DE10221165A1

DE10221165A1 - Nacheinspritzungen während kalten Betriebes

Info

Publication number: DE10221165A1
Application number: DE10221165A
Authority: DE
Inventors: Eric C Fluga; Kent A Koshkarian; Brian G Mcgee
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-01-02
Also published as: GB2382622A; GB0210986D0; GB2382622B; US6536209B2; US20020194837A1

Abstract

Ein Abgasaufheizungssystem und ein Verfahren dafür für einen direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotor wird offenbart, wobei dieser eine Vielzahl von Brennkammern besitzt, weiter einen Auslassdurchlass und eine oder mehrere direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die jeweils betreibbar sind, um Brennstoff direkt in eine entsprechende Kammer der Brennkammern einzuspritzen. Das System weist auch eine Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung auf, die betreibbar ist, um mindestens eine der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit einem Brennstoffnacheinspritzsignal während eines entsprechenden Zylinderzyklus der entsprechenden einen der Vielzahl von Brennkammern zu beliefern. Das Brennstoffnacheinspritzsignal ist so zeitgesteuert, dass eine Abgasaufheizung aus einer resultierenden Brennstoffnacheinspritzung vorgesehen wird, und die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung bestimmt dynamisch die sprezielle Einspritzvorrichtung oder mehrere der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, an die das Brennstoffnacheinspritzsignal angelegt wird, und zwar basierend auf einem mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise ein erwünschtes Ausmaß an Abgasaufheizung. Die Brennstoffnacheinspritzung kann auch so zeitgesteuert und/oder geformt werden, dass sie keine wesentliche Menge an mechanischer Energie erzeugt, sondern stattdessen aufgeheizte Abgase erzeugt.

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Liefern von mehreren Brennstoffeinspritzungen in den Zylinder eines Verbrennungsmotors während eines Brennstoffeinspritzereignisses, welches eine Nachbrennstoffeinspritzung aufweist, und zwar basierend auf den Motorbetriebszuständen.

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) 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 (HC), von Kohlenmonoxid, bezüglich der Abgabe von Partikeln und der Abgabe von Stickoxiden (NOx) aufweisen. Das Zuschneiden der Anzahl der Einspritzungen und der Einspritzrate des Brennstoffes in eine Brennkammer genauso wie die Menge und Zeitsteuerung dieser Brennstoffeinspritzungen ist ein Weg, wie Emissionen zu steuern sind und solche Emissionsstandards zu erfüllen sind. Als eine Folge sind geteilte oder mehrfache Brennstoffeinspritztechniken verwendet worden, um die Verbrennungscharakteristiken des Verbrennungsprozesses zu modifizieren, und zwar in einem Versuch zur Verringerung der Emissionen und der Geräuschniveaus. Die geteilte Einspritzung sieht typischerweise die Aufteilung der gesamten Brennstofflieferung für den Zylinder während eines speziellen Einspritzereignisses in mindestens zwei getrennte Brennstoffeinspritzungen vor, wie beispielsweise eine Voreinspritzung und eine primäre Brennstoffeinspritzung, die weiter eine Haupteinspritzung und eine Ankereinspritzung aufweisen kann.
Es ist herausgefunden worden, dass es als Teil einer Emissionssteuerstrategie vorteilhaft ist, einen Brennstoffschuss in einen Brennstoffzylinder später im Auslasshub einzuspritzen. Ein solcher später "Schuss" wird als "Nachschuss" oder "Nacheinspritzung" bezeichnet. Der Nachschuss wird eingespritzt, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe als einen NOx-Katalysator für einen höheren NOx-Umwandlungswirkungsgrad vorzusehen.
Um zusätzlich effektiv die NOx-Emissionen zu verringern, ist es in der Technik bekannt, eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorzusehen, die einen NOx- Katalysator in einem Auslasssystem eines Verbrennungsmotors aufweist. Bei einem mager verbrennenden, direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Motor kann eine Vielzahl von NOx-Katalysatoren verwendet werden. Jedoch erfordert die gegenwärtige Technologie der NOx-Katalysatoren eine ausreichende Konzentration eines Reduzierungsmittels, gewöhnlicherweise ein Kohlenwasserstoffverbundstoff (HC), in dem Abgas als Katalysator vorhanden ist. Daher muss das Reduzierungsmittel oder der Kohlenwasserstoff in das Abgas eingeleitet werden, um eine wirkungsvolle Reduktion der NOx- Emissionen zu erreichen. Damit der NOx-Katalysator ordnungsgemäß aktiviert wird, und damit eine wirkungsvolle Verringerung der NOx-Niveaus auftritt, muss der Katalysator auch eine ordnungsgemäße Betriebstemperatur erreichen.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren zur Aufheizung eines Abgaskatalysators sind entwickelt worden. Die einfachste davon sieht das Vorsehen eines getrennten Heizelementes in der Nachbarschaft des Katalysators vor. Unglücklicherweise steigert die direkte Aufheizung des Katalysators in dieser Weise im Wesentlichen sowohl die Komplexität des elektrischen Systems als auch des Abgassystems und deren Kosten, während sie eine optimale Aktivierung des Katalysators nicht erreichen kann. Frühere Sekundäreinspritzsysteme, die zusätzlichen Brennstoff in den Motor einspritzen, um eine zusätzliche Aufheizung des Abgases zu erzeugen, konnten nicht den Effekten der sekundären Einspritzung auf den Brennstoffwirkungsgrad, die Haltbarkeit des Motors, Haltbarkeit der Einspritzvorrichtung und die Auflösung des Brennstoffes im Motoröl Rechnung tragen.
Bei unterschiedlichen Motorbetriebszuständen kann es nötig sein, unterschiedliche Einspritzstrategien zu verwenden, um sowohl einen erwünschten Motorbetrieb als auch eine erwünschte Emissionsssteuerung zu erreichen. 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 einen Brennstoffinjektor oder eine andere Brennstoffbetätigungsvorrichtung, das eine Einspritzung oder Lieferung von Brennstoff in den Motor anzeigt.
In der Vergangenheit haben einige frühere Aktivierungssysteme für Katalysatoren aufgeheizte Abgase zu einem Abgaskatalysator geliefert, und zwar unter Verwendung von sekundären Brennstoffeinspritzungen wie beispielsweise bei dem Verfahren, das im US-Patent 5479775 von Kraemer u. a. offenbart wird, wobei eine sekundäre Brennstoffeinspritzung vorgesehen wird, und wobei der Brennstoff verbrannt wird, um die Abgase aufzuheizen, die wiederum zu einem Abgaskatalysator geliefert werden. Das '775-Patent steuert nicht die sekundäre Brennstoffeinspritzung, um Bereiche anzusprechen, die sich auf die Haltbarkeit des Motors und den Wirkungsgrad des Brennstoffes beziehen. In ähnlicher Weise beschreibt das US-Patent 5839275 von Hirota et. al. einen Abgassystemkatalysator und die Anwendung einer zusätzlichen Unterbrennstoffeinspritzung zwischen einer ersten und einer dritten Brennstoffeinspritzung, welche die Abgastemperatur steigert. Jedoch sprechen weder das '775-Patent noch das '275-Patent insbesondere die Veränderung einer sekundären (Unter-)Einspritzung an, um die Emissionen zu verbessern, um die Haltbarkeit des Motors und der Einspritzvorrichtungen zu verbessern und den Brennstoffwirkungsgrad zu verbessern. Die '775- und '275-Patente sprechen auch nicht eine solche sekundäre Einspritzung an, um das Drehmoment bzw. die mechanische Energie zu verringern, die durch eine solche Einspritzung erzeugt werden, was Probleme bei der Regelung des Brennstoffes und/oder der Motordrehzahl bewirken kann.
Bei den immer weiter restriktiven Emissionsregelungen von heute können diese früheren Brennstoffaufteilungsstrategien höhere Kohlenwasserstoffemissionen ergeben als wünschenswert, einen übermäßigen Brennstoffverbrauch, übermäßige Abnutzung des Motors, verringerte Lebensdauer der Einspritzvorrichtung und übermäßige Lösung des Öls im Brennstoff. Auch mit fortschrittlicheren elektronisch gesteuerten Einspritzvorrichtungen ist es während gewisser Motorbetriebszustände manchmal schwierig, genau die Brennstofflieferung zu steuern, auch wenn man elektronische Stromsteuersignale für die Brennstoffeinspritzung verwendet.
Die erwünschte Motorleistung wird nicht immer bei allen Motordrehzahlen und Motorlastzuständen unter Verwendung der zuvor bekannten Brennstoffeinspritzstrategien erreicht. Basierend auf den Motorbetriebszuständen wird der Einspritzzeitpunkt, die Brennstoffflussrate und das eingespritzte Brennstoffvolumen bestimmt, um die Emissionen zu verringern und den Brennstoffverbrauch zu verbessern. Dies wird nicht immer bei einem System zur geteilten Einspritzung oder mit einer Nacheinspritzung erreicht, und zwar aus einer Vielzahl von Gründen, die beispielsweise Einschränkungen bezüglich der unterschiedlichen Arten von erreichbaren elektronischen Signalwellenformen für die Brennstoffeinspritzung einschließen, weiter die während des Primärschusses eingespritzte Brennstoffmenge, wenn die zwei Einspritzungen während des speziellen Einspritzereignisses stattfinden, weiter die Zeitsequenz zwischen den zwei Einspritzungen und die Temperatur des Abgaskatalysators. Als eine Folge können Probleme, wie beispielsweise die Einspritzung des Brennstoffes mit einer anderen Rate oder Zeit als erwünscht innerhalb eines gegebenen Einspritzereignisses und/oder die Tatsache, dass man gestattet, dass Brennstoff über einen erwünschten Haltepunkt hinaus eingespritzt wird, nachteilig die Emissionsausstöße und den Wirkungsgrad des Brennstoffes beeinflussen.
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 Abgasaufheizungssystem eines direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors offenbart, welcher eine Vielzahl von Brennkammern und einen Abgasdurchlass besitzt, und eine oder mehrere direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die jeweils betreibbar sind, um Brennstoff direkt in eine entsprechende Kammer der Brennkammern einzuspritzen. Das System weist auch eine Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung auf, die betreibbar ist, um zumindest einer der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen ein Nachbrennstoffeinspritzsignal während eines entsprechenden Zylinderzyklus der entsprechenden Kammer der Vielzahl von Brennkammern zu liefern. Das Nachbrennstoffeinspritzsignal ist so zeitgesteuert, dass es eine Abgasaufheizung aus einer daraus resultierenden Nachbrennstoffeinspritzung liefert, und die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung bestimmt dynamisch die spezielle Eine oder die spezielle Anzahl der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, auf die das Nachbrennstoffeinspritzsignal aufgebracht wird, und zwar basierend auf einem mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter.
Die Nachbrennstoffeinspritzung kann auch so zeitgesteuert und/oder geformt werden, dass sie keine wesentliche mechanische Energiegröße erzeugt, sondern statt dessen aufgeheizte Abgase erzeugt.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich.

