-
Einblasvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, zugehöriges Verfahren sowie Steuergerät Bei der Brennkraftmaschine der
DE 103 39 854 A1 wird mit Hilfe eines ersten Brennstoffeinblasventils eine erste gasförmige Brennstoffmenge vor einem Verdichter in eine Saugrohreinrichtung eingebracht, so dass ein Gas-Luft-Vorgemisch gebildet wird. Durch die starke Vermischung im Verdichter und die langen Wege durch die Saugrohreinrichtung bis zum jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine wird eine starke Homogenisierung des Gas-Luft-Vorgemisches erzielt. Zusätzlich wird eine zweite gasförmige Brennstoffmenge, die gegenüber der ersten eingebrachten gasförmigen Brennstoffmenge kleiner ist, mit Hilfe wenigstens eines zweiten, kleineren Brennstoffeinblasventils hinter dem Verdichter in die Saugrohreinrichtung eingeblasen. Da diese später zugeführte, kleinere Gasmenge in das bereits gut homogenisierte Gas-Luft-Gemisch eingeblasen wird, stellt sich für sie ebenfalls eine gute Vermischung ein.
-
Beim Betriebsverfahren der Brennkraftmaschine der
DE 10 2004 043 934 A1 wird ebenfalls schon vor einem Verdichter und vor einer Drosselklappe eine gasförmige Brennstoff-Grundmenge mittels eines ersten Brennstoffeinblasventils in die Luftzufuhrleitung der Brennkraftmaschine zur Durchmischung mit angesaugter Frischluft eingebracht. Im Zylindereinlassbereich dieser Brennkraftmaschine wird das derart erzeugte Vorgemisch entweder innerhalb der Saugrohreinrichtung der Brennkraftmaschine oder im Brennraum des jeweiligen Zylinders durch mindestens ein zweites Brennstoffeinblasventil, das hinter der Drosselklappe angeordnet ist, mit einer gasförmigen Brennstoff-Hauptmenge angereichert. Dabei wird die Hauptmenge durch das jeweilige zweite Brennstoffeinblasventil mit einem höheren Brennstoffdruck als die Grundmenge durch das erste Brennstoffventil eingeblasen. Insbesondere wird die Brennstoff-Grundmenge maximal einem Drittel der Gesamtbrennstoffmenge gewählt, die sich beim jeweiligen Lastpunkt der Brennkraftmaschine aus der Summe der Brennstoff-Grundmenge und der Hauptmenge ergibt.
-
Beim derartigen Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Gemisch aus einem gasförmigen Kraftstoff wie zum Beispiel CNG („compressed natural gas”), LPG („liquified Petroleum gas”), H2 (Wasserstoff), usw. ... und Frischluft ist in der Praxis eine ausreichend genaue Kraftstoffmengen-Zumessung bzw. – Dosierung in den Brennraum des jeweiligen Zylinders des Verbrennungsmotors erschwert. Hohe Anforderungen an die Exaktheit der Dosierung einer gasförmigen Kraftstoffmenge für den jeweilig gewünschten Verbrennungsvorgang im jeweiligen Zylinder werden dabei insbesondere im Instationärbetrieb, d. h. bei Dynamikänderungen wie zum Beispiel Drehzahländerungen oder Laständerungen des Verbrennungsmotors gestellt. Zwar ermöglichen bereits Piezo-Injektoren eine Kraftstoffmengen-Zumessung bzw. -Dosierung des gasförmigen Kraftstoffs mit hoher Präzision. Diese sind aber konstruktiv und ansteuerungstechnisch unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten zu aufwendig, zu kompliziert und zu teuer.
-
DE 101 91 818 T5 beschreibt einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren hierfür mit einem ersten Injektor zum Einblasen eines ersten Kraftstoffes, um ein Vorgemisch aus Luft und dem ersten Kraftstoff bereitzustellen und einem zweiten Direkteinblas-Injektor, der ausgebildet ist einen zweiten Kraftstoff direkt in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzublasen, wobei der Verbrennungsmotor im PCCI-Modus mit einer Nachzündungseinspritzung betreibbar ist.
-
DE 37 31 986 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren hierfür mit einem Brennraum und zwei Wasserstoff-Injektoren. Mit dem ersten Injektor ist ein erstes Kraftstoffgemisch außerhalb des Brennraums herstellbar und in den Brennraum einführbar. Mit dem zweiten Injektor ist Wasserstoff nach der Zündung des ersten Kraftstoffgemischs im Brennraum direkt in den Brennraum einblasbar.
-
DE 24 18 423 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, welcher je nach Lastbereich, in dem der Verbrennungsmotor gefahren wird, mit Gas und/oder Benzin als Kraftstoff betreibar ist.
-
US 20060112926 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Gas als Kraftstoff, wobei mit der Vorrichtung innerhalb eines Arbeitstaktes zwei Verbrennungsvorgänge im Brennraum des Verbrennungsmotors zeitlich hintereinander durchführbar sind.
-
DE 101 01 819 T1 beschreibt einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren hierfür mit einem Steuersystem zur Anpassung des Motordrehmomentes und Motordrehzahl, wenn der Motor in einem Kompressionszündungsmodus mit einem Vorgemisch arbeitet, um den Zeitpunkt des Beginns einer Verbrennung des Vorgemisches zu variieren.
-
DE 101 91 820 T1 beschreibt einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren hierfür mit einem ersten Injektor zum Einblasen eines ersten Kraftstoffes, um ein Vorgemisch aus Luft und dem ersten Kraftstoff bereitzustellen und einem zweiten Direkteinblas-Injektor, der ausgebildet ist einen zweiten Kraftstoff direkt in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzublasen, wobei eine frühe Einblasung des zweiten Kraftstoffes vor dem Beginn der Verbrennung des Vorgemisches im Brennraum erfolgt.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, zum Dosieren und Zuteilen einer gewünschten Soll-Gesamtmenge an gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders eines Verbrennungsmotors eine Einblasvorrichtung bereitzustellen, die mit relativ einfachen Komponenten auskommt und dennoch in präzise kontrollierbarer Weise eine weitgehend exakte zylinderindividuelle Kraftstoffmengenzuteilung bzw. -zumessung ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch folgende erfindungsgemäße Einblasvorrichtung gelöst:
Einblasvorrichtung zum Dosieren und Zuteilen von gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer- des jeweiligen Zylinders eines Verbrennungsmotors, wobei das Saugrohr des Luftansaugtrakts des Verbrennungsmotors in fingerförmige Saugrohrabschnitte zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors verzweigt, wobei in Lufteinströmrichtung betrachtet nach der Drosselvorrichtung des Luftansaugtrakts im jeweiligen fingerförmigen Saugrohrabschnitt des Saugrohrs mindestens ein Kanaleinblas-Solenoidinjektor vorgesehen ist, und
wobei mindestens ein Direkteinblas-Solenoidinjektor am jeweiligen Zylinder vorgesehen ist, wobei im Leerlauf und unteren bis mittleren Niedriglastbereich des Verbrennungsmotors für den jeweiligen Zylinder im Wesentlichen oder ausschließlich lediglich dessen zugeordneter Kanaleinblas-Solenoidinjektor aktiv geschaltet ist, und dass dessen Direkteinblas-Solenoidinjektordeaktiviert ist.
