DE102011084149A1

DE102011084149A1 - Kraftstofferhitzung während eines Kaltstarts in einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102011084149A1
Application number: DE102011084149A
Authority: DE
Inventors: Joseph Norman Ulrey; Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: CN202578960U; US8069845B2; DE102011084149B4; US20110162619A1; RU125633U1

Abstract

Wie herausgefunden wurde, stoßen Benzinmotoren mit Direkteinspritzung Partikel während der ersten 500 Sekunden des Betriebs aufgrund von Kraftstoff, der auf Verbrennungskammeroberflächen auftritt, aus. Um das Durchdringen des Kraftstoffs zu Oberflächen in der Verbrennungskammer größtenteils zu vermindern, kann der Kraftstoff erhitzt werden. Bei einer Ausführungsform wird Motorkühlmittel, das in den Wassermantelteilen am nächsten zu Auspuffkanälen erhitzt wird, direkt an ein Rohr in physischem Kontakt mit dem Kraftstoffverteiler bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird das Rohr mit einem elektrischen Heizelement bereitgestellt. Wenn die Kühlmittelpumpe bei den Anfangsteilen eines Kaltstarts ausgeschaltet ist, erhöht der elektrische Erhitzer die Temperatur des Kraftstoffs in dem Kraftstoffverteiler. Nachdem die Motorkühlmitteltemperatur ansteigt, wird Warmwasserkühlmittel an das Rohr nahe dem Kraftstoffverteiler bereitgestellt, und der Erhitzer wird ausgeschaltet.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Verringern von Partikelemission von einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung.
2. Stand der Technik
Wie herausgefunden wurde, werden Partikel von Benzinmotoren mit Direkteinspritzung während der ersten 500 Sekunden des Federal Test Procedure (FTP), d. h., wenn der Motor sich noch nicht aufgewärmt hat, ausgestoßen. Es wird angenommen, dass Partikel durch Kraftstoff, der Oberflächen der Verbrennungskammer direkt kontaktiert, und insbesondere die Kolbenspitzen (besonders wenn sie ölgekühlt werden), wenn sie sich langsamer aufwärmen als die Zylinderwände und der Zylinderkopf, gebildet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Da es kompliziert und energieintensiv ist, die Verbrennungskammeroberflächen vor dem Starten des Motors vorzuerhitzen, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Kraftstoff erhitzt, sodass es zu dem Zeitpunkt, an dem der Kraftstoffstrahl sich weit genug entfernt von der Einspritzdüse bewegt, um auf Verbrennungskammeroberflächen aufzutreffen, nur wenig oder keinen Kraftstoff in flüssiger Form gibt.
Ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung ist offenbart, der einen Kraftstoffverteiler und Kraftstoffeinspritzdüsen, die mit dem Kraftstoffverteiler gekoppelt sind und die Kraftstoff an die Motorzylinder liefern, aufweist. Der Motor weist ebenfalls einen Motorkühlmittelkreislauf auf, der eine Wasserpumpe beinhaltet, um Kühlmittel durch einen Wassermantel in den Motor zu zirkulieren. Eine Ableitung ist von dem Kühlmittelkreislauf an den Kraftstoffverteiler bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform ist ein Teil des Wassermantels nahe den Auspufföffnungen und -kanälen, die aus den Zylindern führen, mit der Ableitung des Wassermantels gekoppelt, die zu dem Kraftstoffverteiler führt. Indem das Kühlmittel in dem Wassermantel in der Nähe des Auspuffes während eines Kaltstarts des Motors schneller erhitzt wird, erhitzt sich der Kraftstoffverteiler schneller während eines Kaltstarts. Motorkühlmittel umfasst typischerweise ein Gemisch aus Wasser, Ethylenglycol und Additiven. Die Begriffe Kühlmittel und Wasser werden in der Offenbarung verwendet, um sich auf jedes geeignete Flüssigkeitsgemisch, das in dem Kühlmittelkreislauf verwendet wird, zu beziehen.
