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HINTERGRUND
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Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein System und Verfahren zum Betreiben eines turboaufgeladenen Kompressionszündungsmotors und insbesondere zum Reduzieren des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und der Motorabgasemissionen.
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In einem Kompressionszündungsmotor (Selbstzünder), wie z.B. einem Dieselmotor, spritzt ein Kraftstoffeinspritzsystem Kraftstoff (z.B. Diesel) in die komprimierte Luft in Inneren jedes Motorzylinders ein, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, das aufgrund der Hitze und des Druckes der Kompression zündet. Leider sind der Motorwirkungsgrad, die Leistungsabgabe, der Kraftstoffverbrauch, die Abgasemissionen und weitere Betriebseigenschaften nicht ideal. Zusätzlich verschlechtern herkömmliche Techniken zum Verbessern einer Betriebseigenschaft oft eine oder mehrere andere Betriebseigenschaften. Beispielsweise bewirken Versuche, den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu verringern, oft Zunahmen in den verschiedenen Abgasemissionen. Fahrzeugabgasemissionen enthalten Schadstoffe, wie z.B. Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxide (NOx) , Schwefeloxide (SOx), Partikel (PM) und Rauch, welche aufgrund einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkammer erzeugt werden. Die Menge dieser Schadstoffe variiert abhängig von dem Kraftstoff/Luft-Gemisch, dem Kompressionsverhältnis, dem Einspritzzeitpunkt, den Umgebungsbedingungen, der Motorausgangsleistung usw.
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In dem aus
WO 2004/099598 A1 bekannten Verfahren wird während eines Zyklus Brennstoff in Teilmengen in den Brennraum injiziert, wobei die Zündung nach der Beendigung der zuletzt eingebrachten Teilmenge vorgenommen wird.
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In
DE 3735169 A1 ist ein Verfahren beschrieben, in dem in Drehzahlbereichen zwischen Leerlauf und Nenndrehzahl die einzelnen Einspritzzeitpunkte innerhalb der zuvor beschriebenen Grenzen kontinuierlich der jeweiligen Drehzahl angepasst werden.
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DE 199 53 932 A1 offenbart ein Verfahren, in dem unterschiedliche Mengen von Kraftstoff in einem unteren Leistungsbereich, einem mittleren Leistungsbereich und einem Volllastbereich in den Brennraum injiziert werden.
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DE 3936619 A1 offenbart ein Verfahren zum Einspritzen eines Brennstoffs in einen Brennraum, wobei ein Einspritzvorgang periodisch moduliert wird.
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US 2003/0145581 A1 offenbart ein Verfahren zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinheit durch Einspritzung nach der Haupteinspritzung.
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WO 02/063155 A1 beschreibt ein Verfahren, in dem eine Kraftstoffeinspritzung eine Vielzahl von zeitlich voneinander beabstandeten kurzen Einspritzpulsen umfasst.
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DE 19639172 A1 offenbart ein Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren, in dem ein Einspritzvorgang eine Voreinspritzung einer relativ kleinen Menge von Brennstoff und eine Haupteinspritzung mit einer relativ großen Menge an Brennstoff aufweist, wobei die Haupteinspritzung in zwei Stufen folgt.
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DD 245 628 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Dieseltriebfahrzeugen, für welche Fahrstufen gewählt werden können. In
3 ist veranschaulicht, dass in aufeinanderfolgenden Intervallen unterschiedliche Fahrstufen gewählt werden können.
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DE 101 62 115 A1 lehrt ein Verfahren zur Aufheizung eines Katalysators, wobei während einer Warmlaufphase eine motorwirkungsgradverschlechternde Heizmaßnahme zur Anhebung einer Energieeintragsrate in die Abgasanlage durchgeführt wird, wobei die Energieeintragsrate im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase verringert wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Konzept für den Betrieb eines Motors anzugeben.
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KURZBESCHREIBUNG
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus nachfolgender Beschreibung und aus den Unteransprüchen hervor.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technik beinhaltet ein Verfahren die Bereitstellung eines ersten Kraftstoffeinspritzprogramms mit einer oder mehr Einspritzungen pro Zylinder pro Kompressionshub bei einem aus mehreren diskreten Leistungspegeln eines Motors ausgewählten ersten diskreten Leistungspegel. Das Verfahren beinhaltet ferner die Bereitstellung eines zweiten Kraftstoffeinspritzprogramms mit mehreren Einspritzungen pro Zylinder pro Kompressionshub bei einem aus mehreren diskreten Leistungspegeln eines Motors ausgewählten zweiten diskreten Leistungspegel, wobei die ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzprogramme sich voneinander unterscheidende Eigenschaften aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik beinhaltet ein Verfahren die Durchführung eines ersten Einspritzprogramms einer Kraftstoffeinspritzung in einen Motorzylinder bei einem ersten diskreten Leistungspegel eines Motors, um den spezifischen Kraftstoffverbrauch oder die Stickstoffoxidemissionen zu reduzieren. Das Verfahren beinhaltet ferner die Durchführung eines zweiten Einspritzprogramms der Kraftstoffeinspritzung in den Motorzylinder bei einem zweiten diskreten Leistungspegel des Motors, um Partikelemissionen zu reduzieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik beinhaltet ein System eine Steuerung, die dafür konfiguriert ist, ein erstes Einspritzprogramm einer Kraftstoffeinspritzung in einen Motorzylinder bei einem ersten diskreten Leistungspegel eines Motors durchzuführen, und die dafür konfiguriert ist, ein zweites Einspritzprogramm der Kraftstoffeinspritzung in den Motorzylinder bei einem zweiten diskreten Leistungspegel des Motors auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik beinhaltet ein System einen Kompressionszündungsmotor, einen Leistungssteuermechanismus mit mehreren diskreten Raststellungen; und ein mit dem Kompressionszündungsmotor gekoppeltes Kraftstoffeinspritzsystem, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem dafür konfiguriert ist, eine Vorkraftstoffmenge gefolgt von einer Hauptkraftstoffmenge pro Zylinder pro Kompressionshub bei einer ersten diskreten Raststellung von den mehreren diskreten Raststellungen einzuspritzen, und dafür konfiguriert ist, mehrere im Wesentlichen gleiche Kraftstoffmengen pro Zylinder pro Kompressionshub bei einer zweiten diskreten Raststellung von den mehreren diskreten Raststellungen einzuspritzen, wobei die erste diskrete Raststellung höher als die zweite diskrete Raststellung ist.