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 repräsentative schematische Ansicht eines elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems, das in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 ein schematisches Profil eines Brennstoffeinspritzereignisses mit vier Schüssen;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Stromwellenform für ein Einspritzereignis mit vier Schüssen; und
Fig. 4 eine beispielhafte schematische Darstellung von einem Ausführungsbeispiel eines Steuersystems zur Einstellung der Parameter eines Brennstoffeinspritzereignisses basierend auf Umgebungszuständen;
Fig. 5 eine beispielhafte grafische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Steuervorrichtung, welches die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems 10 in einer beispielhaften Konfiguration gezeigt, wie sie für einen direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Motor 12 angepasst ist, und zwar vorzugsweise mit einem festen Verdichtungsverhältnis. Die vorliegende Erfindung läßt sich auf direkt einspritzende kompressionsgezündete Motoren anwenden, die mit irgendwelchen Motordrehzahlen laufen können, wobei diese niedrige, mittlere, hohe und sehr hohe Motordrehzahlen einschließen. Sehr hohe Motordrehzahlen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren mit 4000 U/min und darüber laufen. Gegenwärtig findet die Erfindung Anwendung mit Bezug auf mager verbrennende Dieselmotoren, wie beispielsweise die Caterpillar Dieselmotoren der Serie C-9 und der Serie 3500; jedoch ist die vorliegende Erfindung auf alle Verbrennungsmotoren anwendbar, und zwar einschließlich der 4-Takt-Konstruktionen und der 2-Takt-Konstruktionen.
Das Brennstoffsystem 10 weist eine oder mehrere elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 veranschaulicht sind, die geeignet sind, um in einer jeweiligen Zylinderkopfbohrung des Motors 12 positioniert zu sein. Während das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auf einen Reihen-6- Zylinder-Motor angewandt wird, sei bemerkt und vorhergesagt, und sei klar erklärt, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie beispielsweise auf V-Motoren und Drehkolbenmotoren, und dass der Motor eine Vielzahl von Zylindern oder Brennkammern enthalten kann. Während zusätzlich das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auch ein hydraulisch betätigtes, elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem darstellt, sei genauso bemerkt und vorhergesagt, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Brennstoffeinspritzvorrichtungen anwendbar ist, wie beispielsweise andere Arten von elektronisch gesteuerten Einspritzvorrichtungen und mechanisch betätigten, elektronisch gesteuerten Einspritzeinheiten, genauso wie strömungsmittelbetätigte Common- Rail-Brennstoffeinspritzsysteme mit digital gesteuerten Brennstoffventilen.
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 System kann auch eine Vorrichtung oder Mittel 22 aufweisen, um Strömungsmittel 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 gemeinsame 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, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden in dem US-Patenten 5947380 und 5407131 offenbart.
Die Vorrichtung oder Mittel 22 zum Rückzirkulieren oder Wiedergewinnen können ein Steuerventil 50 zum Sammeln von Ablaufströmungsmittel für jede Einspritzvorrichtung 14 aufweisen, 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.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffversorgungsvorrichtung oder die Brennstoffversorgungsmittel 18 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. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Brennstoffversorgungsvorrichtung oder die Versorgungsmittel 18 variiert werden, um an die Notwendigkeiten von unterschiedlichen Brennstoffeinspritzvorrichtungen angepasst zu werden, wie beispielsweise an digital gesteuerte Brennstoffventile.
Die elektronische Steuervorrichtung oder die 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 56 weist 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 ist mit dem Mikrocontroller oder Mikroprozessor verbunden und speichert Anweisungssätze, Karten, Nachschautabellen, Variablen usw. 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 Strompegel der Einspritzwellenform und (10) irgendeine Kombination der obigen Parameter. Daher wird das elektronische Steuermodul 56 oder ein Teil davon auch als elektronische Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung 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 Einlasslufttemperatursensor oder einen Motoröltemperatursensor auf. Jedoch können ein Motorkühlmitteltemperatursensor oder andere in der Technik bekannte Sensoren auch 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 eingegeben wird. Die Signaleingabe der Motortemperatur kann als mit der Temperatur in Beziehung stehender Motorbetriebsparameter bezeichnet werden. 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 elektronisches Brennstoffeinspritzsignal S₁₀ zur Erregung eines Elektromagneten oder einer anderen elektrischen Betätigungsvorrichtung in jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung, 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.
Abgas tritt aus dem Motor 12 über den Auslassdurchlassweg 13 auf seinem Weg zur Abgasbehandlungsvorrichtung oder zum Katalysator 15 aus und tritt schließlich am Auslass des Katalysators 19 aus. Der Katalysator 15 weist vorzugsweise einen NOx-Katalysator auf Metallbasis auf, wie beispielsweise Zeolit oder einen Katalysator, der auf Edelmetallen basiert, oder eine Kombination dieser Elemente. Bei vielen Anwendungen kann es auch wünschenswert sein, einen Oxidationskatalysator einer in der Technik bekannten Bauart stromabwärts des NOx-Katalysators vorzusehen.
Wenn die Motor- und/oder Abgastemperaturen unter einem gewissen vorbestimmten Niveau sind, wird der Katalysator 15 nicht aktiviert und wird nicht wirkungsvoll arbeiten, wodurch die Motorabgasemissionen steigen. Es kann diese Temperatur beispielsweise 40 Grad Fahrenheit sein. Ein Temperaturabfühlsystem, welches das elektronische Steuermodul 56, den Temperatursensor 58, der das Signal S₁ für das elektronische Steuermodul 56 erzeugt, oder einen Abgastemperatursensor 17 aufweisen kann, der das Steuersignal S₃ für das elektronische Steuermodul 56 erzeugt, fühlt die verschiedenen Betriebstemperaturen ab und übermittelt diese an das elektronische Steuermodul 56. Das eingegebene Abgastemperatursignal kann auch als mit der Temperatur in Beziehung stehender Motorbetriebsparameter bezeichnet werden. Wenn die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung oder das elektronische Steuermodul 56 abfühlt, dass die Motorbetriebstemperaturen (die mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter) unter einer vorbestimmten Grenze sind, liefert die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung ein Nachbrennstoffeinspritzsignal an eine oder mehrere der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 an einen Punkt im Betriebszyklus des Motors, so dass der Nachschuss oder die Nacheinspritzung des Brennstoffes (Nachbrennstoffeinspritzung) eine Aufheizung des Abgases hervorruft, und die Abgasbehandlungsvorrichtung wird effektiv aktiviert. Die Nacheinspritzung kann beispielsweise im Wesentlichen während des Leistungshubes auftreten. Obwohl ein Ausführungsbeispiel vorsieht, dass die Nacheinspritzung im Wesentlichen während des Leistungshubes auftritt, kann in anderen Ausführungsbeispielen die Einleitung der Nacheinspritzung während des Endes des Kompressionshubes auftreten, und zwar aufgrund der Notwendigkeit zum Vorstellen oder Verzögern des Zeitpunktes der Einspritzung zur Maximierung der Systemleistung. Dies ist ähnlich der Notwendigkeit, geringfügig die primäre Brennstoffeinspritzung vorzustellen oder zu verzögern. Auch haben Tests gezeigt, dass eine Verbesserung der Emissionsverringerung auftritt, wenn ein Nachschuss später im Abgashub eingespritzt wird, auch wenn kein Katalysator vorhanden ist.
Zusätzliche Kohlenwasserstoffe (HC) können auch an das Auslasssystem mittels einer zusätzlichen Nacheinspritzung des Brennstoffes durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 geliefert werden, die im Zylinderkopf des Motors 12 montiert ist, und die positioniert ist, um Brennstoff in einen Motorzylinder einzuspritzen. Die zusätzliche Nacheinspritzung würde so zeitgesteuert werden, dass sie an einem gewissen Punkt nach der primären Brennstoffeinspritzung auftritt, um zusätzlichen Kohlenwasserstoff in Form des Brennstoffes zu liefern, der den Motor betreibt, und zwar zum Abgaskatalysator. Dies wird erreicht durch Einspritzung von Brennstoff in den Motorzylinder an einen Punkt im Zylinderzyklus, wenn der Brennstoff nicht verbrennen wird, und mindestens ein Teil des unverbrannten Brennstoffes in den Auslassdurchlassweg 13 ausgestoßen wird.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 sind ausgelegt, um die erforderliche Brennstoffmenge in einer Einspritzform einzuleiten, um Emissionen zu minimieren, und zwar im Wesentlichen während des Kompressionshubes (Primäreinspritzung) und dann eine erwünschte Brennstoffmenge an einen Punkt im Zylinderzyklus einzuspritzen, wenn der Brennstoff verbrennt, jedoch nicht im wesentlichen zur Drehmomenterzeugung beiträgt. Somit werden zusätzliche aufgeheizte Abgase in den Abgasdurchlassweg 13 ausgestossen, um den Katalysator 15 in erweiterter Weise zu aktivieren, wobei dies durch die Brennstoffnacheinspritzung geschieht. Die Brennstoffmenge, die während der Brennstoffnacheinspritzung eingespritzt wird, hängt von dem mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter ab, wie beispielsweise von der Abgastemperatur, wie durch einen Abgastemperatursensor 17 bestimmt, und in das elektronische Steuermodul als Signal S₃ eingegeben, und vom Betriebszustand des Motors 12 genauso wie von anderen Parametern. In einem Ausführungsbeispiel wird dies unter Verwendung eines elektronischen Steuermoduls 56 erreicht, welches den Zustand der Einspritzvorrichtung 14 steuert. In diesem Ausführungsbeispiel treten mehrere Brennstoffeinspritzungen auf, während ein relativ konstanter Einspritzdruck beibehalten wird. Dies bietet den Vorteil, die Massenflussrate der Brennstoffeinspritzung relativ konstant über mehrere Einspritzungen zu halten, genauso wie über die Zeitperiode, wenn die Einspritzvorrichtung die Nacheinspritzung des Brennstoffes in der bestimmten Menge liefert. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Einspritzvorrichtung die Nacheinspritzung des Brennstoffes in einer Menge und zu einem ausgewählten Zeitpunkt liefern kann, die von den vorherigen Einspritzungen während der speziellen Zylinderzyklen nicht abhängen.
Es sei bemerkt, dass die Art der erwünschten Brennstoffeinspritzung während irgendeines speziellen Brennstoffeinspritzereignisses typischerweise abhängig von verschiedenen Motorbetriebszuständen variieren wird. In einem Versuch die Emissionen zu verbessern, ist herausgefunden worden, dass das Liefern von mehreren Brennstoffeinspritzungen in einen speziellen Zylinder während eines Einspritzereignisses bei gewissen Motorbetriebszuständen sowohl den erwünschten Motorbetrieb als auch die erwünschte Emissionssteuerung erreicht. Fig. 2 veranschaulicht ein mehrfaches Einspritzereignis, welches zwei getrennte Brennstoffeinspritzungen aufweist, nämlich eine erste Brennstoffeinspritzung oder einen Vorschuss 60, eine zweite Brennstoffeinspritzung oder einen Hauptschuss 62, eine dritte Brennstoffeinspritzung oder einen Ankerschuss 64 und eine vierte Brennstoffeinspritzung oder einen Nachschuss 67. Wie in Fig. 2 veranschaulicht wird der Vorschuss 60 in die Brennkammer vor dem Hauptschuss 62 um einen gewissen bestimmten Zeitfaktor, Kurbelwinkel oder um eine Hauptverzögerung 61 eingespritzt, und der Ankerschuss kommt in Abfolge nach dem Hauptschuss 62 basierend auf einem vorbestimmten Zeitfaktor oder Kurbelwinkel, was eine Ankerverzögerung 63 zur Folge hat. Der Vorschuss wird folgend auf den Ankerschuss eingespritzt, und verzögert den Hauptschuss 62 um einen gewissen vorbestimmten Zeitfaktor oder Kurbelwinkel, der eine Nachverzögerung 68 zur Folge hat. Zusätzlich kann die eingerichtete Zeitsteuerung für jeden Schuss basierend auf einer erwünschten Kolbenposition für jeden Schuss bestimmt werden. Basierend auf der Programmierung, die mit der elektronischen Steuervorrichtung 56 assoziiert ist, genauso wie basierend auf einer Vielzahl von unterschiedlichen Karten und/oder Nachschautabellen, die in dem Speicher der Steuervorrichtung 56 gespeichert sind, der Karten und/oder Tabellen aufweist, die sich auf die Motordrehzahl, die Motorbelastung, die Abgastemperatur, den mit dem Rail-Durchlass 38 assoziierten Druck (Rail-Druck), die erwünschte gesamte Brennstoffmenge und andere Parameter bezieht, wird die Steuervorrichtung 56 dynamisch die geeignete Anzahl von Brennstoffschüssen und die für jeden Brennstoffschuss 60, 62, 64 und 67 erwünschte Brennstoffmenge bestimmen, und diese entsprechend aufteilen. Darüber hinaus wird es den Zeitpunkt und die Dauer von jedem einzelnen Schuss genauso wie die Ankerschussverzögerung 63 und die Nachschussverzögerung 68 bestimmen können. Das heißt, die Programmierung, die mit der elektronischen Steuervorrichtung 56 assoziiert ist, weist Parameter auf, die durch Berechnungen und/oder logische Vergleichsvorgänge während der Programmausführung bestimmt werden, und zwar mit Bezug beispielsweise auf die Karten und/oder Nachschautabellen. Somit kann irgendeiner der oben erwähnten Parameter mit Bezug auf Fig. 2 oder eine Kombination davon selektiv und/oder dynamisch angepasst oder über die Zeit verändert werden, und zwar sowohl mit Bezug auf die einzelnen Zylinderzyklen als auch über einen einzelnen oder mehrere Motorbetriebszyklen. Die Relativpositionen von jedem Brennstoffschuss 60, 62, 64 und 67 sind nicht proportional, und Fig. 2 zeigt in schematischer Form die allgemeine Beziehung zwischen diesen Schüssen.