Bei einigen Ausführungsformen ist ein elektrisches Heizelement innerhalb des Kraftstoffverteilers angeordnet, um neben dem Kühlmittel beim Erhitzen des Kraftstoffs zu helfen. Bei einer Ausführungsform ist ein Thermostat in der Ableitung des Kühlmittelkreislaufs bereitgestellt, die zu dem Wassermantel führt, um Kühlmittelfluss zu dem Kraftstoffverteiler zu verhindern, wenn das Kühlmittel noch keine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat. Das heißt, der Umstand, dass das Kühlmittel, das dem Kraftstoffverteiler bereitgestellt wird, den Kraftstoff kühlt, der von dem elektrischen Heizelement erhitzt worden ist, soll vermieden werden. Bei einer Ausführungsform ist das Thermostat ein mechanisches Thermostat, das bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur geschlossen ist, und bei einer Temperatur, die die vorbestimmte Temperatur überschreitet, geöffnet ist.
Bei Ausführungsformen mit einem elektrischen Heizelement, das mit dem Kraftstoffverteiler verbunden ist, wird eine elektronische Steuereinheit mit dem elektrischen Heizelement gekoppelt. Die elektronische Steuereinheit veranlasst, dass das elektronische Heizelement bei Empfang einer Anzeige, dass der Motor kurz vor dem Starten steht, aktiviert wird. Die elektronische Steuereinheit ist ebenfalls mit einem Temperatursensor in Kontakt mit Motorkühlmittel gekoppelt, und die elektronische Steuereinheit veranlasst, dass das Heizelement deaktiviert wird, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels eine Grenzwerttemperatur überschreitet. Bei einigen Alternativen ist das Thermostat elektrisch gesteuert, sodass es Fluss ermöglicht wird, von dem Wassermantel nahe den Auspuffkanälen zu dem Kraftstoffverteiler zu fließen, basierend auf den Temperaturen, abgeschätzt oder gemessen, in dem Kraftstoffverteiler und dem Motorkühlmittel.
Die Anzeige, dass der Motor kurz vor dem Starten steht, ist entweder: ein Schlüssel, der in ein Zündschloss eingeführt wird, eine Fahrzeugtür, die geöffnet wird, eine Fahrzeugtür, die entriegelt wird, eine Fahrzeugtür, die geöffnet und geschlossen wird, ein Bremspedal, das durchgetreten wird, ein Schlüsselanhänger, der innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu dem Fahrzeug ist oder ein Fahrzeugfahrer, der Motoranlassen anweist. Die Aktivierung des elektrischen Heizelements kann weiter auf der Temperatur des Motorkühlmittels basieren, die unterhalb einer Grenzwerttemperatur ist.
Bei einigen Ausführungsformen beinhalten die Kraftstoffeinspritzdüsen elektrische Erhitzer, die elektronisch mit der elektronischen Steuereinheit gekoppelt sind, und die elektronische Steuereinheit aktiviert die elektrischen Erhitzer bei der Anzeige, dass der Motor kurz vor dem Starten steht.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet der Benzinmotor mit Direkteinspritzung einen Kraftstoffverteiler und einen Motorkühlmittelkreislauf. Der Motorkühlmittelkreislauf weist eine Hauptwasserpumpe zum Zirkulieren von Kühlmittel; einen Wassermantel in dem Motor in dem Zylinderkopf mit einem Teil nahe einem Auspuffkanal; und eine Kraftstoffverteilerableitung auf, die im Wesentlichen dem Wassermantelteil nahe dem Auspuffkanal direkt nachgelagert ist, wobei die Kraftstoffverteilerableitung den Kraftstoffverteiler physisch kontaktiert. Der Motor weist ebenfalls einen Temperatursensor auf, der mit dem Motor gekoppelt ist, und eine Motorsteuereinheit (engine control unit, ECU), die elektronisch mit der Hauptwasserpumpe und dem Temperatursensor gekoppelt ist. Die ECU deaktiviert die Hauptwasserpumpe, wenn ein Signal von dem Temperatursensor anzeigt, dass Temperatur von Motorkühlmittel innerhalb des Motors unterhalb einer Grenzwerttemperatur ist. Bei einigen Ausführungsformen weist der Motor ebenfalls eine Hilfspumpe auf, die mit dem Motorkühlmittelkreislauf gekoppelt ist und elektronisch mit der ECU gekoppelt ist. Die ECU weist die Hilfspumpe an, Fluss in dem Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren, basierend darauf, dass die Temperatur des Motorkühlmittels innerhalb des Motors über der Grenzwerttemperatur liegt und die Hauptwasserpumpe deaktiviert ist. Der Auspuffkanal ist entweder: eine Auspufföffnung, die unmittelbar einem Motorzylinder nachgelagert ist, ein einzelner Auspuffkanal, der Abgase von einer Auspufföffnung ableitet oder ein kombinierter Auspuffkanal, in dem einzelne Auspuffkanäle zusammengefasst sind.