-
Bei dieser Einblasvorrichtung sind sowohl der Kanaleinblas-Solenoidinjektor als auch der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor in Einströmrichtung des Luftansaugtrakts betrachtet hinter dessen Drosselvorrichtung im unmittelbaren Nahbereich des jeweiligen Zylinders positioniert. Dadurch sind Laufzeiteinflüsse im Luftansaugtrakt auf die Dosierung und Zuteilung der gasförmigen Kraftstoffmenge in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders weitgehend vermieden. Es kann in präzise kontrollierbarer Weise eine gewünschte Soll-Gesamtmenge an gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders des Verbrennungsmotors, d. h. zylinderselektiv, für den jeweilig gewünschten Verbrennungsvorgang eingebracht werden. Komplizierte und teuere Piezo-Injektoren sowie deren aufwendige Ansteuer- oder Regelungssysteme sind somit nicht erforderlich.
-
Die erfindungsgemäße Einblasvorrichtung eignet sich insbesondere für „Low-Cost”-Anwendungen wie zum Beispiel in Kleinfahrzeugen.
-
Die Erfindung betrifft auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dosieren und Zuteilen von gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders eines Verbrennungsmotors, dessen Saugrohr im Luftansaugtrakt in fingerförmige Saugrohrabschnitte zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors verzweigt, mit Hilfe mindestens eines Kanaleinblas-Solenoidinjektor, der in Lufteinströmrichtung betrachtet nach der Drosselvorrichtung des Luftansaugtrakts im jeweiligen fingerförmigen Saugrohrabschnitt des Saugrohrs angeordnet ist, und mit Hilfe mindestens eines Direkteinblas-Solenoidinjektors am jeweiligen Zylinder, wobei im Leerlauf und unteren bis mittleren Niedriglastbereich des Verbrennungsmotors für den jeweiligen Zylinder im Wesentlichen oder ausschließlich lediglich dessen zugeordneter Kanaleinblas-Solenoidinjektor aktiv geschaltet wird, und dass dessen Direkteinblas-Solenoidinjektor deaktiviert wird.
-
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein Steuergerät mit einer Steuerlogik zum Einstellen, insbesondere einer oben erläuterten Einblasvorrichtung die zum Dosieren und Zuteilen von gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders eines Verbrennungsmotors, dessen Saugrohr im Luftansaugtrakt in fingerförmige Saugrohrabschnitte zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors verzweigt, in Lufteinströmrichtung betrachtet nach der Drosselvorrichtung des Luftansaugtrakts im jeweiligen fingerförmigen Saugrohrabschnitt des Saugrohrs mindestens einen Kanaleinblas-Solenoidinjektor und mindestens einen Direkteinblas-Solenoidinjektor am jeweiligen Zylinder aufweist, wobei das Steuergerät dafür ausgelegt ist, im Leerlauf und unteren bis mittleren Niedriglastbereich des Verbrennungsmotors (COE) für den jeweiligen Zylinder (CY1 mit CY4) im Wesentlichen oder ausschließlich lediglich dessen zugeordneten Kanaleinblas-Solenoidinjektor (MI1 mit MI4) aktiv zu schalten, und dessen Direkteinblas-Solenoidinjektor (DI1 mit DI4) zu deaktivieren.
-
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
-
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 in schematischer Übersichtsdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einblasvorrichtung für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, der mit einem gasförmigen Kraftstoff betrieben wird, wobei die Einblasvorrichtung für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors mindestens einen Kanaleinblas-Solenoidinjektor und mindestens einen zugehörigen Direkteinblas-Solenoidinjektor umfasst,
-
2 in schematischer Darstellung die Injektorcharakteristika eines Kanaleinblas-Solenoidinjektors und eines Direkteinblas-Solenoidinjektors der Einblasvorrichtung von 1, die als Injektorenpaar einem der Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet sind,
-
3 in schematischer Darstellung ein vorteilhaftes Ablaufverfahren in der Steuerlogik eines Steuergeräts zur Einstellung des jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektors sowie des jeweilig zugeordneten Direkteinblas-Solenoidinjektors der Einblasvorrichtung von 1, die als Injektorenpaar einem der Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet sind, und
-
4 in schematischer Tabellendarstellung vorteilhafte Ansteuerstrategien zur Einstellung des jeweiligen Injektorenpaars aus einem Kanaleinblas-Solenoidinjektor sowie einem zugeordneten Direkteinblas-Solenoidinjektor der Einblasvorrichtung von 1 in verschiedenen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors.
-
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 mit 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in schematischer Übersichtsdarstellung einen vierzylindrigen Ottomotor als beispielhaften Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor COE mit einer vorteilhaften Einblasvorrichtung ID für gasförmige Kraftstoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktions- und Funktionsprinzip ausgebildet ist. Die Einblasvorrichtung ID dient dazu, eine gewünschte Soll-Gesamtmenge TV (siehe 3) an gasförmigem Kraftstoff GF in die Brennkammer desjenigen Zylinders des, Verbrennungsmotors COE dosiert einzubringen, für den der nächste Verbrennungsvorgang entsprechend der Abfolge der Verbrennungszyklen der Zylinder des Verbrennungsmotors COE vorbereitet wird. Der Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor COE weist einen Luftansaugtrakt IS auf. Durch dessen eingangsseitiges Luftfilter AF strömt Frischluft FA in den Luftansaugtrakt IS ein. Sie wird in Einströmrichtung AFD betrachtet einer nachfolgenden Drosselvorrichtung TH, insbesondere Drosselklappe, zugeführt. Mit Hilfe der Drosselvorrichtung TH lässt sich regulieren bzw. einstellen, welche Durchflussmenge an Frischluft in ein nachgeordnetes Saugrohr IM einströmt. Die Drosselvorrichtung TH sitzt dabei am Eingang dieses Saugrohrs IM. Ihre ein odermehreren Stellelemente lassen sich über mindestens eine Steuerleitung SS1 vom Motor-Steuergerät ECU des Verbrennungsmotors COE aus derart einstellen, dass ein gewünschter Durchflussquerschnitt für die in das Saugrohr IM einströmende Frischluftmasse bewirkt ist.