Die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen kann dynamisch während Zuständen mit variierender Drehzahl oder variierender Last vergrößert oder verringert werden. Beispielsweise können nur zwei Einspritzschüsse bei einem Motorbelastungszustand von einem Viertel der Motornennlast erwünscht sein, um erwünschte Abgasemissionen zu erreichen. In diesem Fall werden der Vorschuss 60 und der Nachschuss 67 weggelassen, und der Hauptschuss 62 und der Ankerschuss 64 werden gemäß der hier dargelegten Parameter in Abfolge angeordnet. Bei gewissen Betriebszuständen kann eine Strategie für eine geteilte Einspritzung mit einem kleineren Hauptschuss und einem größeren Ankerschuss Vorteile bezüglich der Abgasemissionen vorsehen, einschließlich der verringerten Partikelemissionen und/oder verringerten NOx-Emissionen bei relativ geringen Motorbelastungen, ohne zu einem Einspritzereignis mit drei Schüssen (Vorschuss, Hauptschuss und Ankerschuss) überzugehen. Tatsächlich ist herausgefunden worden, dass wenn eine Einspritzung mit drei Schüssen bei gewissen geringen Motorbelastungen verwendet wird, eine Steigerung der Kohlenwasserstoffe (HC) im Vergleich zu nur einem Hauptschuss und einem Ankerschuss aufgrund der Anwendung des Vorschusses auftritt. Als eine Folge ergibt ein geteiltes Einspritzverfahren (nur Haupt- und Ankerschuss) oftmals bessere Emissionsergebnisse in diesem Motorbetriebsbereich. In ähnlicher Weise wird unter gewissen Motorbetriebstemperaturen der Vorschuss 60 weggelassen, da der Vorschuss 60 Kohlenwasserstoffmengen erzeugt, die den Katalysator 15 bei geringen Temperaturen verstopfen können. Um den Katalysator 15 durch Steigerung seiner Temperatur zu aktivieren, kann das elektronische Steuermodul 56 einen Nachschuss 67 liefern, wie oben beschrieben, um zusätzlich die Abgase aufzuheizen. Der Nachschuss 67 kann unabhängig von den zuvor beschriebenen Ereignissen mit drei Schüssen oder zwei Schüssen vorgesehen werden, um effektiv den Katalysator 15 unter gewissen Motorbetriebstemperaturen zu aktivieren.
Mit Bezug auf ein mehrfaches Einspritzereignis mit vier Schüssen kann der Nachschuss 67 hinzugefügt oder mit eingeschlossen werden oder kann alternativ weg gelassen werden; und die Brennstoffmenge und Zeitsteuerung, die mit dem Nachschuss 67 assoziiert ist, kann gemäß der Motorbetriebszustände und dem erwünschten Ausmaß an NOx-Reduktion und Abgasaufheizung für die Aktivierung des Katalysators 15 eingestellt werden. Somit kann der Nachschuss 67 dynamisch während irgendeines mehrfachen Einspritzereignisses in Assoziation mit irgendeiner Brennkammer während irgendeines Motorbetriebszyklus hinzugefügt werden, weg gelassen werden oder während dieses Zyklus eingestellt werden. Dies kann vorzugsweise durch das elektronische Steuermodul 56 erreicht werden. Beispielsweise kann der Nachschuss 67 in einem mehrfachen Einspritzereignis während eines Zylinderzyklus für eine Brennkammer während eines ersten Motorbetriebszyklus vorgesehen werden, und kann aus dieser Kammer während des nächsten Motorbetriebszyklus eliminiert werden, oder kann für eine andere Kammer während des gleichen Motorbetriebszyklus vorgesehen werden. Weiterhin kann ein Nachschuss 67 in zwei, drei oder allen Einspritzereignissen während entsprechender Zylinderzyklen für die jeweiligen Brennkammern während eines ersten Motorbetriebszyklus vorgesehen werden, und kann aus einem, zwei, drei oder allen mehrfachen Einspritzereignissen während des nächsten Motorbetriebszyklus eliminiert werden. Die Parameter der jeweiligen Nachschüsse können auch während dieser Ereignisse eingestellt werden. Die Einstellung dieser Parameter kann die Form des Brennstoffnacheinspritzungssignals beeinflussen, das vom elektronischen Steuermodul 56 geliefert wird. Das vorliegende Steuersystem kann daher dynamisch die Anzahl der Brennstoffschüsse, die Menge und Anordnung von jedem dieser Schüsse und die anderen assoziierten Einspritzparameter gemäß der Motorbetriebszustände einstellen.
Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die oben beschriebenen Einspritzstrategien abhängig von der Art des Motors und der verwendeten Brennstoffeinspritzvorrichtungen, der Art des verwendeten Brennstoffes und von anderen Parametern variieren wird. Alle diese Einspritzparameter hängen von den Motorbetriebszuständen ab, genauso wie von anderen Faktoren wie der Größe und Art des Motors.
Die hier beschriebene Nacheinspritzstrategie kann bei der oben beschriebenen Strategie für eine mehrfache Einspritzung verwendet werden, oder bei einer Einspritzstrategie für andere Motoren oder für andere Strategien des gleichen Motors. Beispielsweise tritt in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Nacheinspritzung oder der Nachschuss in einem Bereich zwischen ungefähr 20 Grad und 70 Grad nach dem oberen Totpunkt des Leistungshubes auf, und kann gemäß der anderen Schußparameter variieren. Der Nachschuss 67 kann früher im Zylinderzyklus eingespritzt werden, d. h. unter manchen Umständen bei ungefähr 20 Grad nach dem oberen Totpunkt des Leistungshubes, und kann später im Zylinderzyklus eingespritzt werden, d. h. in anderen Fällen ungefähr 70 Grad nach dem oberen Totpunkt des Leistungshubes. Das Variieren des Zeitpunktes des Nachschusses 67 auf diese Weise kann gestatten, dass mehr oder weniger aufgeheizte Abgase (Gase mit höheren oder niedrigeren Temperaturen) aus dem Zylinder ausgestoßen werden und zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 geliefert werden. Die Einstellung des Zeitpunktes von dem Nachschuss 67 und/oder der Brennstoffmenge, die für den Nachschuss 67 eingespritzt wird, kann auch in vorteilhafter Weise die Verbrennungscharakteristiken und die Motorabgasemissionen mit Bezug auf die Haupt- und Ankerschüsse beeinflussen. Die Menge und/oder Zeitsteuerung des Nachschusses 67 kann bei der Portionierung des Brennstoffes und/oder bei der Zeitsteuerung des primären Schusses (Hauptschuss 62 und möglicherweise Ankerschuss 64) in Betracht gezogen werden. Dies stellt sicher, dass die ordnungsgemäße Brennstoffmenge in die Brennkammer eingespritzt wird, und stellt sicher, dass nicht mehr Brennstoff als nötig bei gegebenen Motorbetriebszuständen in der Brennkammer ist. Übermäßiger Brennstoff in der Brennkammer für gegebene Motorbetriebszustände steigert den Zylinderdruck, was zu Betrachtungen bezüglich der Emissionen und eines möglichen strukturellen Schadens genauso wie mögliche Verringerungen der Lebensdauer/Haltbarkeit des Motors führt. Daher kann die einzuspritzende Brennstoffmenge und der Zeitpunkt der Schüsse ansprechend auf die Menge und die Zeitsteuerung des Nachschusses bestimmt werden. Im Allgemeinen hat eine schnellere Aktivierung des Katalysators 15 durch eine zusätzliche Aufheizung der Abgase niedrigere NOx-Auslasspegel des Motors bei gewissen Motorbetriebspunkten zur Folge.
Wenn der Brennstoff und die Luft während des Kompressionshubes vermischt und komprimiert werden, erreichen schließlich der vermischte Brennstoff und die Luft thermodynamische Zustände, unter denen eine Verbrennung auftritt. In dieser Hinsicht wird basierend auf der Brennstoffmenge, die dem Hauptschuss 62 zugeordnet ist, die Hauptschussmischung aus Brennstoff und Luft typischerweise manchmal während des Kompressionshubes verbrannt werden. Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die Verbrennung außerhalb dieses Bereiches aufgrund von verschiedenen Faktoren auftreten kann, wie beispielsweise der Brennstoffmenge, die mit dem Hauptschuss assoziiert ist, dem Rail- oder Einspritzvorrichtungsdruck, der Einlasstemperatur und dem Einlassdruck, der Motordrehzahl, der Motorbelastung, dem Verdichtungsverhältnis und anderen Parametern. Die darauf folgenden Brennstoffschüsse, die mit einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung assoziiert sind, wie beispielsweise der Ankerschuss 64 und/oder der Nachschuss 67 werden typischerweise direkt in die Flammfront geliefert, die von der Verbrennung des Hauptschusses 62 erzeugt wird. Dies kann wünschenswert sein, und zwar abhängig von den Motorbetriebszuständen, da ein solcher Brennstoff schneller zünden wird, wenn er in die Flammfront eingespritzt wird. Die Nacheinspritzung von Brennstoff tritt gewöhnlicherweise an einem Punkt im Zylinderzyklus auf, wo der Brennstoff verbrennen wird, so dass die Abgase mit zusätzlicher thermodynamischer Energie (Wärme) versorgt werden, und so dass die zusätzlich aufgeheizten Abgase in den Auslassdurchlass 13 ausgestoßen werden, um den Katalysator 15 aufzuheizen und in wirkungsvoller Weise zu aktivieren. Dies kann vorteilhafter Weise auftreten, wo die Brennstoffnacheinspritzung in einen speziellen Zylinder während des Leistungshubes eingespritzt wird, und zwar in einer derartigen Weise, dass keine wesentliche Energiemenge (Drehmoment) erzeugt wird. Das Drehmoment, das aus einem Nachschuss 67 resultiert, kann durch verschiedene Parameter des Brennstoffnacheinspritzungssignals bzw. des Nachschusses gesteuert werden, wie beispielsweise der Dauer, der Frequenz, der Form und dem Zeitpunkt des Nachschusses 67 oder durch Liefern des Brennstoffnacheinspritzungssignals an die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14, so dass der daraus resultierende Nachschuss 67 allmählich in die jeweiligen Brennkammern eingeleitet wird und/oder davon weggenommen wird.
Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Regelungsvorrichtung 103 auf (die als Teil des elektronischen Steuermoduls 56 in Fig. 4 gezeigt ist). Die Regelvorrichtung 103 kann beispielsweise als Programm in der Programmierung des elektronischen Steuermoduls 56 vorgesehen sein, oder kann eine getrennte Hardware-Einheit sein. Die Brennstoffmenge, die von den Einspritzvorrichtungen 14 zur Anwendung durch einen Motor eingespritzt wird, kann durch eine solche Regelungsvorrichtung bestimmt werden. Viele unterschiedliche Arten von Regelungsvorrichtungen könnten zu diesem Zweck verwendet werden, beispielsweise bestimmt eine solche Bauart einer Regelungsvorrichtung die Brennstoffmenge, die zum Motor geliefert wird, teilweise basierend auf der tatsächlichen Drehzahl und der erwünschten Drehzahl des Motors. Bei typischen Motorsystemen, die diese Art von Regelungsvorrichtungen verwenden, gibt es, wenn es eine plötzliche Veränderung der Motordrehzahl oder Motorbelastung gibt, im Allgemeinen eine große Differenz zwischen den erwünschten und tatsächlichen Motordrehzahlen, wodurch ein schlecht ansprechendes oder ungesteuertes Verhalten des Motors verursacht wird. Wenn beispielsweise eine Maschine auf einen Hügel trifft, und der Bediener die Drossel bzw. das Gaspedal des Motors bewegt, um mehr Drehzahl zu erreichen, wird der Motor schlecht ansprechen. In einem weiteren Beispiel kann der Motor einen assoziierten Turbolader haben. Wenn die Last auf dem Motor schnell entfernt wird, kann eine Überdrehzahl des Motors oder eine Turbowelle die Folge sein. Das heißt, wenn die Last plötzlich vom Motor weggenommen wird, kann der Motor schnell über die erwünschte Motordrehzahl beschleunigen. Die Drehzahl des Motors und des Turboladers kann beginnen, in unsteuerbarer Weise Wellen zu bilden. In ähnlicher Weise kann die Einspritzung eines Nachschusses 67 eine plötzliche Welle der mechanischen Energie (Drehmoment) verursachen, was nachteilig die Motorbetriebscharakteristiken, die Emissionen und die Haltbarkeit beeinflussen kann, und kann schwierige Zustände für die Steuerung durch den Bediener aufgrund der "Drehmomentwelle" erzeugen. Gegenwärtige Brennstoffsteuersysteme können nicht schnell und in trügerischer Weise die Motordrehzahl und/oder das Drehmoment teilweise stabilisieren, und zwar wegen der plötzlichen und signifikanten Unterschiede zwischen der erwünschten und der tatsächlichen Motordrehzahl.