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung: Kraftstoffeinspritzdüsen, die mit Motorzylindern gekoppelt sind, einen Kraftstoffverteiler, der Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzdüsen liefert, elektrische Heizelemente, die innerhalb der Kraftstoffeinspritzdüsen angeordnet sind, und einen Motorkühlmittelkreislauf, beinhaltend eine Wasserpumpe, um Motorkühlmittel durch einen Wassermantel in dem Motor zu zirkulieren. Eine Ableitung ist von dem Kühlmittelkreislauf an den Kraftstoffverteiler bereitgestellt. Ein Thermostat ist in der Ableitung des Kühlmittelkreislaufs angeordnet, der and den Kraftstoffverteiler geliefert wird. Das Thermostat ist ein mechanisches Thermostat, das bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur geschlossen ist, und offen bei einer Temperatur ist, die die vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Eine elektronische Steuereinheit ist mit den elektronischen Heizelementen gekoppelt. Die elektronische Steuereinheit veranlasst, dass die elektronischen Heizelemente bei Empfang einer Anzeige, dass der Motor kurz vor dem Starten steht, aktiviert werden. Die elektronische Steuereinheit ist mit einem Temperatursensor in Kontakt mit Motorkühlmittel gekoppelt und die elektronische Steuereinheit veranlasst, dass das Heizelement deaktiviert wird, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels eine Grenzwerttemperatur überschreitet. Die elektronische Steuereinheit ist mit einem Temperatursensor in Kontakt mit Motorkühlmittel gekoppelt, und die Aktivierung des elektrischen Heizelements basiert weiter darauf, dass die Temperatur des Motorkühlmittels unterhalb einer Grenzwerttemperatur ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schema eines Fahrzeugs;
2 ist eine schematische Darstellung eines Teils eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung; und
3 und 4 sind Ablaufdiagramme von Algorithmen zum Erhitzen von Kraftstoff.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Der Fachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale der veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren mit in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulichten Merkmalen kombiniert werden können, um alternative Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Jedoch können verschiedene Kombinationen und Modifikationen der mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung konsistenten Merkmale für spezielle Anwendungen oder Implementierungen gewünscht sein.
Ein Schema eines Fahrzeugs 10 ist gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung in 1 gezeigt. Motor 12 ist ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung, in dem die Kraftstoffeinspritzdüsen 16 direkt in die Verbrennungskammer sprühen. Alternativ ist der Motor ein Benzin- oder ein Dieselmotor mit Saugrohreinspritzung. Komprimierter Kraftstoff wird über eine Kraftstoffleitung 18 an einen Kraftstoffverteiler 14 geliefert, der sodann den Kraftstoff an Einspritzdüsen 16 zur Zuführung zu Verbrennungskammern von Motor 12 speist. Motor 12 weist einen Kühlmittelkreislauf auf, der mit Wassermänteln innerhalb Motor 12 gekoppelt ist. Der Kühlmittelkreislauf weist einen Radiator 20 zum Übertragen von Energie von Motorkühlmittel an die Luft und eine Hauptwasserpumpe 22, die direkt von Motor 12 angetrieben werden kann, zum Zirkulieren von Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf auf. Alternativ kann eine Kupplung (nicht gezeigt) zwischen Pumpe 22 und Motor 12 bereitgestellt sein, sodass Pumpe 22 beispielsweise während eines Motorkaltstarts, wenn Kühlung nicht gewünscht wird, deaktiviert werden kann. Bei noch einer weiteren Alternative kann Pumpe 22 elektrisch angetrieben werden, um Steuerung von Pumpe 22 vollständig unabhängig von Motor-12-Betrieb zu ermöglichen.