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Figurenliste
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Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, wobei:
- 1 eine Darstellung ist, die eine Ausführungsform eines turboaufgeladenen Mitteldrehzahlmotors, wie z.B. einer Lokomotivenantriebseinheit, mit Kraftstoffeinspritzstrategie-Logikeinrichtungen darstellt;
- 2, 3 und 4 Darstellungen sind, welche Ausführungsformen der Kraftstoffeinspritzstrategie-Logikeinrichtungen darstellen;
- 5 eine Darstellung ist, die eine Ausführungsform eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzstrategie-Logikeinrichtungen darstellt;
- 6 eine Darstellung ist, die eine Ausführungsform eines Systems darstellt, das einen turboaufgeladenen Motor, wie z.B. eine Lokomotivenantriebseinheit mit Kraftstoffstrategie-Logikeinrichtungen enthält;
- 7 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einem turboaufgeladenen Motor darstellt;
- 8 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsform eines Vorgangs zum Steuern der Motorabgasemission und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs in dem turboaufgeladenen Motor darstellt; und
- 9 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsform eines Vorgangs zum Betreiben einer Steuerung eines turboaufgeladenen Motors darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein turboaufgeladenes System 10 mit einer Kraftstoffeinspritzstrategie-Logik 11 gemäß ermittelten Ausführungsformen der vorliegenden Technik dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist das turboaufgeladene System 10 ein Mitteldrehzahlmotor, wie z.B. eine Lokomotivenantriebseinheit. In ermittelten anderen Ausführungsformen kann die Antriebseinheit für andere Mitteldrehzahl-Motoranwendungen verwendet werden. Die Lokomotivenantriebseinheit 10 enthält einen Turbolader 12 und einen Kompressionszündungsmotor, wie z.B. den Dieselmotor 14.
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Wie nachstehend detaillierter diskutiert, enthalten Ausführungsformen der vorliegenden Technik Überwachungs- und Steuereinrichtungen, wie z.B. Sensoren und Steuerlogik, um die Motorabgasemissionen und den spezifischen Kraftstoffverbrauch (SFC) in der Lokomotivenantriebseinheit 10 zu steuern. Ausführungsformen der Überwachungs- und Steuereinrichtungen können unterschiedliche Kraftstoffeinspritztechniken bei unterschiedlichen diskreten Leistungspegeln beinhalten. Die unterschiedlichen Kraftstoffeinspritztechniken können einzelne Kraftstoffeinspritzungen, mehrere im Wesentlichen gleiche Kraftstoffeinspritzungen, mehrere unterschiedliche Kraftstoffeinspritzungen, Vor- plus Hauptanteilkraftstoffeinspritzungen usw. enthalten. Diese unterschiedlichen Kraftstoffeinspritztechniken ermöglichen die Steuerung sowohl von Emissionen als auch des SFC über den vollen Bereich des Motorbetriebs. Beispielsweise werden bei einem ersten diskreten Leistungspegel des Motors die Stickoxidemissionen oder der spezifische Kraftstoffverbrauch reduziert, indem die Kraftstoffeinspritzung einer vorbestimmten Menge in eine Vorkraftstoffeinspritzung und in eine vorverschobene oder verzögerte Hauptanteilkraftstoffeinspritzung während einer zweiten Hälfte eines Kompressionshubs und um die obere Totpunktposition des Kompressionshubs des Motors 14 herum aufgeteilt wird. Bei einem zweiten diskreten Leistungspegel des Motors werden die Partikelemissionen reduziert, indem mehrere Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer während einer zweiten Hälfte eines Kompressionshubs und um die obere Totpunktposition des Kompressionshubs des Motors 14 herum ausgeführt werden. Der erste diskrete Leistungspegel und der zweite diskrete Leistungspegel werden aus mehreren diskreten Leistungspegeln des Motors ausgewählt. Es sei angemerkt, dass der erste diskrete Leistungspegel ein Leistungspegel gleich oder größer als ein mittlerer Leistungspegel von den mehreren diskreten Leistungspegeln ist, während der zweite Leistungspegel ein Leistungspegel gleich oder kleiner als der mittlere Leistungspegel von den mehreren diskreten Leistungspegeln ist. Für den Gesamtbetriebszyklus des Motors werden die Stickstoffoxidemissionen oder der spezifische Kraftstoffverbrauch reduziert. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik bezieht sich die zweite Hälfte eines Kompressionshubs auf einen Kurbelwellenwinkel von 90 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs. Der Einspritzvorgang bei dem ersten diskreten Leistungspegel beinhaltet die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung in eine Vorkraftstoffeinspritzung und die Hauptanteilkraftstoffeinspritzung, die Lieferung einer größeren Kraftstoffmenge in dem Haupteinspritzvorgang, das Vorverschieben oder Verzögern des Haupteinspritzvorgangs um einen vorbestimmten Wert, und die Anpassung des Zeittaktes zwischen der Voreinspritzung und der Hauptanteileinspritzung. Die Einspritzoperation bei dem zweiten diskreten Leistungspegel beinhaltet die Durchführung mehrerer Kraftstoffeinspritzungen im Wesentlichen gleicher Dauer in den Motorzylinder, wobei jede Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer zu vorbestimmten Intervallen durchgeführt wird.