-
Das Saugrohr IM weist einen allen Zylindern zugeordneten, gemeinsamen Saugrohrabschnitt CT auf, von dem aus fingerförmige Endabschnitte zu den Gaseinlassventilen der einzelnen Zylinder CY1 mit CY4 des Motorblocks MB des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors COE verzweigen. Hier im Ausführungsbeispiel eines Ottomotors mit vier Zylindern CY1 mit CY4 gehen vier fingerförmige Endabschnitte FI1 mit FI4 vom gemeinsamen Saugrohrabschnitt CT an die Gaseinlassventile IV1 mit IV4 der vier Zylinder CY1 mit CY4 des Motorblocks des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors COE. Die einzelnen Zylinder CY1 mit CY4 stoßen über ihre jeweiligen Gasauslassventile EV1 mit EV4 verbrannte Kraftstoff-/Luftgemische als Abgase während ihrer Ausstoßungstakte in einen Abgastrakt ES aus. Die Abgase aus den Brennkammern der einzelnen Zylinder CY1 mit CY4 des Motorblocks MB gelangen über zylinderselektive Abgasrohre in einen gemeinsamen Abgaskrümmer EM und werden als zusammengeführter Abgasstrom EG durch das Abgasrohrsystem des Abgastrakts ES mindestens einer Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere Katalysatorvorrichtung CAT zugeführt. Hier im Ausführungsbeispiel eines Ottomotors mit vier Zylindern ist der Katalysatorvorrichtung CAT mindestens eine Lambdasonde LP vorangestellt oder in diese integriert. Die Lambdasonde LP misst den jeweils aktuellen Lambdawert, d. h. das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zu deren stöchiometrischen Gemisch, und teilt ein dafür repräsentatives Messsignal LSS über eine Messleitung ML1 dem Motor-Steuergerät ECU mit. Anstelle eines Katalysators kann ggf. auch ein sonstiges Abgasreinigungssystem wie z. B. ein Partikelfiltersystem oder ein sonstiges Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen sein. Das Motorsteuergerät ECU übernimmt die Kontrolle und Regelung der Abgasreinigungsvorrichtung CAT über eine Steuerleitung SS5.
-
Weiterhin ist hier im Ausführungsbeispiel von 1 ein Abgasrückführsystem ERC vorgesehen. Dieses weist mindestens ein Verbindungsrohr vom Abgasrohr des Abgastrakts ES zum Saugrohr IM auf. Durch diesen Abgasrückführungszweig kann ein Teil RG des Abgasstroms EG von der Ausgangsseite des Verbrennungsmotors COE zum eingangsseitigen Saugrohr IM zurückgeführt werden. Die Abgasrückführrate des Abgasrückführsystems ERC lässt sich dabei mit Hilfe mindestens einer Ventilsteuervorrichtung RCV regulieren. Diese wird vom Motor-Steuergerät ECU über eine Steuerleitung SS4 aus angesteuert. Durch die Abgasrückführung wird eine vorgebbare Abgasmenge zum Frischgemisch bzw. zur angesaugten Frischluft FA hinzugeführt. Der Einsatz der Abgasrückführung bewirkt zum einen eine Minderung der NOx-Emissionen bei Otto- und Dieselmotoren. Zum anderen bewirkt sie insbesondere eine Entdrosselung im Luftansaugtrakt und mindert etwaige Drosselverluste der Drosselvorrichtung TH.
-
Um nun den Verbrennungsmotor COE mit einem gasförmigen Kraftstoff GF betreiben zu können, weist dieser eine Einblasvorrichtung ID zum Dosieren und Zuteilen einer gewünschten Soll-Gesamtmenge TV an gasförmigem Kraftstoff GF in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders CY1 mit CY4 des Motorblocks MB des Verbrennungsmotors COE zur Vorbereitung des jeweiligen Verbrennungstakts innerhalb des Verbrennungszyklus jedes Zylinders auf. Sie umfasst hier im Ausführungsbeispiel von 1 eine Vielzahl von Kanaleinblas-Solenoidinjektoren MI1 mit MI4, die in Lufteinströmrichtung AFD betrachtet nach der Drosselvorrichtung TH im unmittelbaren Nahbereich der Gaseinlassventile IV1 mit IV4 der Zylinder CY1 mit CY4 in den zylinderselektiven, fingerförmigen Saugrohrabschnitten IM angeordnet sind. Die Kanaleinblas-Solenoidinjektoren sind jeweils derart ausgebildet, dass mit ihnen die Einblasung einer Kleinst- oder Kleinmenge SVO (siehe 2, 3) an gasförmigem Kraftstoff GF in die fingerförmigen Saugrohrabschnitte FI1 mit FI4 des Saugrohrs IM ermöglicht ist, um von dort aus jeweils eine gewünschte Kleinst- oder Kleinmenge feindosiert in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders individuell, d. h. zylinderspezifisch einbringen zu können, wenn dessen Gaseinlassventil im jeweiligen Ansaugtakt geöffnet wird.
-
Gleichzeitig weist die Einblasvorrichtung ID direkt an jedem Zylinder CY1 mit CY4 jeweils einen Direkteinblas-Solenoidinjektor DI1 mit DI4 auf. Der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor ermöglicht es, eine Direkteinblasung einer Hauptmenge MVO (siehe 2, 3) an gasförmigem Kraftstoff GF in dessen Brennraum zur Grobdosierung einer gewünschten Soll-Gesamtmenge TV vornehmen zu können. Dabei weist der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor MI1 mit MI4 vorzugsweise eine 1/5 bis 1/10 geringere Durchflussrate FR als der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor DI1 mit DI4 auf. Insbesondere ist es zweckmäßig, in jedem fingerförmigen Endabschnitt des Saugrohrs IM des Luftansaugtrakts jeweils einen Kanaleinblas-Solenoidinjektor möglichst unmittelbar vor der jeweiligen Einlassöffnung des jeweiligen Zylinders anzuordnen. Der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor MI1 mit MI4 ist vorzugsweise wenige Zentimeter, insbesondere zwischen 3 und 6 Zentimeter, vor dem jeweiligen Einlasskanal der Brennkammer des jeweiligen Zylinders CY1 mit CY4 in dessen eingangsseitigem, fingerförmigem Saugrohr-Zufuhrabschnitt FI1 mit FI4 vorgesehen. Allgemein betrachtet ist somit der Brennkammer jedes Zylinders mindestens ein Kanaleinblas-Solenoidinjektor und mindestens ein Direkteinblas-Solenoidinjektor als Injektorenpaar zugeordnet.