Eine Ableitung 24 ist weg dem Kühlmittelkreislauf bereitgestellt, um Kühlmittel an ein Rohr 28 nahe dem Kraftstoffverteiler 14 bereitzustellen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann Rohr 28: Kraftstoffverteiler 14 in einem linearen Kontakt kontaktieren, innerhalb Kraftstoffverteiler 14 bereitgestellt sein, sich um Kraftstoffverteiler 14 winden, integral mit Kraftstoffverteiler 14 gebildet sein usw. Rohr 28 und Kraftstoffverteiler 14 bilden einen Flüssigkeits-zu-Flüssigkeits-Wärmetauscher auf jede geeignete Art und Weise. Ableitung 24 kann ein Thermostat 26 beinhalten, das geschlossen ist, wenn die Temperatur bei Thermostat 26 geringer ist als eine vorbestimmte Sollwerttemperatur, und offen ist, wenn die Temperatur die Sollwerttemperatur überschreitet. Thermostat 26 kann ein Wachsmotorthermostat sein, wobei die Öffnungstemperatur von dem eingesetzten Wachs bestimmt wird. Alternativ kann Thermostat 26 ein Wachsmotorthermostat mit einem elektrischen Erhitzer sein, um geringe Steuerung über die Temperatur bereitzustellen, bei der sich Thermostat 26 öffnet. Ableitung 24 ist als abgehend von dem Kühlmantel von Motor 12 in 1 gezeigt, und insbesondere abgehend von der Nähe der Auspuffkanäle. Einige Motoren weisen einen integrierten Auspuffkrümmer auf, wobei der Auspuffkrümmer integral mit dem Zylinderkopf gegossen ist, wobei solch eine Konfiguration das Bereitstellen von Kühlmitteldurchläufen in dem Auspuffkrümmerteil des Zylinderkopfes erleichtert. Alternativ kann das Kühlmittel durch Bereitstellen von Kühlmitteldurchläufen zwischen dem Kopf und dem Auspuffkrümmer durch den Flansch, durch den sie gekoppelt sind, an einen getrennten Auspuffkrümmer bereitgestellt werden.
In einigen Fahrzeugen wird eine Stopp-Start-Strategie eingesetzt, sodass Motor 12 während einer ausgedehnten Leerlaufperiode, wie z. B. an einem Stoppschild, abgestellt werden kann. Um jedoch Komfort an Reisende in dem Fahrzeugteil bereitzustellen, wird eine elektrisch angetriebene Hilfswasserpumpe 56 betätigt, um Fluss durch einen Luft-zu-Flüssigkeits-Wärmetauscher (58), herkömmlich als ein Heizkern bezeichnet, während der Abstellperiode bereitzustellen. In so ausgerüsteten Fahrzeugen verlässt Kühlmittel Rohr 28 nahe dem Kraftstoffverteiler 14. Während eines Kaltstarts kann die Hauptwasserpumpe 22 deaktiviert sein, um eine Zeitperiode zu ermöglichen, während derer es dem Kühlmittel in Motor 12 ermöglicht wird, sich aufzuwärmen. Danach kann Hilfspumpe 56 aktiviert werden, um einen Rieselfluss von Kühlmittel durch Motor 12 bereitzustellen, sodass Kühlmittel in dem Zylinderkopf nahe den Auspuffkanälen direkt an Rohr 28 nahe dem Kraftstoffverteiler 14 bereitgestellt wird.
Eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU) 30 ist an Bord von Fahrzeug 10 bereitgestellt. ECU 30 kann eine einzelne Einheit oder kann mehrere Einheiten sein, die verteilte EDV bereitstellen. ECU 30 ist mit verschiedenen Sensoren und Stellantrieben gekoppelt. Eine nicht-erschöpfende Aufzählung beinhaltet: einen Motorkühlmittelsensor 32, ein oder mehrere elektrische Heizelemente (nicht gezeigt) in Kraftstoffverteiler 14 und elektrische Heizelemente (nicht gezeigt) in Kraftstoffeinspritzdüsen 16. Bei einer Ausführungsform sind elektrische Heizelemente an beiden Stellen bereitgestellt, in Kraftstoffeinspritzdüsen 16 und Kraftstoffverteiler 14. Alternativ sind elektrische Heizelemente an nur einer der beiden Stellen bereitgestellt.
ECU 30 ist mit anderen Sensoren und Stellantrieben 60 gekoppelt. Diese können u. a. Temperatursensoren (zum Messen von Umgebung, Motorkühlmittel, Öl usw.), Drucksensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren, Näherungssensoren und Kurbelwellensensoren sowie Stellantriebe zum Steuern von Hilfswasserpumpe 56, Drosselventilposition, AGR-Ventilposition, Zündtaktung, Einspritzdüsenöffnung, anderen Ventilpositionen, Erhitzer, Ventiltaktung usw. beinhalten. ECU 30 kann mehrere Prozessoren umfassen, ist allerdings in 1 aus Komfortgründen als eine einzelne Einheit gezeigt.
Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung werden elektrische Heizelemente aktiviert, wenn der Motor kurz vor dem Starten steht. Es ist wünschenswert, etwas Vorlaufzeit zu haben, um genügend Zeit zum Erhitzen des Kraftstoffs bereitzustellen, der kurz davor steht, in den Motor eingespritzt zu werden. Eine Anzeige, dass Motor 12 kurz vor dem Starten steht, kann erschlossen oder bestimmt werden, basierend auf verschiedenen Aktivitäten des Fahrzeugfahrers.
Bei einer Ausführungsform wird erschlossen, dass Motor 12 kurz vor dem Starten steht, basierend auf dem Öffnen einer Tür 42 des Fahrzeugs 10, insbesondere der Fahrertür. Ein Steckerschloss 44, oder jedes andere geeignete Schloss, wird heruntergedrückt, wenn Tür 42 geschlossen ist. Basierend auf einem Signal von Schloss 44 kann der Status der Tür 42 bestimmt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Status einer Türverriegelung 46 verwendet werden, um zu erschließen, dass Motor 12 alsbald angelassen wird. Bei solch einer Ausführungsform wird das Entriegeln von Türverriegelung 46 als eine Anzeige erachtet, dass Betrieb von Motor 12 alsbald angewiesen werden wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Nähe von Schlüsselanhänger 48 zu Fahrzeug 10 als eine Anzeige von bevorstehendem Motorbetrieb verwendet. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird das Durchtreten von Bremspedal 50 gemessen, und wird als eine Anzeige von Motorbetrieb verwendet. In vielen Fahrzeugen beruht das Motoranlassen auf dem Durchtreten des Bremspedals. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird der Status eines Zündschlosses 52 verwendet, um einen Wunsch hinsichtlich Motorbetrieb zu bestimmen. Zündschloss 52 kann ein schlüsselbetriebenes Schloss sein. Alternativ kann Zündschloss 52 ein drückknopfbetriebenes Schloss sein, das nur betrieben werden kann, wenn eine angemessene RFID (radio frequency identification) innerhalb des Fahrzeugs ist. Es ist wünschenswert, etwas Vorlaufzeit zu haben, um elektrisches Erhitzen an Kraftstoff in den Einspritzdüsen und/oder in dem Kraftstoffverteiler bereitzustellen. Anzeigen von Motoranlassen, wie z. B. Türöffnen oder die gewisse Nähe des Schlüsselanhängers zu dem Fahrzeug, während der Bereitstellung von mehr Vorlaufzeit als andere Optionen, sind jedoch keine gewissen Anzeigen für das bevorstehende Starten des Fahrzeugs. Wenn jedoch Kraftstofferhitzung auf solchen Indikatoren basiert, kann der Kraftstoff an dem Kraftstoffverteiler oder den Einspritzdüsen ein paar Mal erhitzt werden, wenn der Motor im Anschluss nicht gestartet wird. Durchtreten des Bremspedals ist ein gewisserer Indikator, dass der Motor alsbald angelassen wird. Dies stellt jedoch weniger Vorlaufzeit als andere Indikatoren bereit. Es ist klar ersichtlich, dass es einen Kompromiss zwischen den verschiedenen Indikatoren gibt, und dass ein geeigneter Indikator von der spezifischen Anwendung abhängig sein kann.