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Der dargestellte Motor 14 enthält einen Lufteinlasssammler 16 und einen Abgassammler 18. Der Turbolader 12 enthält einen Kompressor 20 und eine Turbine 22 und wird so betrieben, dass er komprimierte Luft an den Einlasssammler 16 zur Verbrennung in einem Zylinder 24 liefert. Die Turbine 22 ist mit dem Abgassammler 18 gekoppelt. Die von dem Abgassammler 18 ausgestoßenen Abgase werden durch die Turbine 22 hindurch expandiert, und erzwingen dadurch die Rotation einer Turboladerwelle 26, die mit dem Kompressor 20 verbunden ist. Der Kompressor 20 saugt Umgebungsluft durch ein Luftfilter 28 an und liefert komprimierte Luft an einen Wärmetauscher 30. Die Temperatur der Luft wird durch die Kompression durch den Kompressor 20 erhöht. Die komprimierte Luft strömt durch den Wärmetauscher 30, so dass die Temperatur der Luft vor der Einführung in den Einlasssammler 16 des Motors 14 reduziert wird. In einer Ausführungsform ist der Wärmetauscher 30 ein Luft/Wasser-Wärmetauscher, welcher ein Kühlmittel verwendet, um den Entzug von Wärme aus der komprimierten Luft zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher 30 ein Luft/Luft-Wärmetauscher, welcher Umgebungsluft verwendet, um den Entzug von Wärme aus der komprimierten Luft zu ermöglichen. In noch einer weiteren Ausführungsform nutzt der Wärmetauscher 30 eine Kombination eines Kühlmittels und von Umgebungsluft, um den Entzug von Wärme aus der komprimierten Luft zu ermöglichen.
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Die Antriebseinheit 10 enthält auch eine Steuerung 32. In einer Ausführungsform ist die Steuerung 32 eine elektronische Logiksteuerung, die durch einen Benutzer programmierbar ist. In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung 32 eine elektronische Kraftstoffeinspritzsteuerung für den Motor 14. Die Steuerung 32 empfängt ein von einem Kurbelwellenwinkelsensor 36 detektiertes Kurbelwellenwinkelsignal 34, um einen Kurbelwellenwinkel (in Grad) der Kurbelwelle des Motors 14 zu detektieren. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, den Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 32 zu steuern. Die Steuerung 32 kann so betrieben werden, dass sie ein Kraftstoffeinspritzdrucksignal 38 erzeugt, um den Betrieb von mehreren Kraftstoffeinspritzpumpen 40 des Kraftstoffeinspritzsystems 37 zu steuern. Die Pumpen 40 betreiben mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 zum Einspritzen von Kraftstoff in die mehreren Zylinder 24 des Motors 14. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 42 eine elektrisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 42 spritzt Kraftstoff in den Motorzylinder 24 als Funktion eines aus der Steuerung 32 empfangenen Kraftstoffeinspritzsignals 44 ein. Das Kraftstoffeinspritzsignal 44 kann Wellenformen enthalten, welche die Dauer der Kraftstoffeinspritzung, den Kraftstoffeinspritzdruck, den Soll-Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, die in den Zylinder 24 einzuspritzende Kraftstoffmenge oder dergleichen anzeigen. Ein Kolben 46 ist verschiebbar in jedem Zylinder 24 angeordnet und bewegt sich zwischen einer oberen Totpunkt- und unteren Totpunktposition hin und her. Ein Leistungssteuermechanismus 31 ist dafür konfiguriert, ein Leistungssignal 21 von einem Leistungssensor 23 zu empfangen, der dafür konfiguriert ist, die Leistung des Motors 14 zu detektieren. Ein Leistungssteuermechanismus 31 ist für die Regelung der Motorleistung über die Steuerung 32 abhängig von den Betriebsbedingungen konfiguriert. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Leistungssteuermechanismus 31 mehrere diskrete Leistungseinstellungen oder „Raststellungen“ wie z.B. (Raststellung 1, Raststellung 2, ... Raststellung N). In dem dargestellten Beispiel kann die Raststellung 1 einen niedrigen Leistungszustand des Motors anzeigen und die Raststellung N kann einen Zustand voller Leistung des Motors anzeigen.
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Die Steuerung 32 empfängt ein Drehzahlsignal 48 von einem für die Detektion der Drehzahl des Motors 14 konfigurierten Drehzahlsensor 50. Die Steuerung 32 empfängt auch ein Leistungssignal 33 aus einem für die Detektion der diskreten Raststellungsposition des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zu erzeugen, um den Betrieb der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu steuern.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird nun die Steuerung 32 mit der Kraftstoffeinspritzstrategie-Logik 11 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Steuerung 32 enthält einen Eingangssignalprozessor 52, der für den Empfang des Kurbelwellenwinkelsignals aus dem Kurbelwellenwinkelsensor, des Drehzahlsignals aus dem Drehzahlsensor, des Leistungssignals aus dem Leistungssensor und zur Durchführung verschiedener Verarbeitungsoperationen bezüglich der Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzstrategie konfiguriert ist. Ein Einspritzstrategie-Selektor 54 empfängt ein Ausgangssignal von dem Eingangssignalprozessor 52 und ist dafür konfiguriert, die Kraftstoffeinspritzstrategie auf der Basis des Ausgangssignals aus dem Eingangssignalprozessor 52 auszuwählen. In der dargestellten Ausführungsform wählt der Einspritzstrategie-Selektor 54 eine spezielle Einspritzstrategie von mehreren Einspritzstrategien beispielsweise einer Einspritzstrategie 1, Einspritzstrategie 2, ..., Einspritzstrategie N auf der Basis eines Ausgangssignals aus dem Eingangssignalprozessor 52 aus. Jede Einspritzstrategie beinhaltet Daten, die eine Anzahl von Einspritzungen 55, eine Gesamtmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs 56, einen Zeitpunkt jeder Kraftstoffeinspritzung 58, eine Dauer jeder Kraftstoffeinspritzung 60, einen Kraftstoffeinspritzdruck 62 und einen Anteil jeder Kraftstoffeinspritzung 64 oder dergleichen anzeigen. Der Selektor 54 wählt die spezielle Einspritzstrategie aus und überträgt ein die Einspritzstrategie anzeigendes Signal an einen Ausgangssignalgenerator 66. Der Ausgangssignalgenerator 66 kann so betrieben werden, dass er das Drucksignal zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzpumpen erzeugt. Wie ebenfalls vorstehend diskutiert, spritzt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Kraftstoff in den Motorzylinder als eine Funktion des von dem Ausgangssignalgenerator 66 der Steuerung 32 empfangenen Kraftstoffeinspritzsignals ein.