor geliefert wurde, jedoch jetzt nicht geliefert wird, dann läuft der Prozess zum Schritt 170 weiter; wenn ein Vorschuss zuvor geliefert wurde und weiter geliefert wird, läuft der Prozess weiter zum Schritt 180. Wenn ein Vorschuss zuvor nicht geliefert wurde jedoch nun geliefert wird, fährt der Prozess beim Schritt 180 fort; wenn zuvor kein Vorschuss geliefert wurde und weiterhin nicht geliefert wird, läuft der Prozess zum Schritt 190 weiter. Im Schritt 170 werden der Zeitpunkt und die Dauer der Haupteinspritzung dynamisch modifiziert, um das Eliminieren des Vorschusses unter Verwendung von getrennten Nachschaukarten für den Zeitpunkt und die Dauer der Haupteinspritzung für die Brennstoffeinspritzsignale ohne Vorschüsse wiederzugeben. Dies kann auch mit einschließen, dass das Brennstoffvoreinspritzsignal von dem elektronischen Steuermodul 56 aus dem Brennstoffeinspritzsignal für eine direkt wirkende Einspritzvorrichtung und eine entsprechende Brennkammer zu einem Zeitpunkt über eine vorbestimmte Periode entfernt wird. Im Schritt 180 ist der Vorschuss aktiv, und der Zeitpunkt und die Dauer für die Haupteinspritzung werden dynamisch modifiziert, wie nötig, um das Vorsehen des Vorschusses widerzuspiegeln, und zwar unter Verwendung von getrennten Nachschaukarten für den Zeitpunkt und die Dauer der Haupteinspritzung für die Brennstoffeinspritzsignale mit Vorschüssen. Dies kann auch mit einschließen, dass das Brennstoffvoreinspritzsignal vom elektronischen Steuermodul 56 zu dem Brennstoffeinspritzsignal für eine direkt wirkende Einspritzvorrichtung und eine entsprechende Brennkammer zu einem Zeitpunkt über eine vorbestimmte Periode zugegeben wird. Da der Vorschuss entweder in dem gegenwärtigen oder dem vorherigen Zylinderzyklus nicht aktiv ist, wird im Schritt 190 das Brennstoffeinspritzsignal, das in den Schritten 120 und 130 bestimmt wird, an die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 im Schritt 200 ausgegeben. Der Prozess wiederholt sich dann für den nächsten Zylinderzyklus.
Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass irgendeiner oder eine Vielzahl von anderen Signallieferungsmechanismen genauso mit dem elektronischen Steuermodul 56 gekoppelt werden kann, um ein Signal dort hin zu liefern, welches einen Zustand zeigt, der mit den Motorbetriebszuständen in Korrelation gebracht werden kann, die ein Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignis aufweisen, wobei eine erwünschte Emissionsgrenze überschritten werden könnte. Solche Mechanismen können irgendwelche von verschiedenen in der Technik bekannten Mechanismen sein, wie beispielsweise ein Rail-Drucksensor, ein Einlassluftladedrucksensor und noch andere Sensoren.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie hier beschrieben findet die vorliegende Vorrichtung und das Verfahren insbesondere Anwendung bei allen Arten von Motoren, wie beispielsweise Motoren, die in Fahrzeugen, Arbeitsmaschinen, Marineeinrichtungen, elektrischen Generatoren, stationären Motoren usw. verwendet werden. Die vorliegende Vorrichtung und das Verfahren sehen daher ein Steuersystem und ein Steuerverfahren zur Steuerung der elektronischen Stromwellenform für die Brennstoffeinspritzung vor, und entsprechend die Anzahl von Brennstoffschüssen in einem Brennstoffeinspritzereignis mit mehreren Schüssen basierend auf einem gewissen Motorbetriebszustand, wie beispielsweise Beschleunigungs- oder Abbremsungszustände, die nicht wünschenswerte Abgasemissionen ergeben.
Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die Motorschwellenwerte, die Zeitperioden der Motorleistungsüberwachung durch elektronische Steuermittel 20 usw. in die elektronischen Steuermittel 20 vorprogrammiert werden können, oder dass diese Werte in Karten oder Tabellen verfügbar sein können, die in Speichermitteln oder Datenspeichermitteln gespeichert sind, die mit den elektronischen Steuermitteln 20 assoziiert sind. Alternativ können diese Werte durch entsprechende Formeln oder mathematische Berechnungen bestimmt werden, die vom elektronischen Steuermodul 56 in einer kontinuierlichen Schleife oder bei festen Zeitintervallen ausgeführt werden. In dieser Hinsicht können entsprechende Brennstoffkarten mit Bezug auf den Rail-Druck, die Motordrehzahl, die Motorbelastung, die Zeitdauer des Vorschusses, des Hauptschusses und des Ankerschusses, die Brennstoffmengen des Vorschusses, des Hauptschusses und des Ankerschusses, die Ankerzeitverzögerungen, die Zeitpunkte des Vorschusses bzw. des Hauptschusses und andere Parameter in dem elektronischen Steuermodul 56 gespeichert werden oder in anderer Weise einprogrammiert werden, und zwar zur Anwendung während allen Betriebszuständen des Motors. Diese Betriebskarten, Tabellen und/oder mathematische Gleichungen, die in dem programmierbaren Speicher des elektronischen Steuermoduls gespeichert sind, bestimmen und steuern die verschiedenen Parameter, die mit den entsprechenden mehrfachen Einspritzereignissen assoziiert sind, um die erwünschte Motorleistung zu erreichen. Entsprechend sei bemerkt und vorhergesehen, dass die elektronischen Steuermittel 20 diese Schritte auf irgendeine von einer Vielzahl von verschiedenen Arten arbeiten können, die in der Technik bekannt sind.