Eine schematische Darstellung eines einzelnen Zylinders 68 eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung 70 ist in 2 gezeigt. Motor 70 beinhaltet einen Zylinderblock 69 und einen Zylinderkopf 71. Ein Kolben 72 bewegt sich in Zylinder 68 auf und ab. Frischluft wird durch einen Motoreinlass 74 geliefert. Fluss von Frischluft in Zylinder 68 wird durch Einlassventil 76 reguliert. Abgas wird in einen Motorauspuff 78 ausgeschieden und durch Auslassventil 80 reguliert. Motor 70 weist einen Kühlmantel auf, der in sowohl dem Zylinderblock als auch Zylinderkopf bereitgestellt ist. In 2 werden ein erster Teil 82 des Kühlmantels, der nahe der Motorauspufföffnung 77 lokalisiert ist, und Auspuffkanal 78 schnell durch Abgase erhitzt, die durch Auspufföffnung 77 und Auspuffkanal 78 passieren. Der Teil von Kühlmantel 82 wird im Wesentlichen direkt zu einem Rohr 84 nahe einem Kraftstoffverteiler 86 geleitet. Der Kühlmantel beinhaltet andere Teile nahe dem Einlass (nicht gezeigt) und einen Teil 83 in Zylinderblock 69.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Ansaugkrümmer integral zu dem Zylinderkopf und ist daher nicht als ein getrenntes Element gezeigt. In einem Auspuffkrümmer können ein oder mehr Auspuffkanäle pro Zylinder in einen einzelnen Kanal vor Austritt aus dem Auspuffkrümmer zusammengefasst werden. So ein Zusammenfassen von Auspuffkanälen findet innerhalb des Zylinderkopfs mit einem integrierten Auspuffkrümmer statt. Bei der vorliegenden Offenbarung bezieht sich Auspuffkanal auf jegliche Auspufföffnung, die direkt nachgelagert zu der Verbrennungskammer ist, wobei einzelne Auspuffkanäle von Auspufföffnungen weg führen, und auf kombinierte Auspuffkanäle, in denen einzelne Auspuffkanäle verbunden sind.
Bei Ausführungsformen mit einem elektrischen Heizelement kann ein Thermostat 88 in einer Kühlmittelleitung 90 bereitgestellt sein, die Kühlmittel von Motor 70 an Kraftstoffverteiler 86 leitet. Bei solch einer Ausführungsform kann es wünschenswert für ein Thermostat sein, Fluss von Kühlmittel unmittelbar nach einem Kaltstart zu verhindern, wenn das Kühlmittel sogar in der Nähe des Auspuffkanals kühl genug ist, sodass es Energie von dem elektrisch erhitzten Kraftstoffverteiler ziehen würde, anstatt der gewünschten Energiezugabe.
Ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus der vorliegenden Offenbarung ist in 3 gezeigt. Der Algorithmus beginnt in 100. In 102 wird bestimmt, ob eine Anzeige eines bevorstehenden Motorbetriebs empfangen wurde. Wie vorstehend beschrieben, kann die Anzeige auf irgendeiner einzelnen oder vielen Alternativen basieren. Oder die Anzeige kann auf einer Kombination von mehreren Indikatoren basieren. Wenn bestimmt wird, dass Motoranlassen bevorsteht, geht die Steuerung weiter zu 104, wobei die Kraftstofftemperatur mit einer Grenzwerttemperatur verglichen wird. Kraftstofftemperatur kann auf einem Temperatursensor in dem Kraftstoffsystem nahe dem Kraftstoffverteiler/Kraftstoffeinspritzdüsen basieren.
Alternativ kann die Kraftstofftemperatur auf anderen Temperatursensoren, wie z. B. Motorkühlmitteltemperatur und Umgebungslufttemperatur, und einem Wärmetransfermodell basieren. Wenn die Kraftstofftemperatur höher ist als eine Grenzwerttemperatur, ist dies eine Anzeige, dass der Motor und/oder der Kraftstoff warm von vorherigem Betrieb ist, und daher wird kein weiteres Erhitzen des Kraftstoffs angezeigt. Steuerung geht in diesem Fall weiter zu 106, wobei Motorbetrieb über die normale Motorstrategie gesteuert wird. Wenn die bestimmte oder erschlossene Kraftstofftemperatur weniger als die Grenzwerttemperatur ist, geht Steuerung weiter zu 108, wobei die elektrischen Heizelemente aktiviert werden. Steuerung geht weiter zu Entscheidungsblock 110, wobei die Temperatur des Motorkühlmittels mit einer Grenzwerttemperatur verglichen wird. Wenn Motorkühlmittel ausreichend warm ist, können die elektrischen Heizelemente abgeschaltet werden und Kraftstofferhitzung wird von Motorkühlmittel bereitgestellt, das an einen Flüssigkeits-zu-Flüssigkeits-Wärmetauscher nahe dem Kraftstoffverteiler bereitgestellt wird (wobei Kraftstoff eine Flüssigkeit und Motorkühlmittel die andere Flüssigkeit ist). Wenn die Temperatur die Grenzwerttemperatur überschreitet, werden in Block 112 die elektrischen Heizelemente deaktiviert. Steuerung geht sodann für normalen Betrieb weiter zu Block 106.