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird nun die Steuerung 32 mit der Kraftstoffeinspritzstrategie-Logik 11 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Steuerung 32 enthält den Eingangssignalprozessor 52, der für den Empfang des Kurbelwellenwinkelsignals aus dem Kurbelwellenwinkelsensor, des Drehzahlsignals aus dem Drehzahlsensor, des Leistungssignals aus dem Leistungssensor und zur Durchführung verschiedener Verarbeitungsoperationen bezüglich der Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzstrategie konfiguriert ist. Der Einspritzstrategie-Selektor 54 empfängt ein Ausgangssignal von dem Eingangssignalprozessor 52 und ist dafür konfiguriert, die Kraftstoffeinspritzstrategie auf der Basis des Ausgangssignals aus dem Eingangssignalprozessor 52 auszuwählen. In der dargestellten Ausführungsform wählt der Einspritzstrategie-Selektor 54 eine spezielle Einspritzstrategie von mehreren Einspritzstrategien, wie z.B. eine Strategie 68 mit nur einer Einspritzung, eine Strategie 70 mit aufgeteilter Einspritzung und eine Strategie 72 mit mehrfacher im Wesentlichen gleicher Einspritzung auf der Basis eines Ausgangssignals aus dem Eingangssignalprozessor 52 aus. Die Strategie 70 mit aufgeteilter Einspritzung beinhaltet eine Voreinspritzung 74 und eine Hauptanteileinspritzung 76. Details der Strategie mit aufgeteilter Einspritzung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren detaillierter beschrieben. Jede Einspritzstrategie kann Daten enthalten, welche die Anzahl von Einspritzungen 55, die Gesamtmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs 56, den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung 58, die Dauer jeder Kraftstoffeinspritzung 60, den Kraftstoffeinspritzdruck 62 und einen Anteil der Kraftstoffeinspritzung 64 oder dergleichen enthalten. Der Selektor 54 wählt die spezielle Einspritzstrategie aus und überträgt ein die Einspritzstrategie anzeigendes Signal an einen Ausgangssignalgenerator 66. Der Ausgangssignalgenerator 66 kann so betrieben werden, dass er das Drucksignal zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzpumpen erzeugt. Wie ebenfalls vorstehend diskutiert, spritzt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Kraftstoff in den Motorzylinder als eine Funktion des von dem Ausgangssignalgenerator 66 der Steuerung 32 empfangenen Kraftstoffeinspritzsignals ein.
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Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, ein erstes Einspritzprogramm der Kraftstoffeinspritzung in den Motorzylinder bei einem ersten diskreten Leistungspegel des Motors auszuführen, um den spezifischen Kraftstoffverbrauch oder Schadstoffsemissionen, wie z.B. Stickstoffoxidemissionen, zu reduzieren. Beispielsweise kann das erste Einspritzprogramm eine Strategie 70 mit aufgeteilter Einspritzung beinhalten, welche eine Vorkraftstoffeinspritzung gefolgt von einer Hauptanteilkraftstoffeinspritzung bei dem ersten diskreten Leistungspegel, der einer diskreten Raststellungsposition in einem mittleren oder oberen Bereich von den mehreren Raststellungen des Leistungssteuermechanismus entspricht, enthalten kann. Zusätzlich ist die Steuerung 32 für die Ausführung eines zweiten Einspritzprogramms der Kraftstoffeinspritzung in den Motorzylinder bei einem zweiten diskreten Leistungspegel des Motors konfiguriert, um Partikelemissionen des Motors zu reduzieren. Beispielsweise kann das zweite Einspritzprogramm eine Strategie 72 mit mehrfacher im Wesentlichen gleicher Einspritzung beinhalten, welche mehrere Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer bei einem zweiten diskreten Leistungspegel beinhalten kann, der einer diskreten Raststellungsposition in einem niedrigen bis mittleren Bereich von mehreren Raststellungen des Leistungssteuermechanismus entspricht. Wie vorstehend erwähnt, werden die ersten und zweiten Leistungspegel von mehreren diskreten Leistungspegeln des Motors ausgewählt. Das erste Einspritzprogramm und das zweite Einspritzprogramm werden nachstehend detaillierter erläutert.
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Unter Bezugnahme auf 4 wird die Steuerung 32 mit der Kraftstoffeinspritzstrategie-Logik 11 gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dargestellt, empfängt die Steuerung 32 Sensorsignale aus mehreren Sensoren, wie z.B. dem Kurbelwellenwinkelsensor 36, dem Drehzahlsensor 50, dem Leistungssensor 35, einem Einlassluft-Temperatursensor 75, einem Abgas-Temperatursensor 77, einem Sauerstoffsensor 78 und einem Stickstoffoxid-(NOx)-Sensor 82. Der Einlassluft-Temperatursensor 75 kann so konfiguriert sein, dass er die Temperatur der Luft (in Grad oder Kelvin) detektiert, die dem Einlasssammler zugeführt wird. Der Abgas-Temperatursensor 77 kann so konfiguriert sein, dass er die Temperatur des Abgases (in Grad oder Kelvin) detektiert, das aus dem Abgassammler ausgestoßen wird. Der Sauerstoffsensor 78 und der NOx-Sensor 82 können so konfiguriert sein, dass sie die Menge des Sauerstoffs bzw. der Stickstoffoxide in dem Abgas detektieren. Die Steuerung 32 enthält eine Steuerlogik 84 für aufgeteilte und anteilige Kraftstoffeinspritzmenge, die es der Steuerung 32 ermöglicht, eine erste Kraftstoffmenge (z.B. Vorkraftstoffeinspritzung) 86 in den Motorzylinder 24 einzuspritzen, bevor der Kolben die obere Totpunktposition des Kompressionshubs erreicht. Beispielsweise kann eine Vorkraftstoffeinspritzmenge von weniger als 10 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs eingespritzt werden. Die Steuerlogik 84 für aufgeteilte und anteilige Einspritzmenge ermöglicht der Steuerung 32 ebenfalls eine zweite Kraftstoffmenge (z.B. den Hauptanteil/Hauptkraftstoffeinspritzung) 88 in den Motorzylinder einzuspritzen, wenn sich der Kolben in der Nähe der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet. Beispielsweise kann eine Hauptkraftstoffeinspritzmenge von mehr als 90 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder eingespritzt werden, wenn sich die Kolbenposition in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet.