Somit wird in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Brennstoffnacheinspritzungssignal allmählich in die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 über eine vordefinierte Zeitperiode eingeleitet, und zwar in einer Weise, so dass die Regelungsvorrichtung 103 eine Brennstofflieferung korrigieren kann, falls irgendeine Steigerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzung 67 auftritt. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch allmähliche Steigerung (oder Senkung) der Dauer des Nachschusses über mehrere Zylinderzyklen oder Motorzyklen oder über eine vordefinierte Zeitperiode, beispielsweise 0,5 Sekunden bis 2 Sekunden. In diesem und anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden empirische Daten für eine gegebene Motorkonfiguration und für gegebene Zustände an einer Speicherstelle in der Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung gespeichert, die vorzugsweise im elektronischen Steuermodul 56 vorgesehen sein kann. Diese Daten können als eine Karte oder Nachschautabelle zur Interpolation durch das elektronische Steuermodul 56 gespeichert werden (als Speicherteil 105 des elektronischen Steuermoduls 56 in Fig. 4 gezeigt). Aus diesen Daten kann eine Brennstoffnacheinspritzmenge und ein Zeitpunkt für ein gegebenes System bei einer Vielzahl von Motorbetriebszuständen und Motorbelastungen bestimmt werden. Somit kann das elektronische Steuermodul 56 periodisch die Brennstoffnacheinspritzmenge und den Zeitpunkt so einstellen, dass diese einer vorbestimmten Brennstoffeinspritzmenge und einem Zeitpunkt entspricht, der auf Motorbetriebszuständen und der Motorabgastemperatur basiert. Die gespeicherten Daten werden in Einspritzvorrichtungseinzugs- und -haltezeitinkremente (Zeitschritte) 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 aufgebaut sein können. Die Öffnungszeit der Brennstoffeinspritzvorrichtung wird aus den Daten bestimmt, beispielsweise aus einer Tabelle, die im Speicher des elektronischen Steuermoduls gespeichert ist. Das elektronische Steuermodul 56 weist dann die entsprechende Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 an, sich zum korrekten Zeitpunkt folgend auf die primäre Brennstoffeinspritzung zu öffnen, die dann die Haupt- und Ankerbrennstoffeinspritzungen (Schüsse) aufweisen kann, und weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung an, sich zu schließen, wenn die bestimmte Brennstoffmenge in den Zylinder eingespritzt worden ist. Diese Befehle werden unter Verwendung der unten im Detail beschriebenen Stromwellenformen erreicht. Bei manchen Anwendungen kann es auch wünschenswert sein, die gespeicherten Daten im Speicher 105 des elektronischen Steuermoduls 56 in Kurveneinpassungsgleichungen umzuwandeln, die von dem elektronischen Steuermodul 56 als eine Alternative zu einer "Nachschautabelle" verwendet werden, wie zuvor beschrieben. In einem solchen Fall würde die Einspritzvorrichtungseinzugs- und -haltezeit über die Kurveneinpassungsfunktion von dem elektronischen Steuermodul 56berechnet werden, und unter Verwendung der Motorbetriebszustände, die vom elektronischen Steuermodul 56 abgefühlt werden.
Eine beispielhafte elektrische Signalwellenform für den Brennstoffeinspritzstrom für ein Einspritzereignis mit vier Schüssen ist in Fig. 3 veranschaulicht, wobei diese ein (elektronisches) Brennstoffeinspritzsignal (Steuersignal) 70 für einen ersten Schuss oder Vorschuss zeigt, ein (elektronisches) Brennstoffeinspritzsignal (Steuersignal) 72 für einen zweiten Schuss oder Hauptschuss, ein (elektronisches) Brennstoffeinspritzsignal (Steuersignal) 74 für einen dritten Schuss oder Ankerschuss, ein (elektronisches) Brennstoffeinspritzsignal (Steuersignal) 75 für einen Nachschuss, ein Hauptverzögerungssignal 76 zwischen den Vor- und Hauptschüssen, ein Ankerverzögerungssignal 78 zwischen den Haupt- und Ankerschüssen, und ein Nachschussverzögerungssignal 77 zwischen den Anker- und Nachschüssen. Die Dauer von jedem der Steuersignale 70, 72, 74 und 75 kann durch das elektronische Steuermodul 56 variiert werden, und die Dauer der Verzögerungen 76, 77 und 78 kann genauso vom elektronischen Steuermodul 56 gesteuert werden. In einem Ausführungsbeispiel wird 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 Hauptschusszeitpunkt bestimmt. Der Zeitpunkt des Nachschusses 67 kann dann entweder abhängig von diesen Werten oder unabhängig davon bestimmt werden. In dieser Hinsicht wird der Beginn des Vorschusses 60 typischerweise basierend auf bekannten Parametern bestimmt werden, wie beispielsweise dem Hauptschusszeitpunkt und der Vorstellung des Vorschusses, und der Ankerschusszeitpunkt wird gerade eine Zeitverzögerung basierend auf der Beendigung des Hauptschusses sein. Wie oben dargestellt und unten im Detail beschrieben können der Zeitpunkt und die Dauer von irgendeinem der Signale 70, 72, 74 und 75 und insbesondere das Brennstoffnacheinspritzsignal 75 von dem elektronischen Steuermodul 56 variiert werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, können der Zeitpunkt A und B des Nachbrennstoffeinspritzsignals 75 in einem Zylinderzyklus variiert werden. Der abwechselnde Zeitpunkt B des Brennstoffnacheinspritzungssignals 75 wird von der gestrichelten Linie gezeigt. Es kann auch die Dauer C variiert werden. Die alternative Dauer C' des Brennstoffnacheinspritzsignals 75 wird wiederum durch die gestrichelte Umrandung gezeigt. Andere Verfahren zur Bestimmung der verschiedenen Parameter, die mit den vier Brennstoffeinspritzschüssen assoziiert sind, können ohne übermäßige Experimente angewandt werden.
Fig. 3 veranschaulicht auch die Einzugs- und Haltestrompegel, die mit einer typischen hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzvorrichtung assoziiert sind. Wenn man hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet, weist das elektronische Brennstoffeinspritzsignal im Allgemeinen eine Form mit zwei Ebenen auf, die ein Einzugsstromniveau und ein im Allgemeinen geringeres Haltestromniveau 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 elektronischen Brennstoffeinspritzsignals und dem Zeitpunkt, zu dem der Brennstoff tatsächlich beginnt, in den Motorzylinder einzutreten. Sobald die Brennstoffeinspritzung begonnen hat, kann ein Haltestrom auf niedrigerem Niveau verwendet werden, um die Einspritzvorrichtung für den Rest des Einspritzereignisses offen zu halten. Die Dauer des Vorschusses, des Hauptschusses, des Ankerschusses und des Nacheinzugsstroms werden genauso in der repräsentativen Stromwellenform dargestellt, die in Fig. 3 abgebildet ist. Basierend auf Motorbetriebszuständen, beispielsweise der Art des Brennstoffes und der verwendeten Brennstoffeinspritzvorrichtungen und basierend auf anderen Parametern wird bemerkt und vorhergesehen, dass die in Fig. 3 dargestellte Wellenform entsprechend modifiziert und geändert werden kann.
Es sei auch weiter bemerkt, dass andere Mechanismen, wie beispielsweise Verriegelungsventile bei gewissen Arten von Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet werden können, wobei andere Wellenformen als die in Fig.3 abgebildeten Wellenformen erforderlich sind, und wobei kein Haltestrom nötig sein wird.
Es wird auch in einem Ausführungsbeispiel vorhergesehen, dass die Einzugsdauer für jeden Schuss, die Schussdauer, die Ankerschussverzögerung, die Nachschussverzögerung und der Zeitpunkt des Vor- und Hauptschusses mit Bezug auf die Verschiebung des Zylinderkolbens bestimmt wird, berechnet wird oder nachgeschaut wird, und zwar in den jeweiligen Karten und/oder Tabellen als eine Funktion von einem oder mehreren der folgenden Parametern, nämlich der Motordrehzahl, der Motorbelastung, dem Rail- bzw. Druckleitungsdruck, der gesamten erwünschten Brennstoffmenge, der Öl- oder Kühlmitteltemperatur, der Abgastemperatur, dem atmosphärischen Druck und noch weiteren Parametern. Es sei auch bemerkt, dass andere Brennstoffsysteme andere Stromwellenformen verwenden werden. Ein signifikantes Merkmal der Fig. 3 ist die Beziehung der Stromwellenform zur Kolbenlage und zum Einspritzprofil.
Weiterhin sei bemerkt, dass obwohl in einem Ausführungsbeispiel der hier offenbarten vorliegenden Erfindung jeder getrennte Brennstoffschuss, der mit einem mehrfachen Brennstoffeinspritzereignis assoziiert ist, in die Brennkammer geliefert oder eingespritzt wird, wenn der Zylinderkolben in einem vorbestimmten Bereich während der Kompressions- und Leistungshübe gelegen oder angeordnet ist, wobei bemerkt sei, dass jeder dieser getrennten Brennstoffschüsse außerhalb dieser Bereiche aufgrund von Faktoren geliefert werden kann, wie beispielsweise der Brennstoffmenge, die mit jedem Brennstoffschuss assoziiert ist, dem Einspritzdruck, der Motordrehzahl, der Motorbelastung und anderen Parametern. In dieser Hinsicht sei bemerkt, dass der Vorschuss zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressionshubes eingespritzt werden kann; weiter dass der Hauptschuss zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressions- oder Leistungshubes nach der Lieferung des Vorschusses eingespritzt werden kann; dass der Ankerschuss zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressions- oder Leistungshubes nach der Lieferung des Hauptschusses eingespritzt werden kann; und dass der Nachschuss zu irgendeinem Zeitpunkt während des Leistungs- oder Auslasshubes nach der Lieferung des Ankerschusses eingespritzt werden kann. Jedoch wird der Nachschuss an irgendeinem Punkt im Zylinderzyklus geliefert, so dass der Schuss verbrennt, wodurch zusätzlich aufgeheizte Abgase für die Abgasbehandlungsvorrichtung 15 erzeugt werden. Obwohl die vorliegenden mehrfachen Brennstoffeinspritzereignisse bezüglich einer beispielhaften Brennstoffeinspritz(strom-)signalwellenform besprochen worden sind, die in Fig. 3 veranschaulicht wurde, wobei ein getrenntes Brennstoffeinspritz(strom)signal oder ein Impuls jeden Brennstoffschuss betätigt, sei zusätzlich auch bemerkt, dass andere Arten von Steuersignalen, beispielsweise ein Hydraulikdruck in Verbindung mit anderen Arten einer direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzvorrichtung (Brennstoffinjektor) und Brennstoffeinspritzschemata verwendet werden könnte. 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.
Gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bestimmt das Brennstoffeinspritzsystem, wieviel Aufheizung des Abgases erforderlich ist, und berechnet oder bestimmt dann in anderer Weise die Brennstoffmenge, die für die Aufheizung des Abgases zugemessen wird, und die Einspritzvorrichtungen, für die der Brennstoff zugewiesen wird (Anzahl der Zylinder, in die der Nachschuss 67 einzuspritzen ist). Dies wird durch Variieren (An/Aus) der jeweiligen Dauer (Dauer ≥ 0 = An) von jedem Brennstoffnacheinspritzsignal für jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 während jedes Zylinderzyklus bestimmt. Es gib dabei einen Mittelweg zwischen dem spezifischen Brennstoffverbrauch, der einfach als Brennstoffverbrauch bezeichnet wird, und den verbesserten Emissionen, die aus dieser Strategie resultieren. Das heißt, die Verwendung der Strategie hat verbesserte Emissionen aufgrund der schnellen Aktivierung des Katalysators 15 zur Folge, und zwar auf Kosten eines gesteigerten Brennstoffverbrauches oder aufgrund eines Nachteils bei dem spezifischen Brennstoffverbrauch. Daher kann das System 10 die minimale Brennstoffmenge bestimmen, die über Nachschüsse einzuspritzen ist, um die erwünschte Abgasaufheizung zu erreichen, und auch die entsprechende Anzahl von Zylindern, in die der Nachschuss 67 einzuspritzen ist. Beispielsweise nimmt in einem Ausführungsbeispiel nur ein Zylinder den Nachschuss während des Zylinderzyklus auf. Während des nächsten Zylinderzyklus kann der Zylinder, der den Schuss aufnimmt, rotiert bzw. durchgewechselt werden, so dass jeder Zylinder schließlich den Nachschuss 67 aufnimmt. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels können zwei Zylinder den Nachschuss 67 während jedes jeweiligen Zylinderzyklus aufnehmen, und jeder Zylinder, der den Nachschuss 67 aufnimmt, kann während des aufeinanderfolgenden Zylinderzyklus gedreht werden. Durch Variieren der Zylinder, in die die Nachschüsse eingespritzt werden, kann das Brennstoffsystem 10 die Brennstoffmenge variieren, die während des Nachschusses 67 eingespritzt wird, und auch den Zeitpunkt während des Motorzyklus, zu dem der Brennstoff, der während des Nachschusses 67 eingespritzt wurde, verbrannt wird, um irgendwelches Drehmoment zu verringern, welches dadurch erzeugt wird. Durch Durchwechseln des Nachschusses unter den Motorzylindern während aufeinanderfolgender Zylinderzyklen kann ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besser eine gleichmäßigere Abnützung unter den Brennstoffeinspritzvorrichtungen des Motors erreichen.