-
Für den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor und den jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektor, die als Injektorenpaar dem jeweiligen Zylinder zugeordnet sind, ist ein gemeinsames Kraftstoffversorgungssystem GFS vorgesehen. Dieses umfasst einen Vorratstank TA als Speichervorrichtung für den gasförmigen Kraftstoff GF. Als gasförmiger Kraftstoff wird vorzugsweise CNG („compressed natural gas”), LPG („liquified Petroleum gas”), H2 (Wasserstoff), usw. ... im Vorratstank TA bevorratet. Vom Vorratstank TA führt eine Kraftstoffzufuhrleitung FP zu einer Verteilereinheit DB1. In diese Kraftstoffzufuhrleitung ist eine Druckminderungsvorrichtung IOV1 eingefügt, mit deren Hilfe sich der Tankdruck des gasförmigen Kraftstoffs GF, der aus dem Vorratstank TA ausgelassen wird, auf einen niedrigeren Systemdruck der Einblasvorrichtung ID herunterbringen bzw. erniedrigen lässt. Damit lässt sich auch die Zufuhr an gasförmigem Kraftstoff GF zu der Verteilereinheit DB1 regulieren. Die Ventilvorrichtung IOV1 wird dabei über mindestens eine Steuerleitung SS3 vom Motor-Steuergerät ECU aus derart angesteuert, dass die jeweilig gewünschte Soll-Gesamtmenge TV an gasförmigem Kraftstoff, deren Einbringung in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders für den nächsten Verbrennungsvorgang durch das Motorsteuergerät ECU angefordert wird, der Verteilereinheit DB1 zugeführt wird. Die Verteilereinheit DB1 verzweigt die gemeinsame Zufuhrleitung FP in eine erste Zufuhrleitung PL1 für die einzelnen Kanaleinblas-Solenoidinjektoren MI1 mit MI4 sowie in eine zweite Zufuhrleitung PL2 für die Direkteinblas-Solenoidinjektoren DI1 mit DI4. Mit Hilfe eines elektronischen Druckkontrollreglers PCD1 wird der Druck für den gasförmigen Kraftstoff in der ersten Zufuhrleitung PL1 eingestellt. Der elektronische Druckregler PCD1 lässt sich dabei vom Motorsteuergerät ECU über eine Steuerleitung SS6 aus ansteuern. In entsprechender Weise wird mit Hilfe des zweiten Druckreglers PCD2 in der zweiten Zufuhrleitung PL2 der Druck für den dort einströmenden gasförmigen Kraftstoff reguliert. In der ersten Zufuhrleitung PL1 ist nach dem Druckregler PCD1 eine Verteilereinheit DB2 angeordnet, die über individuelle Kraftstoffleitungen den gasförmigen Kraftstoff an die einzelnen Kanaleinblas-Solenoidinjektoren MI1 mit MI4 in den fingerförmigen Saugrohrzufuhrabschnitten FI1 mit FI4 verteilt. Die zweite Kraftstoffzufuhrleitung PL2 ist an ein Einspritzsystem CR angeschlossen, an das die Direkteinblas-Solenoidinjektoren DI1 mit DI4 gemeinsam angekoppelt sind.
-
Der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor wie z. B. MI1 mit MI4 ist hinsichtlich seiner Durchflussrate FR (siehe 3) insbesondere für die Einblasung von Kleistmengen SVO an gasförmigem Kraftstoff GF ausgelegt und im Wesentlichen linear kalibriert. Korrespondierend dazu ist der jeweilige Direkt-einblas-Solenoidinjektor wie zum Beispiel DI1 mit DI4 hinsichtlich seiner Durchflussrate FR insbesondere für die Einblasung einer Hauptmenge MVO an gasförmigem Kraftstoff GF ausgelegt und ebenfalls im Wesentlichen linear kalibriert. Diese Injektorcharakteristik des jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektors sowie des jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektors ist in der 2 anhand eines Diagramms für die Durchflussmenge FR sowie für die Öffnungszeit OT des jeweiligen Solenoidinjektors veranschaulicht. Dabei ist der jeweilige Solenoidinjektor insbesondere derart ausgebildet, dass er lediglich von seinem Schließzustand in einen einzigen, vorgegebenen Öffnungszustand wechseln kann. Dies bedeutet, dass er nur einen einzigen, vorgegebenen Öffnungshub aufweist und nicht teilhubfähig ist. Der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor sowie sein zugehöriger, vorangestellter Kanaleinblas-Solenoidinjektor als Injektorenpaar für jeden Zylinder zeichnen sich also jeweils insbesondere dadurch aus, dass sie jeweils nur zwei Betriebszustände aufweisen, nämlich einen Schließzustand sowie einen Öffnungszustand. Im Öffnungszustand gibt der jeweilige Solenoidinjektor eine vorgegebene Durchflussöffnung frei. Die Gesamtmenge an gasförmigen Kraftstoff, die durch den jeweiligen Solenoidinjektor ausgeblasen werden kann, wird auf diese Weise insbesondere durch die Öffnungszeitdauer festgelegt. Entlang der Abszisse des Diagramms von 2 ist die Öffnungszeitdauer OT des jeweiligen Solenoidinjektors, sowie entlang der Ordinaten die zugehörige Durchflussmenge FR des jeweiligen Kanaleinblas- sowie Direkteinblas-Solenoidinjektors aufgetragen. Für den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor, der der Feindosierung einer Kleinst- oder Kleinmenge an gasförmigem Kraftstoff GF dient, ist eine beispielhafte Durchflussmengenkurve CMC eingezeichnet. Sie verlauft im Wesentlichen geradlinig zwischen dem Öffnungszeitpunkt tO, zu dem der Kanaleinblas-Solenoidinjektor von seinem Schließzustand in seinen Öffnungszustand wechselt, während dem er einen vorgegebenen Öffnungsquerschnitt freigibt. Zum Zeitpunkt tC wird der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor wieder geschlossen und hat während seiner Öffnungszeitdauer tC–tO eine gewünschte Gesamt-Kleinstmenge SVO in den zugeordneten fingerförmigen Saugrohrabschnitt eingeblasen. Dabei ist diese geradlinige Durchflussmengenkurve CMC durch zwei voneinander zeitlich beabstandete Kalibrierpunkte wie z. B. CP21 und CP22 in eindeutiger Weise festgelegt. Auch der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor ist durch eine Durchflussmengenkurve charakterisiert, die im Wesentlichen einen linearen Verlauf in Abhängigkeit von der Öffnungszeitdauer OT aufweist. Sie verläuft jedoch hier im Ausführungsbeispiel mit einer größeren, insbesondere mit einer 5- bis 10-fach größeren Steigung als die Durchflussmengenkurve CMC für den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor. Diese steiler verlaufende Durchflussmengenkurve für den jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektor ist in der 2 mit CDC bezeichnet. Sie ist ebenfalls in eindeutiger Weise durch zwei zeitlich beabstandete Geradenpunkte CP11 und CP12 definiert. Die Injektorcharakteristik für den jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektor ist derart vorgegeben, dass von diesem nach Ablauf eines bestimmten Öffnungszeitraums wie z. B. vom Öffnungszeitpunkt tO bis zum Schließzeitpunkt tM eine gewünschte Hauptmenge MVO an gasförmigen Kraftstoff in den zugeordneten Zylinder dieses Direkteinblas-Solenoidinjektor eingeblasen wird. Durch die lineare Durchflussmengencharakteristik des jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektors und seines vorangestellten, zugeordneten Kanaleinblas-Solenoidinjektors, die jedem Zylinder als Injektorenpaar zugeordnet sind, ergibt sich insgesamt in Überlagerung eine lineare Abhängigkeit für die Gesamteinblasemenge an gasförmigen Kraftstoff, die bei Betätigung bzw. Aktivierung beider Solenoidinjektoren in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders insgesamt eingeblasen werden kann, von der Öffnungszeitdauer OT. Dadurch ist die Ansteuerung eines Injektorenpaares aus Direkteinblas-Solenoidinjektor sowie aus zugehörigem, vorangestelltem Kanaleinblas-Solenoidinjektor vereinfacht möglich. Aufwendige Regelmechanismen und Ansteuerungssysteme für diese Solenoidinjektoren können somit in vorteilhafter Weise entfallen.
-
Da die Durchflussmengenkurven CMC, CDC für den jeweiligen Kanaleinblasinjektor bzw. Direkteinblas-Solenoidinjektor als Geraden ausgebildet sind, reicht es aus, für die jeweilige Durchflussmengenkurve lediglich zwei Kalibierpunkte im Motorsteuergerät ECU zu hinterlegen. Die jeweilige Durchflussmengenkurve kann dann aus den hinterlegten Kalibrierpunkten vom Motorsteuergerät ECU als Funktion ermittelt werden.