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Die Steuerung 32 enthält auch eine Steuerlogik 90 für Zeitpunkt/Vorverschiebung der aufgeteilten Kraftstoffeinspritzung, die es der Steuerung 32 ermöglicht, die Vorkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder zu einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt 92 einzuspritzen, bevor der Kolben die obere Totpunktposition des Kompressionshubs erreicht. Beispielsweise wird die Vorkraftstoffeinspritzung durchgeführt, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von 20 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. Die Steuerlogik 90 für Zeitpunkt/Vorverschiebung der aufgeteilten Kraftstoffeinspritzung ermöglicht auch der Steuerung 32 die Hauptkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder zu einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt 94 einzuspritzen, wenn sich der Kolben in der Nähe zu der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet. In ermittelten exemplarischen Ausführungsformen bezieht sich „in der Nähe“ auf eine Kolbenposition in dem Bereich von 5 Grad vor oder nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs. Beispielsweise kann die Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von weniger als 5 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. In einem weiteren Beispiel kann die Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden, wenn sich der Kolben in dem Bereich von 5 Grad nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet.
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In der dargestellten Ausführungsform enthält die Steuerung 32 ferner eine Steuerlogik 96 für Druck und Impulsdauer bei aufgeteilter Kraftstoffeinspritzung, die es der Steuerung 32 ermöglicht, den Druck und die Impulsdauer der Vorkraftstoffeinspritzung 98 zu steuern. Die Steuerlogik 96 für Druck und Impulsdauer bei aufgeteilter Kraftstoffeinspritzung ermöglicht auch der Steuerung 32, den Druck und die Impulsdauer der Hauptkraftstoffeinspritzung 100 zu steuern. Die Steuerung 32 enthält ferner eine Steuerlogik 102 für die Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer, die eine Steuerlogik 104 für die Menge bei der Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer, eine Steuerlogik 106 für den Zeitpunkt der Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer, und eine Steuerlogik 108 für den Druck und die Impulsdauer der Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer enthält. Die Logik 102, 104, 106 ermöglicht der Steuerung 32, die Menge, den Zeitpunkt, den Druck und die Impulsdauer von Kraftstoffeinspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer zu steuern. Die Logik 102, 104, 106 ermöglicht der Steuerung 32, das zweite Kraftstoffeinspritzprogramm durchzuführen, d.h., die mehreren Einspritzungen von im Wesentlichen gleicher Dauer in den Motorzylinder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs und wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. In ermittelten exemplarischen Ausführungsformen können die mehreren Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer eine oder mehrere Einspritzungen gleicher Dauer enthalten und restliche Einspritzungen mit einer von den Einspritzungen mit gleicher Dauer leicht abweichender Dauer, um die gewünschte Leistung zu erhalten. In einem Beispiel werden drei Kraftstoffeinspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durchgeführt und wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. Die erste und die zweite Einspritzung können von gleicher Dauer sein und die dritte Einspritzung kann von einer Dauer sein, die leicht von der der ersten und zweiten Einspritzung abweicht. Ebenso kann man sich eine beliebige Anzahl von Beispielen vorstellen. In ermittelten weiteren Beispielen kann die Anzahl von Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer von dem diskreten Leistungspegel des Motors abhängig variieren.
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Wie vorstehend in der dargestellten Ausführungsform diskutiert, ist die Steuerung 32 dafür konfiguriert, die Kraftstoffeinspritzmenge, den Zeitpunkt, den Druck, den Anteil und die Impulsdauer auf der Basis des Ausgangssignals von den mehreren Sensoren zu steuern. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform die Steuerungsoperation in Bezug auf nur einen Motorzylinder 24 erläutert wird, ist in weiteren Ausführungsformen die Steuerungsoperation auf mehrere Motorzylinder 24 anwendbar.
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In 5 ist die Lokomotivenantriebseinheit 10 mit einer mehrzylindrigen Anordnung des Motors 14 gemäß ermittelten Ausführungsformen der vorliegenden Technik dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen enthalten jeweils ein Kraftstoffeinspritzventil 110, das mit einem entsprechenden Zylinder 24 in Fluidverbindung angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Motor 14 vier Zylinder 24 und vier Kraftstoffeinspritzventile 110. Jedoch befinden sich andere Anzahlen (z.B. 6, 8, 10, 12 usw.) und Konfigurationen von Zylindern 24 und Kraftstoffeinspritzventilen 110 innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Technik. Die Kraftstoffeinspritzventile 110 sind vorgesehen, um Kraftstoff in einen Brennraum jedes Zylinders 24 einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzventile 110 sind mit einer gemeinsamen Hochdruckleitung 112 verbunden, die dafür konfiguriert ist, den Kraftstoff auf einen vorgewählten Druck zu bringen. Die gemeinsame Hochdruckleitung 112 ist mit der Kraftstoffeinspritzpumpe 40 über ein Kraftstoffzuführungsrohr 114 verbunden. Die gemeinsame Leitung 112 kann mit einem Drucksensor zur Detektion eines Kraftstoffdruckes in der gemeinsamen Leitung 112 und zur Übertragung eines dem detektierten Kraftstoffdruck entsprechenden Drucksignals 116 an die Steuerung 32 versehen sein. Der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung 112 wird abhängig von dem Betriebszustand des Motors 114 auf einem vorbestimmten Wert gehalten, indem die Kraftstoffeinspritzpumpe 40 betätigt wird. In ermittelten Ausführungsformen ist die Steuerung 32 dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 24 zu erzeugen, um den Betrieb der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu steuern. In weiteren Ausführungsformen kann die Antriebseinheit mehrere gemeinsame Leitungen 112 und Kraftstoffeinspritzpumpen 40 enthalten.
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Der Einlasssammler 16 ist mit den Brennkammern der entsprechenden Zylinder 24 gekoppelt. Der Einlasssammler 16 ist mit einem Einlassrohr 118 verbunden. Der Einlassluft-Temperatursensor kann in dem Einlassrohr 118 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 120 kann in dem Einlassrohr 118 angeordnet sein, um die Einlassluft durch das Einlassrohr 118 zu kühlen. Der Abgassammler 18 ist mit den Brennkammern entsprechender Zylinder 24 gekoppelt. Der Abgassammler 18 ist mit einem Abgasrohr 122 gekoppelt. Die mehreren Sensoren, wie z.B. der Abgas-Temperatursensor, der Sauerstoffsensor, der CO-Sensor und der NOx-Sensor können mit dem Abgasrohr 122 gekoppelt sein.