Eine Nachschautabelle oder ein anderes Verfahren kann verwendet werden, um die Anzahl der Nacheinspritzungen zu berechnen, d. h. die Anzahl der Zylinder, die einen Nachschuss während eines Zyklus verwenden wird, um das erwünschte Ausmaß an Abgasaufheizung für einen speziellen Motorbetriebszustand gegenüber dem spezifischen Brennstoffverbrauch zu erreichen. Der Nachschuss wird wünschenswerter Weise zwischen 20 Grad und 70 Grad nach dem oberen Totpunkt (ATDC = After Top Dead Center) im Leistungshub eingespritzt. Der Einspritzzeitpunkt wie oben beschrieben ist variabel und kann dynamisch bestimmt werden.
Wie oben dargelegt wird die Zeitsteuerung des Nachschusses mit Bezug auf das Ausmaß der erwünschten Abgasaufheizung bestimmt und kann unabhängig von den ersten, zweiten und dritten Brennstoffeinspritzschüssen bestimmt werden. Alternativ kann der Zeitpunkt des Nachschusses abhängig von den ersten, zweiten und dritten Brennstoffeinspritzungen bestimmt werden. Bei den in der Technik bekannten sekundären Brennstoffeinspritzsystemen wird die Anzahl der sekundären Einspritzungen oder Nachschüsse als Mittelweg zwischen einem optimalen Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators und dem Brennstoffverbrauch und der Lebensdauer der Einspritzvorrichtung ausgewählt. Die Lebensdauer der Einspritzvorrichtung ist im Allgemeinen proportional zur Anzahl der Einspritzungen, die von der Einspritzvorrichtung vorgenommen werden. Während irgendeine Steigerung der Gesamtanzahl der getrennten Einspritzungen die Haltbarkeit der Einspritzvorrichtung treffen kann, kann dies durch ein Durchwechseln des Nachschusses unter den Einspritzvorrichtungen abgemildert werden. Somit werden verringerte Emissionen gestattet, während eine akzeptable Lebensdauer der Einspritzvorrichtung beibehalten wird. Da eine Brennstoffeinsparung besonders wünschenswert ist, und da die gegenwärtigen Brennstoffeinspritzvorrichtungen eine lange Zykluslebensdauer (Haltbarkeit) haben müssen, hat die vorliegende Erfindung den zusätzlichen Vorteil, die Aktivierung des Katalysators und den Umwandlungswirkungsgrad mit Bezug auf die Brennstoffeinsparung und die Lebensdauer der Einspritzvorrichtung zuzuschneiden. Weiterhin kann die Nacheinspritzung selektiv zu irgendeiner Anzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen während eines Motorzyklus geliefert werden. Das elektronische Steuermodul 56 kann ein Brennstoffnacheinspritzsignal zu irgendeinem, zu zwei oder zu allen Einspritzvorrichtungen 14 liefern, was eine Nacheinspritzung des Brennstoffes aus jeder entsprechenden Einspritzvorrichtung zur Folge hat, und kann dadurch stark irgendeinen Effekt auf die Lebensdauer der Brennstoffeinspritzvorrichtung oder auf die Haltbarkeit des Zylinders minimieren, während stark die Rate gesteigert wird, mit der der Katalysator 15 aktiviert wird. Zusätzlich hat ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch den Vorteil, Brennstoff in einen oder mehrere Zylinder einzuspritzen, wenn die Temperatur und der Druck im Auslassdurchlass höher als möglich sind, was eine bessere Zersetzung des Brennstoffes in Zwischenprodukte, d. h. Kohlenwasserstoffe gestattet, die wiederum den Wirkungsgrad des Katalysators steigern können. Die Anwendung einer Nacheinspritzung zur zusätzlichen Aufheizung der Abgase und dadurch zur Aktivierung des Katalysators 15 vereinfacht auch stark die herkömmlichen elektrischen Systeme und Abgassysteme, wo der Katalysator direkt aufgeheizt wird, beispielsweise durch ein Heizelement.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Nachbrennstoffbrennstoffeinspritzung 67 selektiv zu einer anderen Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 während jedes der verschiedenen aufeinander folgenden Motorbetriebszyklen geliefert. Wenn somit eine einzige Brennstoffnacheinspritzung ausgewählt wird, wird die Brennstoffnacheinspritzung 67 sukzessive zu jedem Zylinder des Motors geliefert, d. h. an die Zylinder 1 bis 6 in Fig. 1, bevor sie im anfänglichen Zylinder, d. h. dem Zylinder 1 der Fig. 1, wiederholt wird. Wenn in einem weiteren Ausführungsbeispiel das elektronische Steuermodul 56 bestimmt, dass ein Nachschuss 67 in zwei Zylindern pro Motorzyklus erforderlich ist, um eine erwünschte Reduktion des NOx zu erreichen, kann dann alternativ das elektronische Steuermodul 56 bewirken, dass die Nacheinspritzung 67 zu zwei oder mehr Zylindern während eines Motorbetriebszyklus geliefert wird. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auch beispielsweise selektiv die Brennstoffnacheinspritzung 67 zu einzelnen Zylindern (Brennkammern) des Motors liefern, d. h., wenn eine einzige Brennstoffnacheinspritzung 67 für einen Motorbetriebszyklus ausgewählt wird, wird die Brennstoffnacheinspritzung 67 zum Zylinder 1 geliefert, dann zum Zylinder 3, während der Zylinder 2 der Fig. 1 übersprungen wird, bevor er in dem anfänglichen Zylinder wiederholt wird, d. h. dem Zylinder 1 der Fig. 1. Während man die Nacheinspritzung 67 zu zwei, drei oder allen Zylindern liefert, mag es einen entsprechenden Abstrich beim spezifischen Brennstoffverbrauch geben. Wenn somit ein größerer Brennstoffwirkungsgrad erforderlich ist, können weniger Nachschüsse geliefert werden müssen, während wenn eine größere Abgasaufheizung erwünscht ist, ein entsprechend größerer Abstrich beim spezifischen Brennstoffverbrauch toleriert werden kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Verwendung eines Einspritzverfahrens und Einspritzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung bietet eine bessere Emissionssteuerung während variierender Motorbetriebszustände wie oben erklärt. Obwohl die spezielle Einspritzwellenform zum Liefern von mehreren Brennstoffeinspritzungen abhängig von den speziellen Motorbetriebszuständen variieren kann, kann das vorliegende System dynamisch die Anzahl der einzuspritzenden Schüsse bestimmen, weiter den Zeitpunkt, der mit jedem einzelnen Einspritzereignis assoziiert ist, die Einspritzdauer, irgendwelche Verzögerungen zwischen den Einspritzungen und die Verschiebung des Zylinderkolbens relativ zum Beginn jeder Einspritzung. Diese Bestimmung kann unbeachtet der Art der elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzvorrichtungen oder der digital gesteuerten Ventile oder des verwendeten Common-Rail-Brennstoffsystems vorgenommen werden, und zwar ungeachtet der Art des verwendeten Motors und ungeachtet der Art des verwendeten Brennstoffes. In dieser Hinsicht können geeignete Brennstoffkarten mit Bezug auf den Rail-Druck, die Motordrehzahl, die Motorbelastung, die Abgastemperatur, die Zeitdauer des Vorschusses, des Hauptschusses, des Ankerschusses und des Nachschusses, die Brennstoffmengen des Vorschusses, des Hauptschusses, des Ankerschusses, des Nachschusses, die Ankerschusszeitverzögerungen, die Nachschusszeitverzögerungen, den Zeitpunkt des Vorschusses und des Hauptschusses und andere Parameter in dem elektronischen Steuermodul 56 gespeichert werden oder in anderer Weise programmiert werden, und zwar zum Gebrauch während aller Betriebszustände 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 erwünschte Emissionssteuerungen zu erreichen.
Es sei auch bemerkt, dass die speziellen Umgebungszustände, in denen der Motor arbeitet, das Ausmaß der Emissionen beeinflussen wird, die vom Motor erzeugt werden. Wenn sich die Umgebungszustände verändern, werden dies auch die Motorabgasemissionen. Als eine Folge können die mehrfachen Brennstoffeinspritzereignisse einzustellen sein, um die Motoremissionen innerhalb erforderlicher Grenzen basierend auf den Umgebungszuständen zu halten. Diese Einstellungen können Einstellungen an dem Zeitpunkt und der Menge der Voreinspritzung, an dem Zeitpunkt und der Menge der Haupteinspritzung, an der Verzögerung zwischen den Vor- und Haupteinspritzungen und an der Verzögerung zwischen den Haupt- und Ankereinspritzungen aufweisen. Die Zeitverzögerung und die Brennstoffmenge der Nacheinspritzung kann auch abhängig von den Anforderungen der Reduktion von NOx variiert werden, und zwar mit Bezug auf die Vor-, Haupt- und Ankerschüsse. Die Umgebungszustände können überwacht werden durch Vorsehen und Koppeln der geeigneten Sensoren mit dem elektronischen Steuermodul 56, wie im Folgenden erklärt wird.
Fig. 4 ist ein beispielhaftes schematisches Diagramm, das repräsentative Sensoreingangsgrößen für das elektronische Steuermodul 56 zeigt, um die Umgebungszustände zu überwachen, in denen der Motor arbeitet. Beispielsweise können geeignete Sensoren positioniert und mit Bezug auf einen speziellen Motor angeordnet werden, um geeignete Signale 80 und 82 in das elektronische Steuermodul 56 einzugeben, die repräsentativ sind für die Umgebungstemperatur und/oder den Umgebungsdruck, unter denen der Motor jeweils gerade arbeitet. Basierend auf der Umgebungstemperatur und/oder dem Druck kann das elektronische Steuermodul 56 die geeigneten Karten oder Nachschautabellen für diesen speziellen Umgebungszustand auswählen und danach entweder die geeigneten Parameter für jedes Einspritzereignis basierend auf der existierenden Umgebungstemperatur und/oder dem Druck bestimmen. Alternativ könnte das elektronische Steuermodul 56 eine Korrektur oder einen Einstellungsfaktor bestimmen, der auf die Parameter des Einspritzereignisses angewandt wird, und zwar basierend auf gewissen normalen Betriebszuständen oder Nennbetriebszuständen, wie beispielsweise einer Standardtagestemperatur und einem Standarddruck. In dieser Hinsicht könnten die geeigneten Karten und Nachschautabellen einen Satz von Karten und/oder Nachschautabellen basierend auf einer gewissen vorbestimmten Umgebungstemperatur und/oder Druckbereichen aufweisen, wobei ein anderer Satz von Karten und/oder Tabellen auf jeden vorbestimmten Bereich anwendbar ist. Andererseits könnte das elektronische Steuermodul 56 genauso einen Satz von Karten und/oder Nachschautabellen aufweisen, und zwar basierend auf Umgebungstemperaturen und/oder Drücken, die es dem elektronischen Steuermodul 56 gestatten, eine Korrektur oder einen Einstellfaktor zu bestimmen, der auf die verschiedenen Parameter von jedem Einspritzereignis angewandt werden kann, wobei die Korrektur oder der Einstellfaktor mit Bezug auf gewisse normale Motorbetriebszustände oder Nennmotorbetriebszustände skaliert wird. Eine große Höhe oder Kaltstartzustände sind beispielsweise Umgebungszustände, die Emissionen beeinflussen können und erfordern können, dass das elektronische Steuermodul 56 die Parameter der mehrfachen Brennstoffeinspritzereignisse einstellt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, würde das elektronische Steuermodul 56 basierend auf einer Sensoreingabe einer Umgebungstemperatur 80 und/oder dem Umgebungsdruck 82 entsprechende Signale S₁₀ für die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 erzeugen und ausgeben, um den erwünschten Zeitpunkt des Vorschusses und/oder die Brennstoffmenge einzustellen (Einstellung 92), um den Zeitpunkt des Hauptbrennstoffschusses und/oder die Brennstoffmenge einzustellen (Einstellung 94), um die erwünschte Verzögerung zwischen dem Vorschuss und dem Hauptbrennstoffschuss einzustellen (Einstellung 96) und/oder die erwünschte Verzögerung zwischen dem Hauptschuss und dem Ankerbrennstoffschuss einzustellen (Einstellung 98). Irgendeine oder mehrere dieser Einstellungen 92, 94, 96 und 98 kann von dem elektronischen Steuermodul durchgeführt werden, um die erwünschten Vor-, Haupt- und Ankerbrennstoffschüsse zu erreichen, um die Abgasemissionen zu steuern und diese Emissionen innerhalb gewisser vorbestimmter Grenzen zu halten. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch Programmierung oder durch Algorithmen des elektronischen Steuermoduls 56, die wiederum unter Verwendung von Programmen und/oder Hardware- Einheiten eingerichtet werden können, und zwar in Verbindung mit dem Speicher 105 des elektronischen Steuermoduls 56 und einer Regelungsvorrichtung 103 des elektronischen Steuermoduls 56. Das elektronische Steuermodul 56 könnte dann auch den Nachschuss entsprechend mit Bezug auf Einstellungen einstellen, die an den Vor-, Haupt- und/oder Ankerschüssen vorgenommen wurden und/oder mit Bezug auf die Motortemperatur und/oder die Abgastemperatur, und auf die daraus resultierende Notwendigkeit zur Aktivierung des Katalysators 15. Zusätzlich kann in einem Ausführungsbeispiel anstelle der Einstellung der Zeitsteuerung oder Menge der Schüsse nach der anfänglichen Bestimmung der Verteilung ein Satz von Brennstoffverteilungskarten verwendet werden, wobei allen relevanten Faktoren Rechnung getragen wird, wie beispielsweise der Drehzahl, der Belastung und den Umgebungszuständen.