Wie vorstehend beschrieben, abhängig von dem Indikator, der zum Bestimmen des Motorstarts verwendet wird, kann es einige falsche Anzeigen hinsichtlich Motorstart geben. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird das Erhitzen des Kraftstoffs durch die elektrischen Heizelemente abgeschaltet, wenn nach einer vorbestimmten Zeit, nach Empfang der Anzeige eines bevorstehenden Motoranlassens, kein solches Anlassen stattgefunden hat.
Bei einigen Ausführungsformen können Haupt- und Hilfswasserpumpen bereitgestellt sein, um Kühlmittel zu zirkulieren, wobei beide davon in der Lage sind, deaktiviert zu werden. In 4 ist ein Algorithmus zum Steuern der Pumpen gezeigt, der in 150 startet. In Entscheidungsblock 152 wird bestimmt, ob die Temperatur des Kühlmittels in dem Motor größer als ein erster Grenzwert ist. Die Temperatur von Kühlmittel in dem Motor kann bestimmt werden, basierend auf einer Kombination von Signalen von Temperatursensoren und Wärmeübertragungsmodellen. Wenn die Temperatur über dem Schwellenwert liegt, geht Steuerung weiter zu Block 154, wobei die Hauptpumpe ein und die Hilfspumpe aus ist. Bei einem negativen Ergebnis in 152 geht Steuerung weiter zu Entscheidungsblock, um zu bestimmen, ob Temperatur des Kühlmittels in dem Motor größer ist als ein zweiter Grenzwert. Wenn nicht sind beide Pumpen aus. Bei einem positiven Ergebnis in Block 156 geht Steuerung weiter zu Block 160, wobei die Hauptpumpe deaktiviert und die Hilfspumpe aktiviert ist. Von Blöcken 154, 158 und 160 geht Steuerung weiter zu Entscheidungsblock 152. In einigen Situationen, besonders in einem Stopp-Start-Fahrzeug, kann die Temperatur in dem Motor während einer langen Zeitdauer fallen, sodass durchgängiges Überwachen angemessen sein kann.
Während die beste Art im Detail beschrieben worden ist, werden diejenigen, die mit der Technik vertraut sind, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen im Rahmen der folgenden Ansprüche erkennen. Während eine oder mehr Ausführungsformen als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen und/oder dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehr gewünschten Eigenschaften beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann, dass Kompromisse unter verschiedenen Merkmalen gemacht werden können, um gewünschte Systemattribute zu erreichen, die von der speziellen Anwendung oder Implementierung abhängen können. Diese Attribute umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Instandsetzungskosten während der Nutzungsdauer, Absetzbarkeit, Erscheinungsform, Aufmachung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Die Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert relativ zu anderen Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Umfangs der Offenlegung, wie sie beansprucht wird.

Claims

Benzinmotor mit Direkteinspritzung, umfassend: einen Kraftstoffverteiler; Kraftstoffeinspritzdüsen, die mit dem Kraftstoffverteiler gekoppelt sind, und Kraftstoff an Motorzylinder liefern; und einen Motorkühlmittelkreislauf, einschließlich einer Kühlmittelpumpe, um Kühlmittel durch einen Kühlmittelmantel in dem Motor zu zirkulieren, wobei eine Kraftstoffverteilerableitung von dem Kühlmittelkreislauf an den Kraftstoffverteiler bereitgestellt ist, und wobei die Kraftstoffverteilerableitung mit einem Teil des Kühlmittelkreislaufs nahe einem Auspuffkanal gekoppelt ist.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffableitung Kühlmittel im Wesentlichen direkt von dem Teil nahe dem Auspuffkanal bereitgestellt wird.
Motor nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU), die elektronisch mit dem Motor und der Kühlmittelpumpe gekoppelt ist, die eine Hauptwasserpumpe ist; und eine Hilfskühlmittelpumpe, die mit dem Motorkühlmittelkreislauf gekoppelt ist und elektronisch mit der ECU gekoppelt ist, wobei die ECU die Hilfswasserpumpe anweist, Fluss in dem Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren, basierend darauf, dass Temperatur des Motorkühlmittels innerhalb des Motors über einer ersten Grenzwerttemperatur und unter einer zweiten Grenzwerttemperatur liegt.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Teil der Kraftstoffverteilerableitung, der in physischem Kontakt mit dem Kraftstoffverteiler ist, integral zu dem Kraftstoffverteiler ist.