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Wie vorstehend diskutiert, empfängt die Steuerung 32 das Kurbelwellenwinkelsignal 34 aus dem für die Detektion des Kurbelwellenwinkels des Motors 14 vorgesehenen Kurbelwellenwinkelsensor 36. Die Steuerung 32 kann so betrieben werden, dass sie das Kraftstoffeinspritzsignal 44 erzeugt, um den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zu steuern. Die Steuerung 32 empfängt auch das Drehzahlsignal 48 aus dem für die Detektion der Drehzahl des Motors 14 konfigurierten Drehzahlsensor 50. Wie vorstehend in der dargestellten Ausführungsform diskutiert, ist die Steuerung 32 dafür konfiguriert, die Kraftstoffeinspritzmenge, den Zeitpunkt, den Anteil, den Druck und die Impulsdauer auf der Basis des aus den mehreren Sensoren ausgegebenen Ausgangssignals zu steuern. Die Verwendung einer gemeinsamen Hochdruckleitung 112 zusammen mit der elektrisch betätigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ermöglicht der Steuerung 32 eine Flexibilität in der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit, der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, der Kraftstoffeinspritzmenge, des Zeitpunktes, des Anteils, des Druckes und der Impulsdauer bereitzustellen. Die Steuerung 32 empfängt auch ein Leistungssignal 33 aus dem für die Detektion der diskreten Raststellungsposition des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zur Steuerung des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu steuern. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist der Kraftstoffeinspritzvorgang von Niederlast- bis Volllastbedingungen des Motors anwendbar.
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Bei einer Einzelschuß-Kraftstoffeinspritzung werden, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorverschoben wird, der spezifische Kraftstoffverbrauch verringert und die Abgasemission erhöht. Gemäß den Aspekten der vorliegenden Technik wird die Kraftstoffeinspritzung in die Vorkraftstoffeinspritzung und die Hauptkraftstoffeinspritzung mit vorverschobenem oder verzögertem Zeitpunkt um die obere Totpunktposition des Kompressionshubs des Motors 14 herum bei höheren Leistungspegeln aufgeteilt. Die Vorkraftstoffeinspritzung und die Hauptkraftstoffeinspritzung mit vorverschobenem Zeitpunkt ermöglicht eine Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs bei höheren Leistungspegeln. Alternativ ermöglicht die Vorkraftstoffeinspritzung und die Hauptkraftstoffeinspritzung mit verzögertem Zeitpunkt eine Reduzierung der NOx-Emission. Die Zerstäubung des Kraftstoffs wird aufgrund der aufgeteilten Einspritzung verbessert und kann weiter gefördert werden, indem der Einspritzdruck des Kraftstoffs erhöht wird. Der Kraftstoff wird gleichmäßiger in der Verbrennungskammer verteilt und die Luftausnutzung innerhalb der Verbrennungskammer verbessert. Eine kleinere Voreinspritzmenge ermöglicht ein Verhindern eine Anhaftung von Kraftstoff an den Zylinderwänden. Demzufolge werden im Wesentlichen die Stickstoffoxidemission gesteuert oder der spezifische Kraftstoffverbrauch reduziert. Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik wird die Kraftstoffeinspritzung in mehrere Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer während der zweiten Hälfte des Kompressionshubs und wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs des Motors bei niedrigen bis mittleren Leistungspegeln befindet, aufgeteilt. Jede Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer wird in vorbestimmten Intervallen ausgeführt. Demzufolge wird die Partikelemission erheblich reduziert.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Ausführungsform der Lokomotivenantriebseinheit 10 veranschaulicht. Wie vorstehend veranschaulicht, enthält die Antriebseinheit 10 den Turbolader 12 und den Dieselmotor 14. Die Antriebseinheit 10 kann zum Antrieb eines Systems 124 verwendet werden. Das System 124 kann einen Lokomotivenmotor, einen Automobilmotor, einen Schiffsmotor oder dergleichen umfassen. Die Antriebseinheit 10 enthält die Steuerung 32. Die Steuerung 32 empfängt das Kurbelwellenwinkelsignal 34 aus dem für die Detektion des Kurbelwellenwinkels des Motors 14 vorgesehenen Kurbelwellenwinkelsensor 36. Die Steuerung 32 kann so betrieben werden, dass sie das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 erzeugt. Die Steuerung 32 empfängt auch das Drehzahlsignal 46 aus dem für die Detektion der Drehzahl des Motors 14 konfigurierten Drehzahlsensor 50. Die Steuerung empfängt ferner das Leistungssignal 33 aus dem für die Detektion der Raststellungsposition des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35, der für die Steuerung der Motorleistung konfiguriert ist.
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In der dargestellten Ausführungsform kann die Steuerung 32 ferner eine Datenbank 126, einen Algorithmus 128 und einen Datenanalyseblock 130 enthalten. Die Datenbank 126 kann zur Speicherung von vordefinierter Information über die Antriebseinheit 10 konfiguriert sein. Beispielsweise kann die Datenbank 126 Information bezüglich des Kurbelwellenwinkels, der Motordrehzahl, der Motorleistung, der Einlassluft-Temperatur, der Abgastemperatur, der Abgaszusammensetzung oder dergleichen speichern. Die Datenbank 126 kann auch Anweisungssätze, Kennfelder, Nachschlagetabellen, Variablen oder dergleichen enthalten. Derartige Kennfelder, Nachschlagetabellen, Anweisungssätze arbeiten so, dass sie Eigenschaften der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der mehreren Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer mit spezifizierten Motorbetriebsparametern, wie z.B. Motordrehzahl, Motorleistung, Kurbelwellenwinkel, Druck der gemeinsamen Leitung, Soll-Kraftstoffmenge oder dergleichen korrelieren. Ferner kann die Datenbank 126 für die Speicherung von gemessener/detektierter Ist-Information aus den vorstehend erwähnten Sensoren konfiguriert sein. Der Algorithmus 128 ermöglicht die Verarbeitung von Signalen aus den vorstehend erwähnten mehreren Sensoren.