-
Das Öffnen und Schließen des jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektors und des jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektors wird über separate Steuerleitungen vom Steuergerät ECU aus durchgeführt. Diese sind hier in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
-
Im Motorsteuergerät ECU werden mittels einer Steuerlogik CL (siehe 3) vorzugsweise folgende funktionalen Verfahrensschritte zur Dosierung einer gewünschten Soll-Gesamtmenge TV an gasförmigem Kraftstoff GF durchgeführt, deren Zumessung in die Brennkammer des Zylinders mit dem nächsten vorzubereitenden Verbrennungsvorgang gefordert wird:
Die Steuerlogik CL von 3 führt im Schritt LD eine Lasterfassung sowie im Schritt RD eine Drehzahlerfassung für den Verbrennungsmotor COE durch. Im Schritt OPD wird der aktuelle Betriebspunkt des Verbrennungsmotors COE von einer Rechen-/Auswerteeinheit PR der Steuerlogik CL bestimmt. Die Rechen-/Auswerteeinheit PR nimmt dann in Abhängigkeit von der Last LO bzw. dem Drehmoment, mit dem der Verbrennungsmotor COE aktuell beaufschlagt ist, anhand einer oder mehrerer abgespeicherter Kennfelder EC eine Mengenaufteilung für den jeweilig zuzumessenden, gasförmigen Kraftstoff auf den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor und den zugehörigen Direkteinblas-Solenoidinjektor desjenigen Zylinders vor, für den die nächste Verbrennungsphase bzw. Arbeitsphase vorbereitet wird. Es wird also das Verhältnis bzw. die Aufteilung zwischen der einzublasenden Kleinst- oder Kleinmenge SVO durch den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor sowie der einzublasenden Hauptmenge MVO durch den zugehörigen Direkt-einblas-Solenoidinjektor ermittelt, um insgesamt eine gewünschte Soll-Gesamtmenge TV in die Brennkammer des jeweilig im nächsten Arbeitstakt zu zündenden Zylinders einzubringen. Diese Aufteilung der jeweilig gewünschten Soll-Gesamtmenge TV an gasförmigem Kraftstoff auf denjenigen Kanaleinblas-Solenoidinjektor und denjenigen Direkteinblas-Solenoidinjektor, die als Paar dem aktuell mit Kraftstoff zu füllenden Zylinder wie z. B. hier CY1 zugeordnet sind, ist in der 3 durch einen Block DIS veranschaulicht. Abhängig vom jeweilig aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors COE werden dann der diesem Zylinder wie z. B. CY1 zugeordnete Kanaleinblas-Solenoidinjektor wie hier z. B. MI1 sowie der zugehörige Direkteinblas-Solenoidinjektor wie hier z. B. DI1 durch die Rechen-/Auswerteeinheit PR aktiviert und mit derartigen Öffnungszeitdauern geöffnet, dass in Summe die jeweilig gewünschte Soll-Gesamtmenge TV in die Brennkammer des aktuell für einen Verbrennungstakt vorzubereitenden Zylinders eingebracht werden kann. In der 3 ist der Ansteuerungsvorgang für den Kanaleinblas-Solenoidinjektor durch einen Block ACMI sowie der Ansteuerungsvorgang für den Direkteinblas-Solenoidinjektor DI1 durch einen Block ACDI angedeutet. Vorzugsweise wird dabei sowohl für den Kanaleinblas-Solenoidinjektor eine Vorsteuerung PCMI als auch für denn Direkteinblas-Solenoidinjektor DI1 eine Vorsteuerung PCDI durch die Rechen-/Auswerteeinheit PR durchgeführt.
-
Mit Hilfe des Messsignals LSS der Lambdasonde LP lässt sich in vorteilhafter Weise zusätzlich die Feindosierung der Einblasemenge an gasförmigem Kraftstoff für den jeweilig aktiven Kanaleinblas-Solenoidinjektor kontrollieren bzw. steuern. Dies ist in der 3 durch einen Block FGV angedeutet.
-
4 veranschaulicht anhand einer Tabelle MDS eine vorteilhafte Ansteuerstrategie für das jeweilige Injektorenpaar aus Kanaleinblas-Solenoidinjektor und zugeordnetem Direkteinblas-Solenoidinjektor jedes Zylinders des Verbrennungsmotors von 1 in verschiedenen Betriebszuständen:
-
1. Leerlauf und Niedriglastbereich (Teillast):
-
Im Betriebszustand des Leerlaufs sowie des Niedriglastbereichs, der durch einen sehr niedrigen bis niedrigen Saugrohrdruck MAP im Saugrohr gegenüber dem Umgebungsluftdruck AMP gekennzeichnet ist (MAP << AMP und MAP < AMP), wird in vorteilhafter Weise ausschließlich der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor eingesetzt, der dem jeweilig für eine Verbrennung vorzubereitenden Zylinder wie z. B. CY1 zugeordnet ist. Dadurch wird im Leerlauf, im unteren und mittleren Teillastbereich des Verbrennungsmotors COE eine gute Dosierbarkeit des gasförmigen Kraftstoffs GF im Kleinstmengenbereich weitgehend sichergestellt. Weiterhin fördert die Einblasung des gasförmigen Kraftstoffs GF in den eingangsseitigen, fingerförmigen Saugrohrabschnitt dieses Zylinders wie z. B. CY1 durch den dort angeordneten Kanaleinblas-Solenoidinjektor wie z. B. MI1 (,der hinter der Drosselvorrichtung positioniert ist,) die Entdrosselung, wodurch Ladungswechselverluste der Drosselvorrichtung TH vermindert werden. Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, mit Hilfe des Abgasrückführsystem ERC eine Abgasrückführung zur weiteren Entdrosselung durchzuführen. Insbesondere ermöglichen gasförmige Kraftstoffe mit hoher Klopffestigkeit wie z. B. Erdgas (CNG) hohe EGR(„exhaust gas recirculation”)-Raten, d. h. hohe Abgasrückführraten.
-
2. Obere Teillast:
-
In diesem Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors wird der Saugrohrdruck MAP größer als im Leerlauf, bleibt aber noch kleiner als das Niveau des Umgebungsdrucks AMP (MAP < AMP). Dabei wird zweckmäßigweise für den jeweilig für eine Verbrennung vorzubereitenden Zylinder wie z. B. CY1 der zugehörige Direkteinblas–Solenoidinjektor wie z. B. DI1 zusätzlich zum zugehörigen Kanaleinblas-Solenoidinjektor wie z. B. MI1 aktiviert, d. h. eingeblendet. Dabei liefert der Direkteinblas-Solenoidinjektor eine Grundmenge bzw. eine Hauptmenge an gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des Zylinders, für den die Zumessung einer bestimmten Soll-Kraftstoffgesamtmenge TV gefordert wird, während die Feindosierung durch den zugeordneten Kanaleinblas-Solenoidinjektor durch Einblasung einer Klein- oder Kleinstmenge an gasförmigem Kraftstoff erfolgt. Dies gewährleistet eine hohe Kraftstoffdosiergenauigkeit. Im oberen Teillastbereich wird also mit Hilfe mindestens eines Kanaleinblas-Solenoidinjektors, der in Lufteinströmrichtung des Luftansaugtrakts des Verbrennungsmotors betrachtet nach dessen Drosselvorrichtung im unmittelbaren Nahbereich des jeweiligen Zylinders in dessen eingangsseitigen, fingerförmigen Saugrohr angeordnet ist, eine Kleinstmenge an gasförmigem Kraftstoff in dieses Saugrohr zur Feindosierung der in den jeweiligen Zylinder für dessen Arbeitstakt einzubringenden Soll-Gesamtmenge eingeblasen, und zugleich mit Hilfe mindestens eines Direkteinblas-Solenoidinjektors an jedem Zylinder eine Hauptmenge an gasförmigem Kraftstoff in dessen Brennkammer zur Grobdosierung der in den jeweiligen Zylinder für dessen Arbeitstakt einzubringenden Soll-Gesamtmenge direkt eingeblasen.
