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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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KURZBESCHREIBUNG
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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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ZEICHNUNGEN
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Diese
und weitere Merkmale, Aspekte und 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:
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1 eine
Darstellung ist, die eine Ausführungsform
eines turboaufgeladenen Mitteldrehzahlmotors, wie z. B. einer Lokomotivenantriebseinheit, mit
KraftstoffeinspritzstrategieLogikeinrichtungen darstellt;
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2, 3 und 4 Darstellungen
sind, welche Ausführungsformen
der Kraftstoffeinspritzstrategie-Logikeinrichtungen darstellen;
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5 eine
Darstellung ist, die eine Ausführungsform
eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzstrategie-Logikeinrichtungen darstellt;
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6 eine
Darstellung ist, die eine Ausführungsform
eines Systems darstellt, das einen turboaufgeladenen Motor, wie
z. B. eine Lokomotivenantriebseinheit mit Kraftstoffstrategie-Logikeinrichtungen
enthält;
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7 ein
Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsform
eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einem turboaufgeladenen Motor
darstellt;
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8 ein
Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsform
eines Vorgangs zum Steuern der Motorabgasemission und des spezifischen
Kraftstoffverbrauchs in dem turboaufgeladenen Motor darstellt; und
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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 10 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 Kraftstoffein spritzsignal 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 darge stellt. 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 darge stellt. 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 vor bestimmten 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 Kraft stoffeinspritzmenge, 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.
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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 Leis tungssignals 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.
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Obwohl
nur einige bestimmte Merkmale der Erfindung hierin dargestellt und
beschrieben wurden, scheinen für
den Fachmann auf diesem Gebiet viele Modifikationen und Änderungen
möglich.
Es dürfte sich
daher verstehen, dass die beigefügten
Ansprüche
alle derartigen Modifikationen und Änderungen, soweit sie in den
tatsächlichen
Erfindungsgedanken fallen, mit abdecken sollen.
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Zusammenfassung
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In
bestimmten Ausführungsformen
wird ein Verfahren zur 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 bereitgestellt. 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.