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Der Datenanalyseblock 130 kann eine Vielfalt von Schaltungstypen, wie z.B. einen Mikroprozessor, eine programmierbare Logiksteuerung, ein Logikmodul usw. enthalten. Der Datenanalyseblock 130 kann in Verbindung mit dem Algorithmus 128 zur Durchführung der verschiedenen Rechenoperationen bezüglich der Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit, der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, der Kraftstoffeinspritzmenge, des Zeitpunktes, des Druckes und der Impulsdauer, des Zeitintervalls zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, des elektrischen Stroms der Einspritzvorrichtungswellenform oder einer Kombination davon genutzt werden. Jeder von den vorstehend erwähnten Parametern kann selektiv und/oder dynamisch in Bezug auf die Zeit angepasst oder geändert werden. Bei höheren Leistungspegeln kann die Steuerung 32 dafür konfiguriert sein, die Stickstoffoxidemission oder den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu steuern, indem die Voreinspritzung an dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt des Kompressionshubs erreicht, durchführt, und indem sie ferner die vorverschobene oder verzögerte Hauptkraftstoffeinspritzung bei dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt nach dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet, durchführt. Bei niedrigen bis mittleren Leistungspegeln kann die Steuerung 32 dafür konfiguriert sein, die Emission von Partikel zu reduzieren, indem im Wesentlichen Einspritzungen mit gleicher Dauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte des Kompressionshubs und wenn sich der Kolben des Motorzylinders nahe dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet, durchgeführt werden.
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7 stellt ein Flussdiagramm dar, das eine Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einem turboaufgeladenen Motor von 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Technik veranschaulicht. In der dargestellten Ausführungsform ermittelt die Steuerung 32 den Leistungspegel des Motors auf der Basis des Leistungssignals 33 aus dem für die Detektion der diskreten Raststellungsposition des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35, wie es durch den Schritt 136 dargestellt wird. Die Steuerung 32 ermittelt den einer diskreten Raststellungsposition in einem mittleren bis oberen Bereich von mehreren Raststellungen des Leistungssteuermechanismus entsprechenden ersten diskreten Leistungspegel des Motors oder den einer diskreten Raststellungsposition in einem niedrigen bis mittleren Bereich von den mehreren Raststellungen des Leistungssteuermechanismus entsprechenden zweiten diskreten Leistungspegel des Motors. Für höhere Leistungspegel des Motors 14 ermittelt die Steuerung 32 den Kurbelwellenwinkel und die Motordrehzahl, wie es durch den Schritt 138 dargestellt wird. Die Steuerung 32 empfängt das Kurbelwellenwinkelsignal 34 aus einem für die Detektion des Kurbelwellenwinkels (in Grad) einer Kurbelwelle des Motors 14 vorgesehenen Kurbelwellenwinkelsensor 36. Die Steuerung 32 empfängt das Drehzahlsignal 48 aus einem für die Detektion der Drehzahl des Motors 14 vorgesehenen Drehzahlsensor 50. Die Steuerung 32 empfängt auch ein Leistungssignal 33 aus einem für die Detektion der diskreten Raststellungsposition des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35. Wie vorstehend diskutiert, ist die Steuerung 32 dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu erzeugen.
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Die Steuerung ermittelt einen ersten vorbestimmten Zeitpunkt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt des Kompressionshubs des Motors 14 erreicht, wie es durch den Schritt 140 dargestellt wird. Die Steuerung 32 spritzt die erste Kraftstoffmenge (Vorkraftstoffeinspritzmenge) in den Motorzylinder zu dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt ein, bevor der Kolben die obere Totpunktposition des Kompressionshubs erreicht, wie es durch den Schritt 142 dargestellt wird. Beispielsweise wird die Vorkraftstoffeinspritzung durchgeführt, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von 20 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. Die Steuerung 32 ermittelt einen zweiten vorbestimmten Zeitpunkt, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs des Motors 14 befindet, wie es durch den Schritt 144 dargestellt wird. Die Steuerung 32 spritzt die zweite Kraftstoffmenge (Hauptkraftstoffeinspritzmenge) in den Motorzylinder bei dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt ein, wenn sich der Kolben in der Nähe zu der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet, wie es durch den Schritt 146 dargestellt wird. Beispielsweise kann die Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von weniger als 5 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. Alternativ kann die Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von 5 Grad nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. Beispielsweise kann eine Hauptkraftstoffeinspritzmenge in dem Bereich von 95 bis 99 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder 24 eingespritzt werden, wenn sich die Kolbenposition in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet.
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In der dargestellten Ausführungsform für niedrige bis mittlere Leistungspegels des Motors 14 ermittelt die Steuerung 32 den Kurbelwellenwinkel und die Motordrehzahl, wie es durch den Schritt 148 dargestellt wird. Die Steuerung ermittelt einen vorbestimmten Zeitpunkt, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs des Motors 14 befindet, wie es durch den Schritt 150 dargestellt wird. Die Steuerung 32 führt mehrere Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer in den Motorzylinder bei dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt durch, wenn sich der Kolben in der Nähe zu der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet, wie es durch den Schritt 152 dargestellt wird. Die Steuerung 32 führt das zweite Kraftstoffeinspritzprogramm, d.h., die mehreren Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer in den Motorzylinder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durch, wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. Jede Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer kann in vorbestimmten Intervallen durchgeführt werden. In einem Beispiel werden drei Kraftstoffeinspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durchgeführt, wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet.
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8 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Steuervorgangs der Motorabgasemission und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs in einem turboaufgeladenen Motor gemäß einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In der dargestellten Ausführungsform ermittelt die Steuerung 32 den Leistungspegel des Motors auf der Basis des Leistungssignals 33 aus dem für die Detektion der diskreten Raststellungsposition des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35, wie es durch den Schritt 154 dargestellt wird. Die Steuerung 32 ermittelt den einer diskreten Raststellungsposition in einem mittleren bis oberen Bereich von den mehreren Raststellungspositionen des Leistungssteuermechanismus entsprechenden ersten diskreten Leistungspegel des Motors, oder den einer diskreten Raststellungsposition in einem niedrigen bis mittleren Bereich der mehreren Raststellungspositionen des Leistungssteuermechanismus entsprechenden zweiten diskreten Leistungspegel des Motors.