Es sei auch bemerkt und vorhergesagt, dass andere Parameter oder Motorbetriebszustände genauso abgefühlt werden können und in das elektronische Steuermodul 56 eingegeben werden können, und zwar andere als die Umgebungstemperatur 80 und/oder der Umgebungsdruck 82, um die Umgebungsbetriebszustände des Motors zu bestimmen. Beispielsweise könnte das elektronische Steuermodul 56 mit einem Sensor gekoppelt sein, um ein Signal 84 aufzunehmen, welches die Einlasssammelleitungstemperatur anzeigt, die mit dem Motor assoziiert ist, mit einem Sensor zur Aufnahme eines Signals 86, das den Druck der Einlasssammelleitung anzeigt, mit einem Sensor zur Aufnahme eines Signals 88, welches die Feuchtigkeit anzeigt und/oder mit einem Sensor zur Aufnahme eines Signals 90, welches den Öldruck des Kurbelgehäuses anzeigt. Diese Motorparameter können genauso über verschiedene Karten, Tabellen und/oder Gleichungen in Korrelation gebracht werden oder auf diese übertragen werden, um die Umgebungsbetriebszustände des Motors einzurichten, und basierend auf irgendeinem von einer Vielzahl von diesen Signalen 80, 82, 84, 86, 88 und 90 könnte das elektronische Steuermodul 56 eine oder mehrere der Einstellungen 92, 94, 96 und/oder 98 vornehmen und entsprechende Signale Sao ausgeben, um die Parameter der mehrfachen Einspritzereignisse einzustellen, und zwar einschließlich den Ereignissen, die eine Brennstoffnacheinspritzung vorsehen. Alle der Sensoren, die die Signale 80, 82, 84, 86, 88 und/oder 90 liefern, würden vorzugsweise kontinuierlich ihren entsprechenden Parameter überwachen, der mit dem Betrieb des Motors assoziiert ist, und jeder dieser Sensoren würde ein entsprechendes Signal an das elektronische Steuermodul 56 ausgeben, welches diese abgefühlten Parameter anzeigt. Noch weiterhin sei bemerkt und vorhergesagt, dass andere Parameter und Sensoren als jene, die in Fig. 4 aufgeführt sind, wie beispielsweise ein Kühlmitteltemperatursensor, ein Motoröltemperatursensor, ein Luftmassenflusssensor und/oder ein Abgastemperatursensor genauso verwendet werden könnten, um die Umgebungsbetriebszustände des Motors zu bestimmen.
Die Brennstoffnacheinspritzungen werden auch dynamisch durch das elektronische Steuermodul 56 bestimmt, und das (die) entsprechende Brennstoffeinspritzsignal(e) S₁₀ wird (werden) an die Einspritzvorrichtungen 14 ausgegeben. Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung können die Temperaturparameter insbesondere abgefühlt werden und in das elektronische Steuermodul 56 eingegeben werden, und zwar zur Bestimmung, ob der Nachschuss einzuspritzen ist. Diese Parameter weisen die Motortemperatur auf, die vom Temperatursensor 58 abgefühlt wird, der das Signal S₁ für das elektronische Steuermodul 56 erzeugt und/oder die Motorabgastemperatur, die vom Abgastemperatursensor 17 abgefühlt wird und in das elektronische Steuermodul 56 als Eingangsgröße S₃ eingegeben wird (Fig. 1). Wenn die Temperaturen tief genug sind, d. h., die Motorbetriebstemperatur gleich oder geringer als 40 Grad Fahrenheit ist, dann wird der Nachschuss 67 zur Aktivierung des Katalysators 15 vorgesehen. Wenn die Temperatur zu hoch ist, d. h. größer als 45 Grad Fahrenheit, dann wird kein Nachschuss geliefert. Zusätzliche Parameter, die das erwünschte Ausmaß an NOx-Reduktion für einen speziellen Satz von Zuständen aufweisen, werden von dem elektronischen Steuermodul 56 verwendet, um zu bestimmen, ob und wieviel Nachschüsse zu den jeweiligen Zylindern während eines Motorzyklus geliefert werden.
Die Aktivierung der Abgasbehandlungsvorrichtung (Katalysator 15) durch Betätigung der Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 zur Einspritzung eines Nachschusses 67, die Verbrennung eines Nachschusses 67, der Ausstoß der daraus resultierenden aufgeheizten Gase aus der Brennkammer zum Auslassdurchlass 17 und der Fluss der Abgase in die Abgasbehandlungsvorrichtung 15 und die Aufheizung dieser Vorrichtung verbessert merklich den Wirkungsgrad des Katalysators zur Entfernung von nicht wünschenswerten Verunreinigungen aus den Abgasen wie beispielsweise NOx. Diese Vielseitigkeit, der Wirkungsgrad und die Einfachheit kann bei einer auf einer Nacheinspritzung basierenden Aktivierung der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 erreicht werden. Die Anwendung des Nachschusses 67 um eine Aktivierung der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 einzurichten, hat ein Eliminieren der getrennten Aktivierungsausrüstung zur Folge, die bei früheren Aktivierungssystemen zu finden ist. Weiterhin gestattet die Flexibilität der vorliegenden Erfindung eine bessere Zuschneidung der Aktivierung, des Umwandlungswirkungsgrades und der NOx-Reduktion mit Bezug auf den Brennstoffverbrauch und die Haltbarkeit des Motors. Dies verbessert bzw. reduziert stark die Komplexität des Systems, während die Zuverlässigkeit gesteigert wird.
Fig. 5 ist eine beispielhafte grafische Darstellung eines Verfahrens, durch welches das Abgasbehandlungssystem der vorliegenden Erfindung und insbesondere das elektronische Steuermodul 56 vorbestimmte Parameter von einer Vielzahl von Parametern auswählt und verwendet, die mit einem speziellen mehrfachen Brennstoffeinspritzereignis assoziiert sind, um dynamisch die Anwendung von einer oder mehreren Nachschusseinspritzungen während eines Motorbetriebszyklus zu steuern. Die gegenwärtigen Betriebsparameter werden im Block 115 auf der Grundlage der Ausgangsgrößen der Sensoren und von Berechnungen bestimmt, wie es geeignet ist. Dann bestimmt das elektronische Steuermodul 56 in Block 120 die entsprechenden Motorbetriebszustände für eine erwünschte Motorleistung. Diese Zustände können auf berechneten oder vorbestimmten Motorleistungsstandards basieren, einschließlich der mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter, der NOx-Emissionen und dem Motorwirkungsgrad. Im Block 130 wird ein erwünschtes Brennstoffeinspritzereignis bestimmt, welches der nächste Motorbetriebszyklus sein kann, der nächste Zylinderzyklus oder irgendeiner oder mehrere der darauf folgenden Motorbetriebszyklen oder Zylinderzyklen. Andere Brennstoffeinspritzereignisse können verwendet werden, wie es dem Fachmann bekannt sein dürfte. Eine Entscheidung wird dann dynamisch im Block 140 auf der Grundlage der Bestimmungen in den Blöcken 115, 120 und 130 vorgenommen, ob ein Nachschuss in dem festgelegten Brennstoffeinspritzereignis erwünscht ist. Falls dieser nicht erwünscht ist, schreitet der Prozess voran zur Erzeugung aller dieser Signale für das Einspritzereignis. Wenn ein Nachschuss erwünscht ist, dann werden im Block 150 mehrere Bestimmungen vorgenommen, welche der Einspritzvorrichtung(en) einen Nachschuss aufnehmen soll(en) und auch die Dauer und den Zeitpunkt des Nachschusses. Schließlich werden die Signale für das Einspritzereignis einschließlich des Nachschusssignals falls erwünscht, im Block 160 erzeugt.
Klar gesagt basiert eine Bestimmung dahingehend, ob ein Nachschuss 67 während eines speziellen Zylinderzyklus für einen speziellen Zylinder vorzusehen ist, auf den Motorbetriebsparameter, die mit der Temperatur in Beziehung stehende Motorbetriebsparameter aufweisen genauso wie die relevante Historie des Lieferns von Nachschüssen während früherer Zylinderzyklen in den speziellen Zylinder und in anderen Zylindern im Motor 12, wie oben dargelegt.
Es ist daher wünschenswert, irgendeine Anzahl von getrennten Brennstoffeinspritzungen in einen speziellen Zylinder zu steuern und zu liefern, die drei oder mehr Brennstoffschüsse aufweisen, und insbesondere einen Brennstoffnachschuss, um Emissionen zu verringern und den Brennstoffverbrauch zu verbessern, während die NOx-Emissionen basierend auf den Betriebszuständen des Motors an einem speziellen Zeitpunkt verbessert werden. Dies kann die Aufteilung der Brennstoffeinspritzung in mehr als zwei getrennte Brennstoffschüsse während eines speziellen Einspritzereignisses aufweisen, das Vorsehen einer speziellen Brennstoffmengenbeziehung zwischen den jeweiligen Brennstoffschüssen in einem speziellen Einspritzereignis basierend auf der Anzahl der damit assoziierten Brennstoffschüsse, das Vorstellen der Vor- und/oder Hauptschüsse während des Kompressionshubes, das Liefern von jeweiligen Brennstoffschüssen in definierten Grenzen eines Kurbelwinkels oder einer Zylinder-Kolben-Verschiebung, und das Einstellen des Zeitpunktes zwischen den verschiedenen mehrfachen Brennstoffeinspritzungen, um erwünschte Emissionen und einen erwünschten Brennstoffverbrauch zu erreichen. In manchen Situationen ist es auch wünschenswert, das vordere Ende der Brennstofflieferung an den Zylinder bezüglich der Rate zu formen, um die Verbrennungscharakteristiken des speziellen verwendeten Brennstoffes zu steuern, und in anderen Situationen mag es wünschenswert sein, das hintere Ende der Brennstofflieferung in den Zylinder zu formen, um erwünschte Emissionssteuerungen und Motorleistung zu erreichen.
Obwohl das in Fig. 1 veranschaulichte Brennstoffsystem 10 als repräsentatives System mit sechs Einspritzvorrichtungen gezeigt ist, sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung in Brennstoffeinspritzsystemen vorgesehen werden könnte, die irgendeine Anzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweisen genauso wie hydraulisch betätigte und mechanisch betätigte elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzeinheiten genauso wie ein strömungsmittelaktiviertes Common-Rail-Brennstoffsystem. Wo mechanisch betätigte, elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet werden, wird das Rail (Druckleitung) oder die Sammelleitung 36 in Fig. 1 typischerweise durch einen mechanischen Betätigungsmechanismus ersetzt werden, um zu bewirken, dass jede Einspritzvorrichtung Brennstoff unter Druck setzt, wie beispielsweise die Mechanismen, die in den US-Patenten 5947380 und 5407131 veranschaulicht werden. Andere Mechanismen, um diese Aufgabe durchzuführen, sind genauso bekannt und verfügbar.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich wird, sind gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht durch die speziellen Details der hier veranschaulichten Beispiele eingeschränkt, und es wird daher in Betracht gezogen, dass andere Modifikationen und Anwendungen oder äquivalente Ausführungen davon dem Fachmann offensichtlich werden. Es ist entsprechend beabsichtigt, dass die Ansprüche alle diese Modifikationen und Anwendungen abdecken sollen, die nicht vom Kern und Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Abgasaufheizungssystem eines direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Brennkammern und einem Auslassdurchlass, der folgendes aufweist:
eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, wobei jede betreibbar ist, um Brennstoff direkt in eine entsprechende Kammer der Vielzahl von Brennkammern einzuspritzen; und
eine Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung, die betreibbar ist, um jede von der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit einem Brennstoffeinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus zu beliefern, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um selektiv für jedes Brennstoffeinspritzsignal ein Brennstoffnacheinspritzsignal zu liefern, das zeitgesteuert ist, um eine Abgasaufheizung aus einer daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzung vorzusehen, und wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung dynamisch mindestens einen Parameter von jedem Brennstoffnacheinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus basierend auf mindestens einem mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter bestimmt.

2. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 1, wobei jedes Brennstoffnacheinspritzsignal zwischen 20 Grad und 70 Grad nach dem oberen Totpunkt eines Leistungshubes vorgesehen wird.

3. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 1, wobei das Abgasaufheizungssystem weiter eine Regelung aufweist, und wobei der mindestens eine Parameter für jedes Brennstoffnacheinspritzsignal eine Dauer und einen Zeitpunkt aufweist, und wobei der mindestens eine Parameter so bestimmt wird, dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich eingeleitet werden durch Steigerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen und wobei die Regelungsvorrichtung wirksam ist, um die Brennstofflieferung zu korrigieren, falls irgendeine Steigerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzungen auftritt.

4. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 1, wobei das Abgasaufheizungssystem weiter eine Regelungsvorrichtung aufweist, und wobei der mindestens eine Parameter von jedem Brennstoffnacheinspritzungssignal eine Zeitdauer und einen Zeitpunkt aufweist, und wobei der mindestens eine Parameter so bestimmt wird, dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich entfernt werden durch Verringerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen, und wobei die Regelungsvorrichtung wirksam ist, um die Brennstofflieferung zu korrigieren, falls irgendeine Verringerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzungen auftritt.

5. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen mechanisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzeinheiten sind.

6. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzeinheiten sind.

7. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Parameter von jedem Brennstoffnacheinspritzungssignal eine Dauer des Brennstoffnacheinspritzungssignals und/oder einen Zeitpunkt des Brennstoffnacheinspritzungssignals aufweist.

8. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 7, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um die spezielle eine Einspritzvorrichtung oder mehrere Einspritzvorrichtungen der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu bestimmen, an die ein Brennstoffnacheinspritzungssignal angelegt wird, und auch die Dauer von jedem dieser Brennstoffnacheinspritzungssignale.

9. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 8, wobei jedes Nachbrennstoffeinspritzsignal eine vorbestimmte Dauer und Form hat, so dass keine Nachbrennstoffeinspritzung eine wesentliche mechanische Energie erzeugt.

10. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 8, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung wirksam ist, um die direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu variieren, an die das Brennstoffnacheinspritzungssignal während eines Motorbetriebszyklus angelegt wird.

11. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 10, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung wirksam ist, um jedes Brennstoffnacheinspritzsignal so zu liefern, dass die Abgasaufheizung, die von denjenigen der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen vorgesehen wird, auf die jedes Brennstoffnacheinspritzungssignal aufgebracht wird, mit Bezug auf den Motorbrennstoffverbrauch ausgeglichen ist.

12. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 7, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um die Dauer und den Zeitpunkt von jedem Brennstoffnacheinspritzungssignal so zu bestimmen, dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich eingeleitet werden, und zwar durch Steigerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen keine wesentliche mechanische Energie erzeugen.

13. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 12, wobei die Brennstoffnacheinspritzungen über eine Zeitperiode von 0,5 bis 2 Sekunden eingeleitet werden.

14. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 13, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung wirksam ist, um die Dauer und den Zeitpunkt von jedem Brennstoffnacheinspritzungssignal so zu bestimmen, dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Verringerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen entfernt werden, und so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen nicht wesentlich die mechanische Energie verringern.

15. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 14, wobei die Nachbrennstoffeinspritzungen über eine Zeitperiode von 0,5 Sekunden bis 2 Sekunden entfernt werden.

16. Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung eines direkt einspritzenden druckgezündeten Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Brennkammern, wobei eine direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtung mit jeder Kammer und jedem Auslassdurchlass assoziiert ist, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung Folgendes aufweist:
Mittel zum Liefern eines Brennstoffeinspritzsignals zu jeder der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen während eines Motorbetriebszyklus, und um zu jedem Brennstoffeinspritzsignal ein Brennstoffnacheinspritzsignal zu liefern;
Mittel zur dynamischen Bestimmung von einem Zeitpunkt und/oder einer Zeitdauer und/oder einer Form von jedem Brennstoffnacheinspritzsignal, um eine Abgasaufheizung vorzusehen, und
Mittel zur dynamischen Bestimmung der speziellen einen Einspritzvorrichtung oder der speziellen Anzahl der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, auf die das Brennstoffnacheinspritzungssignal basierend auf einen mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter aufgebracht wird.

17. Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 16, wobei jedes Nachbrennstoffeinspritzsignal eine vorbestimmte Dauer und Form hat, so dass keine Brennstoffnacheinspritzung eine wesentliche mechanische Energie erzeugt.

18. Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 17, die weiter Mittel aufweist, um eine der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu variieren, auf die das Brennstoffnacheinspritzungssignal während eines Motorbetriebszyklus aufgebracht wird.

19. Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 18, die weiter Mittel aufweist, um jedes Brennstoffnacheinspritzungssignal so zu liefern, dass die Abgasaufheizung, die von den einzelnen direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen auf die jedes Brennstoffnacheinspritzungssignal aufgebracht wird, mit Bezug auf den Brennstoffverbrauch des Motors ausgeglichen ist.