-
Nach wie vor wird zweckmäßigerweise Abgas rückgeführt, um die Vorteile einer Entdrosselung zu nutzen. Darüber hinaus kann die Abgasrückführrate als Steuerparameter zum Lastfeintuning eingesetzt werden.
-
3. Oberste Teillast:
-
In diesem obersten Teillastbereich entspricht der Saugrohrdruck MAP insbesondere im Wesentlichen dem Niveau des Umgebungsluftdrucks AMP. Im obersten Teillastbetrieb, vorzugsweise nahe der Volllast, wird der Kanaleinblas-Solenoidinjektor, der dem jeweilig mit einer bestimmten Soll-Kraftstoffmenge TV zu füllenden Zylinder wie z. B. CY1 zugeordnet ist, vorzugsweise ausgeblendet, d. h. deaktiviert, und die Kraftstoffzumessung ausschließlich bzw. allein über dessen Direkteinblas-Solenoidinjektor wie z. B. DI1 durchgeführt. Ein Entdrosselungseffekt über den Abgasrückführstrom ist nicht mehr zu erreichen, da die Drosselvorrichtung dann ohnehin fast vollständig geöffnet ist. Als Steuerparameter dient vorzugsweise der Zeitpunkt des Einblasbeginns. Wird Gas in den Brennraum eingeblasen, solange die Gaswechseleinlassventile des Zylinders noch geöffnet sind, wird ein bestimmtes Volumen des Brennraums des jeweiligen Zylinders von gasförmigem Kraftstoff eingenommen, so dass das Zuströmen von Frischluft gehemmt wird. Dieser Steuervorgang kann durch Einsatz von Nockenwellenphasenstellern ergänzt und optimiert werden. Insbesondere werden die Gaseinlassventile vor dem Gaseinblasen mit dem Direkteinblas-Solenoidinjektor geschlossen.
-
4. Volllast:
-
Im Betriebszustand der Volllast hat der Saugrohrdruck MAP im Wesentlichen das Niveau des Umgebungsluftdrucks AMP (MAP = AMP). Auch in diesem Betriebszustand der Volllast wird ausschließlich der Direkteinblas-Solenoidinjektor wie z. B. DI1 des jeweilig zu füllenden Zylinders wie z. B. CY1 durch das Motorsteuergerät ECU angesteuert, um Frischluftfüllungsverluste durch Kraftstoffpartialdruck im Saugrohr zu vermeiden. Die erforderliche Volllastmenge bestimmt dabei die obere Grenze der Auslegung der Komponente in Bezug auf den Durchfluss bei gegebenem Systemdruck. Der Einblasbeginn wird zweckmäßigweise derart ausgelegt, dass die ein oder mehreren Gaswechseleinlassventile des zuzumessenden Zylinder bereits geschlossen sind, um den im oberen Abschnitt beschriebenen Effekt der Frischluftzuströmhemmung zu vermeiden. Vorhandene Nockenwellenverstelleinrichtungen und weitere in den Luftpfad eingreifende Stellorgane werden zweckmäßigweise so positioniert, dass maximale Frischluftfüllung gegeben ist.
-
Zusammenfassend betrachtet ist also eine Einblasvorrichtung zum Dosieren und Zuteilen von gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Saugrohr des Luftansaugtrakts des Verbrennungsmotors in fingerförmige Saugrohrabschnitte zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors verzweigt, wobei in Lufteinströmrichtung betrachtet nach der Drosselvorrichtung des Luftansaugtrakts im jeweiligen fingerförmigen Saugrohrabschnitt des Saugrohrs mindestens ein Kanaleinblas-Solenoidinjektor vorgesehen ist, und wobei mindestens ein Direkteinblas-Solenoidinjektor am jeweiligen Zylinder vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise ist der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor unmittelbar, insbesondere wenige Zentimeter, vor dem Einlasskanal der Brennkammer seines zugeordneten Zylinders in dessen eingangsseitigem, fingerförmigem Saugrohrabschnitt vorgesehen. Der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor ist hinsichtlich seiner Durchflussrate insbesondere für die Einblasung von Klein- und Kleinstmengen an gasförmigem Kraftstoff ausgelegt und im Wesentlichen linear kalibriert ist. Der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor ist dabei vorzugsweise maximal für solch hohe Motorlasten ausgelegt, ab denen eine vollständige Entdrosselung im Luftansaugtrakt nicht mehr möglich ist. Der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor ist hinsichtlich seiner Durchflussrate insbesondere für die Einblasung einer Hauptmenge an gasförmigem Kraftstoff ausgelegt und im Wesentlichen linear kalibriert ist.
-
In vorteilhafter Weise ist im Leerlauf und unteren bis mittleren Niedriglastbereich des Verbrennungsmotors für den jeweiligen Zylinder im Wesentlichen oder ausschließlich lediglich dessen zugeordneter Kanaleinblas-Solenoidinjektor aktiv geschaltet, und dessen Direkteinblas-Solenoidinjektor deaktiviert. Zur Befüllungssteuerung der Brennkammer des jeweiligen Zylinders mit Luft ist zweckmäßigerweise zusätzlich ein Abgasrückführsystem vorgesehen ist, das für den Luftansaugtrakt einen Entdrosselungseffekt im Leerlauf und Niedriglastbereich des Verbrennungsmotors bewirkt.
-
Zweckmäßigerweise wird ab dem Zeitpunkt, ab dem eine vollständige Entdrosselung im Luftansaugtrakt nicht mehr möglich ist, im oberen Teillastbereich des Verbrennungsmotors für den jeweiligen Zylinder zusätzlich zu dessen zugeordnetem Kanaleinblas-Solenoidinjektor, der der zylinderindividuellen Einblasung einer Klein- oder Kleinstmenge an gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum dieses Zylinders zur Feindosierung einer dorthinein für dessen jeweiligen Arbeitstakt einzubringenden Soll-Gesamtfüllmenge dient, der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor zur zylinderindividuellen Direkteinblasung einer Hauptmenge der einzubringenden Soll-Gesamtfüllmenge aktiv geschaltet.