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Für höhere Leistungspegel des Motors 14 empfängt die Steuerung 32 das Kurbelwellenwinkelsignal 34 aus einem zur Detektion des Kurbelwellenwinkels (in Grad) einer Kurbelwelle des Motors 14 vorgesehenen Kurbelwellenwinkelsensor 36 und das Drehzahlsignal 48 aus einem für die Detektion der Drehzahl des Motors 14 konfigurierten Drehzahlsensor 50. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 für die Steuerung der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und der Leistungssignals 33 zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform spritzt die Steuerung 32 eine Vorkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder ein, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von 20 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet, wie es durch den Schritt 156 dargestellt wird. In einem Beispiel kann die Vorkraftstoffeinspritzmenge in dem Bereich von 1 bis 5 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder vor der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs eingespritzt werden. Die Steuerung 32 spritzt die Hauptkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder bei dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt ein, wenn sich der Kolben in dem Bereich von weniger als 5 Grad vor der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet, wie es durch den Schritt 148 dargestellt wird. Alternativ spritzt die Steuerung die Hauptkraftstoffeinspritzung in den Motorzylinder ein, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von 5 Grad nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. Beispielsweise kann eine Hauptkraftstoffeinspritzmenge in dem Bereich von 95 bis 99 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder 24 eingespritzt werden, wenn sich die Kolbenposition in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. Demzufolge werden die Stickstoffoxidemissionen oder ein spezifischer Kraftstoffverbrauch reduziert.
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In der dargestellten Ausführungsform für niedrige bis mittlere Leistungspegel empfängt die Steuerung 32 des Motors 14 das Kurbelwellenwinkelsignal 34 aus einem Kurbelwellenwinkelsensor 36, der dafür vorgesehen ist, den Kurbelwellenwinkel (in Grad) einer Kurbelwelle des Motors 14 zu detektieren und das Drehzahlsignal 48 aus einem Drehzahlsensor 50, der dafür konfiguriert ist, die Drehzahl des Motors 14 zu detektieren. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu erzeugen. Die Steuerung 32 führt die mehreren Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer in den Motorzylinder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durch, wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet, wie es durch den Schritt 160 dargestellt wird. Jede Einspritzung mit im Wesentlichen gleicher Dauer wird in vorbestimmten Intervallen durchgeführt. In einem Beispiel werden drei Kraftstoffeinspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durchgeführt, wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. Demzufolge werden Partikelemissionen reduziert.
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In 9 ist die Figur ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des Betriebsablaufs der Steuerung des turboaufgeladenen Motors gemäß einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Technik veranschaulicht. Das Verfahren beinhaltet den Empfang des Kurbelwellenwinkelsignals 34 aus dem Kurbelwellenwinkelsensor 36, des Drehzahlsignals 48 aus dem für die Detektion der Drehzahl des Motors 14 konfigurierten Drehzahlsensor 50, und eines Leistungssignals 33 aus einem für die Detektion der diskreten Raststellungsposition des Leistungsregelmechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35. Die Steuerung 32 ermittelt den Leistungspegel des Motors auf der Basis des Leistungssignals 33 aus dem für die Detektion der diskreten Hebelreglerstellung des Leistungssteuermechanismus 31 konfigurierten Leistungssensor 35, wie es durch den Schritt 162 dargestellt wird. Die Steuerung 32 ermittelt den einer diskreten Raststellungsposition in einem mittleren bis oberen Bereich von den mehreren Raststellungen des Leistungssteuermechanismus entsprechenden ersten diskreten Leistungspegel des Motors oder den einer diskreten Raststellungsposition in einem niedrigen bis mittleren Bereich von den mehreren Raststellungen des Leistungssteuermechanismus entsprechenden zweiten diskreten Leistungspegel des Motors.
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Für höhere Leistungspegel des Motors 14 beinhaltet das Verfahren das Übertragen eines ersten Satzes von Steuersignalen an die eine oder die mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie es durch den Schritt 164 dargestellt wird. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu erzeugen. Die Steuerung 32 stellt ein erstes Einspritzprogramm gemäß Darstellung durch den Schritt 166 bereit. In der dargestellten Ausführungsform spritzt die Steuerung 32 eine Vorkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder ein, wenn sich die Kolbenposition in dem Bereich von 20 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs befindet. In einem Beispiel kann die Vorkraftstoffeinspritzmenge in dem Bereich von 1 bis 5 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder vor der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs eingespritzt werden. Die Steuerung 32 spritzt die Hauptkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder ein, wenn sich der Kolben in dem Bereich von weniger als 5 Grad vor der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet oder 5 Grad nach der oberen Totpunktposition des Kompressionshubs befindet. Beispielsweise kann eine Hauptkraftstoffeinspritzmenge in dem Bereich von 95 bis 99 % der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in den Motorzylinder 24 eingespritzt werden, wenn sich die Kolbenposition in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. Demzufolge werden die Stickstoffoxidemissionen oder ein spezifischer Kraftstoffverbrauch reduziert.
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In der dargestellten Ausführungsform für niedrige bis mittlere Leistungspegel des Motors 14 beinhaltet das Verfahren das Übertragen eines ersten Satzes von Steuersignalen an die eine oder die mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie es durch den Schritt 168 dargestellt wird. Die Steuerung 32 ist dafür konfiguriert, das Kraftstoffeinspritzsignal 44 zum Steuern des Betriebs der mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42 auf der Basis des Kurbelwellenwinkelsignals 34, des Motordrehzahlsignals 48 und des Leistungssignals 33 zu erzeugen. Die Steuerung 32 stellt ein zweites Einspritzprogramm gemäß Darstellung durch den Schritt 170 bereit. Die Steuerung 32 führt die mehreren Einspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer in den Motorzylinder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs und wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs des Motors durch. In einem Beispiel werden drei Kraftstoffeinspritzungen mit im Wesentlichen gleicher Dauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durchgeführt, wenn sich der Kolben des Motorzylinders in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubs befindet. Demzufolge werden Partikelemissionen reduziert.