Es sei auch bemerkt und vorhergesagt, dass die elektronischen Steuermittel 20 gewisse Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignisse bestimmen oder erkennen können, und einen oder mehrere Brennstoffschüsse verringern, eliminieren oder ausschalten können, die mit dem Brennstoffeinspritzsignal assoziiert sind, und zwar basierend auf nur einer der Vielzahl von Eingangsgrößen dort hinein, oder sie können dies so basierend auf einer Kombination von diese Eingangsgrößen tun, wobei sie möglicherweise den unterschiedlichen Eingabewerten unterschiedliche Gewichtung geben. Weiterhin sei bemerkt und vorhergesagt, dass die Handlung, die von den elektronischen Steuermitteln 20 unternommen wird, irgendeiner oder eine Kombination der verschiedenen Vorgänge sein kann, die diese ausführen können, wie beispielsweise das Eliminieren oder Ausschalten von nur dem Vorschuss oder die Modifikation des Zeitpunktes der Haupteinspritzung 62.
Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass das elektronische Steuermodul 56 ausgelegt sein kann, um einen oder mehrere Brennstoffeinspritzschüsse nur für die Dauer des jeweiligen Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignisses eliminieren oder ausschalten kann. Wenn der Motor aufholt und nicht länger beschleunigt oder abbremst, egal welcher Fall auch eintreten mag, können die Brennstoffeinspritzsignale zum Normalzustand zurückgebracht werden, d. h. der ausgeschaltete Schuss oder die ausgeschalteten Schüsse werden erneut eingeschaltet, und zwar entweder allmählich über eine Anzahl von Brennstoffeinspritzsignalen oder abrupter in einem Signal für ein Brennstoffeinspritzereignis oder die elektronischen Steuermittel 20 können einen oder mehrere der Brennstoffeinspritzschüsse für eine gewisse Zeitdauer ausgeschaltet lassen, oder bis weitere vorbestimmte Kriterien erfüllt werden.
Es kann vorhergesehen werden, dass der Motorwirkungsgrad und die Motorleistung während gewisser Beschleunigungsereignisse der Steuerung von Emissionen geopfert werden können, wenn die Brennstoffmenge, die zum Motor während eines solchen Ereignisses geliefert wird, verringert wird, wenn einer oder mehrere der Schüsse ausgeschaltet werden. Es kann auch gesagt werden, dass das Ausschalten von einem oder mehreren der Brennstoffschüsse während gewisser Abbremsungsereignisse nicht besonders schädlich für die Leistung des Motors sein wird, da der Motor abbremst, und dass das Liefern von zusätzlichem Brennstoff während eines solchen Abbremsungsereignisses gewöhnlicherweise nicht nötig sein wird. In beiden Fällen jedoch kann erkannt werden, dass die gesamten Emissionen des Motors 12 innerhalb wünschenswerter Grenzen gehalten werden können, und dass die gesamten Emissionen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel innerhalb wünschenswerter Grenzen gehalten werden. Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich ist, werden gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht durch die speziellen Details der hier dargestellten Beispiele eingeschränkt, und es wird daher in Betracht gezogen, dass andere Modifikationen und Anwendungen oder äquivalente Ausführungen davon dem Fachmann offensichtlich sein werden. Es ist entsprechend beabsichtigt, dass die Ansprüche alle diese Modifikationen und Anwendungen abdecken, die nicht vom Kern und Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffeinspritzsteuersystems, das eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweist, wobei das Steuersystem eine Vor- und Haupteinspritzung während der Brennstoffeinspritzung in einen Motorzylinder abgeben kann, wobei das Verfahren folgendes aufweist:
Bestimmen, ob eine Voreinspritzung für jede der Vielzahl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen für jeden Motorbetriebszyklus eingeschaltet oder ausgeschaltet ist; und
Modifikation eines entsprechenden Haupteinspritzzeitpunktes zumindest auf der Basis der Bestimmung der Voreinspritzung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung ob eine Voreinspritzung eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, darauf basiert, zu detektieren, ob eine Brennstoffvoreinspritzung im vorangehenden Zylinderzyklus aufgetreten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Voreinspritzung ansprechend auf die Bestimmung eines Beschleunigungszustandes eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bestimmung des Beschleunigungszustandes auf der Detektion einer Steigerung des Rail-Druckes (Druckleitungsdruckes) und/oder der Detektion einer Veränderung der Motordrehzahl und/oder der Detektion einer Veränderung der Drossel- bzw. Gaspedalbetätigung und/oder der Detektion einer Veränderung der Motorbelastung basiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Voreinspritzung ansprechend auf einen Abbremsungszustand eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bestimmung des Abbremsungszustandes auf der Detektion einer Steigerung des Rail-Druckes und/oder der Detektion einer Veränderung der Motordrehzahl und/oder der Detektion einer Veränderung der Drosselbetätigung und/oder der Detektion einer Veränderung der Motorbelastung basiert.

7. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter das Herausziehen von Informationen aus mindestens einem Datenspeicher aufweist, um den Zeitpunkt der ersten Einspritzung zu modifizieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Datenspeicher mindestens ein Speichergebiet aufweist, was mindestens getrennte Zeitsteuerinformationen für die Haupteinspritzung speichert, und zwar zur Anwendung wenn die Voreinspritzung eingeschaltet und ausgeschaltet ist, und wobei die Information aus der mindestens einen Speicherstelle herausgezogen wird, um die Haupteinspritzzeitsteuerung zu modifizieren.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Vorbrennstoffeinspritzung für jede der Vielzahl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, und zwar über eine Periode von Motorbetriebszyklen, so dass für direkt wirkende Einspritzvorrichtungen, in denen die Vorbrennstoffeinspritzung eingeschaltet ist, das Brennstoffeinspritzsteuersystem Informationen verwendet, die der Haupteinspritzzeitsteuerinformation des Datenspeichers zur Anwendung entspricht, wenn die Voreinspritzung eingeschaltet ist, um die Zeitsteuerung der Haupteinspritzung zu bestimmen, und für direkt wirkende Einspritzvorrichtungen, bei denen die Voreinspritzung ausgeschaltet ist, verwendet das Brennstoffeinspritzsteuersystem die Informationen, die der Information für die Haupteinspritzzeitsteuerung des Datenspeichers entspricht, und zwar zur Anwendung wenn die Voreinspritzung ausgeschaltet ist, um den Zeitpunkt für die Haupteinspritzung zu bestimmen.

10. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Brennkammern, die folgendes Aufweisen:
Eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, wobei eine der direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen für jede der Vielzahl von Brennkammern vorgesehen ist und betreibbar ist, um Brennstoff direkt in die eine der Vielzahl von Brennkammern einzuspritzen; und
eine Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung wirksam ist, um zu jeder der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zumindest ein erstes Brennstoffeinspritzsignal während eines entsprechenden Zylinderzyklus der entsprechenden einen der Vielzahl von Brennkammern zu liefern, um eine erste Brennstoffeinspritzung zu erzeugen;
wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um ein zweites Brennstoffeinspritzsignal zu mindestens einer der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu liefern, um eine zweite Brennstoffeinspritzung während eines entsprechenden Zylinderzyklus der entsprechenden einen der Vielzahl von Brennkammern zu erzeugen, und wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung basierend auf vorbestimmten Motorbetriebsparametern die Anzahl der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen bestimmt, an die das zweite Brennstoffeinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus angelegt wird, und bestimmt den entsprechenden Zeitpunkt der ersten Einspritzung für jede der Vielzahl von Brennkammern zumindest auf der Grundlage der Bestimmung der zweiten Brennstoffeinspritzung.

11. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei die zweite Brennstoffeinspritzung zeitlich der ersten Brennstoffeinspritzung während eines speziellen Zylinderzyklus vorausgeht, wobei die zweite Brennstoffeinspritzung eine Vorbrennstoffeinspritzung aufweist, und wobei die erste Brennstoffeinspritzung eine Hauptbrennstoffeinspritzung aufweist.

12. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung geeignet ist, um zu bestimmen, ob eine Veränderung der Motorzustände aufgetreten ist, und um darauf ansprechend zu bestimmen, ob eine zweite Einspritzung für jede der Vielzahl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen eingeschaltet oder ausgeschaltet ist.

13. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung geeignet ist, um zu bestimmen, ob ein Beschleunigungszustand aufgetreten ist, und um auf der Grundlage einer solchen Bestimmung für jede der Vielzahl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen zu bestimmen, ob eine zweite Einspritzung ausgeschaltet ist.

14. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, wobei die Bestimmung des Beschleunigungszustandes auf der Detektion einer Steigerung des Rail-Druckes und/oder der Detektion einer Veränderung der Motordrehzahl und/oder der Detektion einer Veränderung der Drossel- bzw. Gaspedalbetätigung und/oder der Detektion einer Veränderung der Motorbelastung basiert.

15. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung geeignet ist, um zu bestimmen, ob ein Abbremsungszustand aufgetreten ist, und um auf der Grundlage einer solchen Bestimmung herauszufinden, ob eine zweite Einspritzung für jede der Vielzahl von direkt wirkenden Einspritzvorrichtungen ausgeschaltet ist.

16. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, wobei die Bestimmung des Abbremsungszustandes auf der Detektion einer Steigerung des Rail-Druckes und/oder der Detektion einer Veränderung der Motordrehzahl und/oder der Detektion einer Veränderung der Drossel- bzw. Gaspedalbetätigung und/oder der Detektion einer Veränderung der Motorbelastung basiert.

17. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei die zweite Brennstoffeinspritzung eingeschaltet wird, wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Dauer des zweiten Brennstoffeinspritzsignals nicht gleich Null ist, und wobei die zweite Brennstoffeinspritzung ausgeschaltet wird, wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass das zweite Brennstoffeinspritzsignal eine Dauer von Null hat.

18. Direkt einspritzender kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, der weiter Folgendes aufweist:
mindestens einen Datenspeicher aus dem Informationen durch die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung herausgezogen werden können, wobei der mindestens eine Datenspeicher weiter mindestens eine getrennte Zeitsteuerinformation für die erste Einspritzung aufweist, und zwar zur Anwendung, wenn die zweite Brennstoffeinspritzung eingeschaltet ist, und zur Anwendung wenn die zweite Brennstoffeinspritzung ausgeschaltet ist.