-
Für den jeweiligen Zylinder sind dessen zugeordneter Kanaleinblas-Solenoidinjektor und zugeordneter Direkteinblas-Solenoidinjektor hinsichtlich ihrer Einblasemengen an gasförmigem Kraftstoff insbesondere in Abhängigkeit vom Tankdruck im Vorratstank des gasförmigen Kraftstoffs aufgeteilt. Im Fall, dass der Tankinhalt weitgehend vollständig genutzt wird, d. h. der Tank weitgehend leer gefahren wird, kann der Tankdruck unter den Systemdruck der Einblasvorrichtung von z. B. 20 bar fallen. Die Direkteinblasung ist aber nur dann möglich, wenn der verbleibende Einblasedruck signifikant höher als der Zylinderinnendruck ist. Bei der Kanaleinblasung durch den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor ist dies weniger kritisch, da die Einblasung nur gegen den gegenüber dem Zylinderinnendruck niedrigeren Saugrohrdruck von etwa kleiner 1 bar erfolgt. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise eine mengenmäßige Verschiebung vom jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektor zu dessen zugeordnetem Kanaleinblas-Solenoidinjektor durchgeführt. Dies bedeutet, dass gegenüber dem Zustand, zu dem der Tank überwiegend gefüllt ist, beim Leerfahren des Tanks dann, wenn der Tankdruck etwa dem Systemdruck der Einblasvorrichtung entspricht oder unter diesen fällt, mehr gasförmiger Kraftstoff durch den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor als zuvor und dafür durch den zugeordneten Direkteinblas-Solenoidinjektor etwas weniger gasförmiger Kraftstoff eingeblasen wird.
-
Im obersten Teillastbereich und Volllastbereich des Verbrennungsmotors ist für den jeweiligen Zylinder dessen zugeordneter Kanaleinblas-Solenoidinjektor vorzugsweise deaktiviert, und lediglich dessen Direkteinblas-Solenoidinjektor aktiv geschaltet. Im obersten Teillastbereich und Volllastbereich des Verbrennungsmotors ist der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor zweckmäßigerweise derart aktiviert und gesteuert, dass die Kraftstoffeinblasung des jeweiligen Direkteinblas Solenoidinjektors erst nach dem Schließen der ein oder mehreren Gaswechseleinlassventile des jeweiligen Zylinders gestartet ist. Vorzugsweise sind ein etwaig vorhandener Nockenwellenphasensteller und/oder weitere in den Luftansaugtrakt eingreifenden Stellorgane derart positioniert, dass im Volllastbetrieb maximale Frischluftfüllung für die Zylinder bereitgestellt ist. Im Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors sind zweckmäßigerweise sowohl der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor als auch der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor bis zu 100% angesteuert, um die geforderte maximal einzubringende Soll-Gesamtmenge an gasförmigem Kraftstoff GF zu liefern. Für den jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor und den jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektor ist dabei insbesondere ein gemeinsames Kraftstoffversorgungssystem vorgesehen. Der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinblasung des jeweiligen Direkteinblas-Solenoidinjektors bildet in diesem Betriebsbereich vorzugsweise einen Lastregulativparameter für den Verbrennungsmotor.
-
Aufgeladene Motoren:
-
Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren ist eine demgegenüber abgewandelte Ansteuerstrategie zweckmäßig. Mit Hilfe des Motor-Steuergeräts ECU wird über eine Steuerleitung SS2 auch der Verdichtungsgrad eines Verdichters CO eingestellt, der in Einströmrichtung AFD betrachtet vor der Drosselvorrichtung TH im Luftansaugtrakt IS angeordnet ist und mit dem die einströmende Frischluftmasse FA komprimiert wird.
-
In aufgeladenen Betriebsbereichen, in denen der Saugrohrdruck MAP größer als der Umgebungsdruck AMP (MAP > AMP) ist, wird mit dem Direkteinblas-Solenoidinjektor des jeweiligen Zylinders eine Hauptmenge an gasförmigem Kraftstoff eingebracht, um dem Verdichter wie z. B. COM im Luftansaugtrakt IS möglichst wenig oder gar keinen zusätzlichen Widerstand entgegenzusetzen. Der dem jeweiligen Zylinder zugeordnete Kanaleinblas-Solenoidinjektor wird aber dennoch vom Motorsteuergerät ECU mit angesteuert. Seine eingebrachte Gasmenge dient lediglich zum Feintuning bezüglich der Kraftstoffeinblasemenge. Dadurch lässt sich primär die Gemischbildung im Saugrohr IM und damit aber auch die Gas-/Luftvermischung im Brennraum des jeweilig zu füllenden Zylinders verbessern, wodurch dessen Klopfneigung verringert wird. Bei Maximallast bzw. Volllast (mit MAP >> AMP) werden vorzugsweise beide Injektoren, d. h. sowohl der jeweilige Kanaleinblas-Solenoidinjektor als auch der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor, der dem jeweiligen Zylinder zugeordnet ist, vorzugsweise mit bis zu 100% angesteuert, um die jeweilig geforderte Brennstoffgesamtmenge in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders liefern zu können. Unter 100% Ansteuerung des jeweiligen Kanaleinblas-Solenoidinjektor sowie des zugehörigen Direkteinblas-Solenoidinjektor wird dabei insbesondere verstanden, dass der maximal für die Gaseinblasung zur Verfügung stehende Zeitraum pro Arbeitsspiel ausgenutzt wird. Dieser hängt insbesondere beim Direkteinblas-Solenoidinjektor vom Zylinderinnendruck ab, da nur dann Gas in den Zylinder eingebracht werden kann, wenn der Gasdruck höher als der Zylinderinnendruck ist.
-
Allgemein betrachtet wird also bei aufgeladenem Motor im oberen Teillastbereich mit Hilfe mindestens eines Kanaleinblas-Solenoidinjektors, der in Lufteinströmrichtung des Luftansaugtrakts des Verbrennungsmotors betrachtet nach dessen Drosselvorrichtung im unmittelbaren Nahbereich des jeweiligen Zylinders in dessen eingangsseitigen, fingerförmigen Saugrohr angeordnet ist, eine Kleinstmenge an gasförmigem Kraftstoff in dieses Saugrohr zur Feindosierung der in den jeweiligen Zylinder für dessen Arbeitstakt einzubringenden Soll-Gesamtmenge eingeblasen, und zugleich mit Hilfe mindestens eines Direkteinblas-Solenoidinjektors an jedem Zylinder eine Hauptmenge an gasförmigem Kraftstoff in dessen Brennkammer zur Grobdosierung der in den jeweiligen Zylinder für dessen Arbeitstakt einzubringenden Soll-Gesamtmenge direkt eingeblasen.