20. Verfahren zur Steuerung der Einspritzung von Brennstoff in die Brennkammern eines direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors, das folgende Schritte aufweist:
Bestimmung, ob die Aktivierung einer Abgasbehandlungsvorrichtung erforderlich ist, und zwar basierend auf mindestens einem mit der Temperatur in Beziehung stehenden Motorbetriebsparameter, und falls erforderlich
Liefern eines Brennstoffeinspritzsignals an mindestens eine direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtung, welches ein Brennstoffnacheinspritzungssignal aufweist, um eine Brennstoffnacheinspritzung während eines Zylinderzyklus einer entsprechenden Kammer der Vielzahl von Brennkammern zu erzeugen, wodurch die Verbrennung von ansprechend auf das Brennstoffeinspritzsignal eingespritztem Brennstoff eine vorbestimmte Menge von aufgeheiztem Abgas zur Steigerung des Wirkungsgrades der Abgasbehandlungsvorrichtung vorsieht; und
dynamische Bestimmung von mindestens einem Parameter des Brennstoffnacheinspritzungssignal, das zu der mindestens einen direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtung basierend auf dem mindestens einen mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter geliefert wird, so dass die Brennstoffnacheinspritzung keine wesentliche mechanische Energie erzeugt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der mindestens eine Parameter des Brennstoffnacheinspritzungssignals eine Zeitdauer und/oder einen Zeitpunkt und/oder eine Form des Brennstoffnacheinspritzungssignals aufweist.

22. Verfahren nach Anspruch 20, das weiter aufweist, dass die spezielle eine oder mehrere der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen bestimmt wird, auf die ein Brennstoffnacheinspritzungssignal während eines Motorbetriebszyklus aufgebracht wird, und auch die Dauer von jedem dieser Brennstoffnacheinspritzsignale.

23. Verfahren nach Anspruch 22, das weiter das Variieren bzw. Auswechseln derjenigen der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweist, an die das Brennstoffnacheinspritzungssignal während eines Motorbetriebszyklus angelegt wird, um dynamisch das Ausmaß der Abgasaufheizung zu variieren, welche während eines Motorbetriebszyklus vorgesehen wird, und zwar unter Verwendung der Brennstoffnacheinspritzsignale.

24. Verfahren nach Anspruch 22, das weiter die Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzsignale aufweist, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Vergrößerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen eingeleitet werden, wodurch die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen keine wesentliche mechanische Energie erzeugen.

25. Verfahren nach Anspruch 22, das weiter die Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzungssignale aufweist, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Verringerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen entfernt werden, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen nicht wesentlich die erzeugte mechanische Energie verringern.

26. Verfahren nach Anspruch 20, das weiter Folgendes aufweist:
Liefern eines Brennstoffeinspritzsignals an eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, das ein Brennstoffnacheinspritzsignal aufweist;
Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzsignale, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Vergrößerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Motorbetriebszyklen eingeleitet werden, und Betrieb einer Regelungsvorrichtung des direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors zur Korrektur der Brennstofflieferung, wenn irgendeine Steigerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzung auftritt; und dann
Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes, der Brennstoffnacheinspritzsignale, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Verringerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Motorbetriebszyklen entfernt werden, und Betrieb der Regelungsvorrichtung zur Korrektur der Brennstofflieferung, wenn irgendeine Verringerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzung auftritt.

27. Signal zur Steuerung einer Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die jeweils betreibbar sind, um Brennstoff direkt in eine entsprechende Brennkammer über eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zylinderzyklen einzuspritzen, wobei das Signal mindestens einen Brennstoffnacheinspritzsignalteil aufweist, der zumindestens einer der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen während eines zweiten Zylinderzyklus einer entsprechenden Brennkammer geliefert wird, wobei die Parameter des mindestens einen Brennstoffnacheinspritzsignalteils allmählich gesteigert werden durch Steigerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffnacheinspritzsignalteile über eine Vielzahl von Zylinderzyklen, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen keine wesentliche mechanische Energie erzeugen.

28. Signal nach Anspruch 27, wobei die Brennstoffnacheinspritzsignalteile eine vorbestimmte Dauer und/oder Form haben, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen keine wesentliche mechanische Energie erzeugen.

29. Abgasaufheizungssystem eines direkt wirkenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Brennkammern und einem Auslassdurchlass, das folgendes aufweist:
Mittel zur Bestimmung, ob die Aktivierung der Abgasbehandlungsvorrichtung erforderlich ist, und zwar basierend auf mindestens einem mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter, und falls erforderlich,
Mittel zum Liefern von einem Brennstoffeinspritzsignal an mindestens eine direkt wirkende Brennstoffeinspritzvorrichtung, welches ein Brennstoffnacheinspritzsignal aufweist, um eine Brennstoffnacheinspritzung während eines Zylinderzyklus einer entsprechenden Kammer der Vielzahl von Brennkammern zu erzeugen, wodurch die Verbrennung des ansprechend auf das Brennstoffeinspritzsignal eingespritzten Brennstoffes eine vorbestimmte Menge von aufgeheiztem Abgas zur Steigerung des Wirkungsgrades der Abgasbehandlungsvorrichtung liefert; und
Mittel zur dynamischen Bestimmung von mindestens einem Parameter des Brennstoffnacheinspritzsignals, das zu der mindestens einen direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtung geliefert wird, und zwar basierend auf mindestens einem mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter, so dass die Brennstoffnacheinspritzung keine wesentliche mechanische Energie erzeugt.

30. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 29, wobei der mindestens eine Parameter des Brennstoffnacheinspritzsignals eine Zeitdauer und/oder einen Zeitpunkt und/oder eine Form des Brennstoffnacheinspritzsignals aufweist.

31. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 30, das weiter Mittel aufweist, um die spezielle Einspritzvorrichtung oder mehrere der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu bestimmen, auf die ein Brennstoffnacheinspritzungssignal während eines Motorbetriebszyklus aufgebracht wird, und die Dauer von jedem dieser Brennstoffnacheinspritzungssignale, wobei jedes dieser Brennstoffnacheinspritzungssignale eine Zeitdauer besitzt, die größer ist als Null.

32. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 31, das weiter Mittel aufweist, um die Einspritzvorrichtungen der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu variieren, auf die das Brennstoffnacheinspritzungssignal während eines Motorbetriebszyklus aufgebracht wird, um dynamisch das Ausmaß der Abgasaufheizung zu variieren, das während eines Motorbetriebszyklus geliefert wird, und zwar unter Verwendung der Brennstoffnacheinspritzsignale.

33. Abgasaufheizungssystem nach Anspruch 30, das weiter folgendes aufweist:
Mittel zum Liefern eines Brennstoffeinspritzsignals an eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, welches ein Brennstoffnacheinspritzungssignal aufweist;
Mittel zur Bestimmung der Zeitdauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzungssignale, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Vergrößerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen eingeleitet werden, wodurch die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen keine wesentliche mechanische Energie erzeugen; und
Mittel zur Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzsignale, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich verringert werden, und zwar durch Verringerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen, wodurch die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen nicht wesentlich die erzeugte mechanische Energie verringern.

34. Computerprogrammprodukt, welches ein vom Computer lesbares Medium aufweist, das Anweisungen enthält, um ein Brennstoffeinspritzsteuersystem eines direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Brennkammern und einem Auslassdurchlass und einer Regelungsvorrichtung zu steuern, und zwar zur Anwendung mit einem Abgasaufheizungssystem, wobei die Anweisungen folgende Schritte aufweisen:
Bestimmung, ob eine Aktivierung der Abgasbehandlungsvorrichtung erforderlich ist, und zwar basierend auf mindestens einem mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter, und falls erforderlich
Liefern eines Brennstoffeinspritzsignals zu mindestens einer direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtung, welches ein Brennstoffnacheinspritzsignal aufweist, um eine Brennstoffnacheinspritzung während eines Zylinderzyklus einer entsprechenden Kammer der Vielzahl von Brennkammern zu erzeugen, wodurch die Verbrennung des ansprechend auf das Brennstoffeinspritzsignal eingespritzten Brennstoffes eine vorbestimmte Menge von aufgeheiztem Abgas zur Steigerung des Wirkungsgrades der Abgasbehandlungsvorrichtung vorsieht; und
dynamische Bestimmung von mindestens einem Parameter des Brennstoffnacheinspritzsignals, das zu der mindestens einen direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtung basierend auf dem mindestens einen mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter geliefert wird, so dass die Brennstoffnacheinspritzung keine wesentliche mechanisches Energie erzeugt.

35. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 34, wobei der mindestens eine Parameter des Brennstoffnacheinspritzsignals eine Zeitdauer und/oder einen Zeitpunkt und/oder eine Form des Brennstoffnacheinspritzsignals aufweist.

36. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 35, wobei die Anweisungen weiter die Bestimmung einer speziellen Einspritzvorrichtung oder mehrerer der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweist, auf die ein Brennstoffnacheinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus aufgebracht wird, und auch die Dauer von jedem dieser Brennstoffnacheinspritzsignale.

37. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 36, wobei die Anweisungen weiter das Variieren bzw. Durchwechseln derjenigen der direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweisen, auf die das Brennstoffnacheinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus aufgebracht wird, um dynamisch das Ausmaß der Abgasaufheizung zu variieren, welches während eines Motorbetriebszyklus vorgesehen wird, und zwar unter Verwendung der Brennstoffnacheinspritzsignale.

38. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 35, wobei die Anweisungen weiter folgende Schritte aufweisen:
Liefern von einem Brennstoffeinspritzsignal an eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, welches ein Brennstoffnacheinspritzsignal aufweist;
Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzsignale, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Steigerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen eingeleitet werden, wodurch die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen keine wesentliche mechanische Energie erzeugen; und
Bestimmung der Dauer und des Zeitpunktes der Brennstoffnacheinspritzsignale, so dass die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Verringerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen entfernt werden, wodurch die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen nicht wesentlich die erzeugte mechanische Energie verringern.

39. Direkt einspritzender Verbrennungsmotor, der ein Abgasaufheizungssystem aufweist und eine Vielzahl von Brennkammern und einen Abgasdurchlass besitzt, der folgendes aufweist:
eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen, wobei eine der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen für jede der Vielzahl von Brennkammern vorgesehen ist;
eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die in dem Abgasdurchlass angeordnet ist;
eine Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung, die basierend auf vorbestimmten Motorbetriebsparametern betreibbar ist, um den Betrieb der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu steuern; und
eine Regelungsvorrichtung;
wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um zu jeder der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen ein Brennstoffeinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus zu liefern, wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um selektiv für jedes Brennstoffeinspritzsignal ein Brennstoffnacheinspritzsignal vorzusehen, welches zeitgesteuert ist, um eine Abgasaufheizung aus einer resultierenden Brennstoffnacheinspritzung vorzusehen, und wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung dynamisch eine Dauer und/oder einen Zeitpunkt von jedem Brennstoffnacheinspritzsignal während eines Motorbetriebszyklus bestimmt, und zwar basierend auf mindestens einem mit der Temperatur in Bezug stehenden Motorbetriebsparameter;
wobei die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich eingeleitet werden durch Steigerung der Dauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen, und wobei die Regelungsvorrichtung wirksam ist, um die Brennstofflieferung zu korrigieren, falls irgendeine Steigerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzungen auftritt, und wobei die daraus resultierenden Brennstoffnacheinspritzungen allmählich durch Verringerung der Zeitdauer der entsprechenden Brennstoffeinspritzsignale über eine Vielzahl von Zylinderzyklen entfernt werden, und
wobei die Regelungsvorrichtung wirksam ist, um die Brennstofflieferung zu korrigieren, wenn irgendeine Steigerung der mechanischen Energie aufgrund der Brennstoffnacheinspritzungen auftritt; und
wobei die Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung betreibbar ist, um die spezielle Einspritzvorrichtung oder mehrere der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu bestimmen, auf die ein Brennstoffnacheinspritzsignal aufgebracht wird, und auch die Dauer von jedem dieser Brennstoffnacheinspritzsignale.