-
Allgemein ausgedrückt ist eine Einblasvorrichtung bereitgestellt, deren Direkteinblas- und Kanaleinblas-Solenoidinjektoren für unterschiedliche Betriebsbereiche eines Verbrennungsmotors flexibel aktivierbar oder deaktivierbar sind. Dabei ist bei dieser Einblasevorrichtung mindestens ein Direkteinblas-Solenoidinjektor als auch mindestens ein Kanaleinblas-Solenoidinjektor hinter der Drosselvorrichtung positioniert und dem jeweilig zu füllenden Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet. Sowohl die Kraftstoffeinbringung, insbesondere Kanaleinblasung in den jeweiligen fingerförmigen Saugrohrabschnitt (KE-Einblasung) als auch die Kraftstoffeinblasung direkt in den Brennraum (DE-Einblasung) erfolgen also hinter der Drosselvorrichtung des Luftansaugtrakts. Bei einer derartigen Einblasvorrichtung, bei der sowohl der Kanaleinblas-Solenoidinjektor als auch der jeweilige Direkteinblas-Solenoidinjektor in Einströmrichtung des Luftansaugtrakts betrachtet hinter dessen Drosselvorrichtung im unmittelbaren Nahbereich des jeweiligen Zylinders positioniert sind, werden Laufzeiteinflüsse des Luftansaugtrakts auf die Zuteilung der gasförmigen Kraftstoffmenge in die Brennkammer des jeweilig zu füllenden Zylinders weitgehend vermieden. Auf diese Weise kann präzise kontrollierbar eine gewünschte Soll-Gesamtmenge an gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer des jeweilig zu füllenden Zylinders des Verbrennungsmotors, d. h. zylinderselektiv, für den jeweilig gewünschten Verbrennungsvorgang eingebracht werden. Würde hingegen ein Kanaleinblas-Solenoidinjektor vor der Drosselvorrichtung positioniert werden, so würde eine exakte Kraftstoffzumessung insbesondere im Instationärbetrieb aufgrund zu langer Laufzeiten des eingeblasenen Gases vom Einblaseort bis in den Brennraum des jeweilig zu füllenden Zylinders beeinträchtigt werden, d. h. es würde zu Kraftstoff-Fehldosierungen kommen. In Folge solcher Fehldosierungen würden sich Lambdafehler ergeben, die generell, insbesondere bei Verbrennungsaussetzern, zu „Nachkat”-Emissionsverschlechterungen sowie zu einem verschlechterten Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors führen würden. Lambda-Fehler würden sich dann ergeben, wenn die eingebrachte Gasmenge verhältnismäßig nicht zu der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmasse passt.
-
Eine Einblasvorrichtung mit mindestens einem Direkteinblas-Solenoidinjektor hinter der Drosselvorrichtung zur Grob- oder Hauptdosierung und mindestens einem Kanaleinblas-Solenoidinjektor im jeweiligen fingerförmigen Saugrohrabschnitt hinter der Drosselvorrichtung zur Feindosierung ermöglicht insbesondere, komplizierte und teuere Piezo-Injektoren sowie deren aufwendige Ansteuer- und Regelungssysteme zu ersetzen. Bei der Einblasvorrichtung entsprechend der 1, die zum Dosieren und Zuteilen einer gewünschten Soll-Gesamtmenge an gasförmigen Kraftstoff in die Brennkammer des jeweilig zu füllenden Zylinders eines Verbrennungsmotors mindestens einen Kanaleinblas-Solenoidinjektor im unmittelbaren Nahbereich dieses Zylinders in dessen eingangsseitigem, fingerförmigen Saugrohrabschnitt hinter der Drosselvorrichtung und mindestens einen Direkteinblas-Solenoidinjektor direkt an diesem Zylinder umfasst, ist eine exakte zylinderselektive Kraftstoffzumessung, die Abdeckung eines relativ großen Betriebsbereichs aufgeladener und nicht aufgeladener Verbrennungsmotoren, sowie eine einfache Darstellbarkeit bzw. Realisierbarkeit des bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren erforderlichen Kraftstoffmassendurchsatzes ermöglicht.
-
Der gasförmige Kraftstoff kann nach dem Prinzip der äußeren Gemischbildung in das Saugrohr (Kanaleinblasung-KE) mit Hilfe mindestens eines Kanaleinblas-Solenoidinjektors und/oder nach dem Prinzip der inneren Gemischbildung direkt in den Brennraum (Direkteinblasung-DE) mit Hilfe mindestens eines Direkteinblas-Solenoidinjektors zur Füllung des Brennraums des jeweiligen Zylinders eingebracht werden. Eine derartige Einblasevorrichtung ermöglicht es, sowohl im Leerlauf geringste Kraftstoffmengen hochgenau zu dosieren, als auch im Volllastbetrieb große Einblasmengen an gasförmigen Kraftstoff zu liefern, um die jeweils geforderte Motorleistung realisieren zu können. Die Kombination aus Kanaleinblas-Solenoidinjektor und Direkteinblas-Solenoidinjektor, die dem jeweiligen Zylinder als Injektorenpaar zugeordnet ist, kommt dabei mit dem begrenzten Systemdruck des Kraftstoffversorgungssystems aus. Denn ein Druckminderer verringert den Tankdruck, insbesondere von mehr als 200 bar, auf Systemdruck, insbesondere auf ca. 20 bar.
-
Auf diese Weise sind zur Realisierung eines direkteinspritzenden, mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors keine teuren Piezo-Injektoren erforderlich, sondern es können herkömmliche, kostengünstige und serienmäßig verfügbare Solenoide verwendet werden. Das Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass es nicht auf monovalente Fahrzeuge beschränkt ist, sondern problemlos in bivalenten Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt werden kann. Vorteilhaft können beide Injektoren, die pro zu füllendem Zylinder vorgesehen sind, vom selben Kraftstoffsystem versorgt werden, wodurch keine zusätzlichen Bauteile oder Aufwendungen notwenig sind. Durch die Positionierung des Injektorpaars pro Zylinder nach der Drosselvorrichtung, der linearen Auslegung (Kalibrierung) und der oben erläuterten Ansteuerstrategie des jeweiligen Injektorenpaars ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
- – Abdeckung eines weiten Betriebsbereichs für Motoren ohne und mit Aufladung
- – niedrigste Totzeiten und damit optimiertes Ansprechverhalten im Stationärbetrieb
- – optimierte Motorbetriebszustandwechsel (z. B. von Teillast auf Schub und dann Schubabschalten)
- – exakte zylinderselektive Kraftstoffdosierung in allen Motorbetriebsbereichen
- – geringe Emissionen
- – maximale Entdrosselung und damit geringe Ladungswechselverluste (optimierter Ladungswechsel)
- – hoher Verbrennungswirkungsgrad
- – hoher Gesamtwirkungsgrad,
- – minimierter spezifischer Kraftstoffverbrauch
- – geringerer Absolut-Kraftstoffverbrauch gegenüber konventionellen Einblasvorrichtungen
-
Vorteilhaft ist insbesondere, dass der Kanaleinblas-Solenoidinjektor für den jeweiligen Zylinder möglichst nahe an dessen Gaseinlassventil positioniert ist. Dadurch sind die Laufwege für den gasförmigen Kraftstoff vom Einbringungsort bis in die Brennkammer des jeweilig mit einer gasförmigen Kraftstoffmenge zu füllenden Zylinders gegenüber dem Einblaseverfahren der
DE 103 339 854 A1 sowie
DE 10 2004 043 934 verkürzt. Dies erlaubt eine wesentlich verbesserte und exaktere Kraftstoffzumessung als bei einer Teilmengeneinblasung oder Gesamtmengeneinblasung vor der Drosselvorrichtung.