Motor nach Anspruch 1, weiter umfassend: ein elektrisches Heizelement, das innerhalb des Kraftstoffverteilers angeordnet ist; und ein Thermostat, das in der Ableitung des Kühlmittelkreislaufs angeordnet ist, der and die Kraftstoffzuführung geliefert wird.
Motor nach Anspruch 5, wobei das Thermostat ein mechanisches Thermostat ist, das bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur geschlossen ist, und offen bei einer Temperatur ist, die die vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Motor nach Anspruch 5, weiter umfassend: eine elektronische Steuereinheit, die mit dem elektrischen Heizelement gekoppelt ist, wobei die elektrische Steuereinheit das elektrische Heizelement veranlasst, bei Empfang einer Anzeige, dass der Motor kurz vor dem Starten steht, aktiviert zu werden.
Motor nach Anspruch 5, wobei die elektronische Steuereinheit mit einem Temperatursensor gekoppelt ist, der in Kontakt mit Motorkühlmittel ist, und die elektronische Steuereinheit veranlasst, dass das Heizelement deaktiviert wird, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels eine Grenzwerttemperatur überschreitet.
Benzinmotor mit Direkteinspritzung, umfassend: einen Kraftstoffverteiler; und einen Motorkühlmittelkreislauf, beinhaltend: eine Hauptwasserpumpe, um Kühlmittel zu zirkulieren; einen Wassermantel in dem Motor in dem Zylinderkopf mit einem Teil nahe einem Auspuffkanal; und eine Kraftstoffverteilerableitung, die im Wesentlichen dem Wassermantelteil nahe dem Auspuffkanal direkt nachgelagert ist, wobei die Kraftstoffverteilerableitung den Kraftstoffverteiler physisch kontaktiert.
Motor nach Anspruch 9, weiter umfassend: einen Temperatursensor, der mit dem Motor gekoppelt ist; und eine Motorsteuereinheit (engine control unit, ECU), die elektronisch mit der Hauptwasserpumpe und dem Temperatursensor gekoppelt ist, wobei die ECU die Hauptwasserpumpe deaktiviert, wenn ein Signal von dem Temperatursensor anzeigt, dass Temperatur des Motorkühlmittels innerhalb des Motors unterhalb einer Grenzwerttemperatur ist.
Motor nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine Hilfspumpe, die mit dem Motorkühlmittelkreislauf gekoppelt ist und elektronisch mit der ECU gekoppelt ist, wobei die ECU die Hilfspumpe anweist, Fluss in dem Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren, basierend darauf, dass Temperatur des Motorkühlmittels innerhalb des Motors über der Grenzwerttemperatur liegt und die Hauptwasserpumpe deaktiviert ist.
Motor nach Anspruch 10, wobei der Auspuffkanal zumindest eines umfasst von: eine Auspufföffnung, die unmittelbar einem Motorzylinder nachgelagert ist, ein einzelner Auspuffkanal, der Abgase von einer Abgasöffnung ableitet, und ein kombinierter Auspuffkanal, in den einzelne Auspuffkanäle zusammengefasst sind.
Motor nach Anspruch 9, wobei zumindest ein Teil der Kraftstoffverteilerableitung integral zu dem Kraftstoffverteiler ist.
Motor nach Anspruch 12, wobei die einzelnen Auspuffkanäle und der kombinierte Auspuffkanal einen Auspuffkrümmer umfassen, und wobei der Auspuffkrümmer ein integrierter Auspuffkrümmer ist.
Benzinmotor mit Direkteinspritzung, umfassend: Kraftstoffeinspritzdüsen, die mit Motorzylindern gekoppelt sind; einen Kraftstoffverteiler, der Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzdüsen liefert; und einen Motorkühlmittelkreislauf, umfassend: eine Wasserpumpe; einen Wassermantel innerhalb des Motors und mit einem Teil nahe einem Auspuffkanal des Motors; und eine Ableitung von dem Kühlmittelkreislauf nahe dem Kraftstoffverteiler.
Motor nach Anspruch 15, wobei die Ableitung des Kühlmittelkreislaufs nahe dem Kraftstoffverteiler im Wesentlichen dem Teil nahe einem Auspuffkanal des Motors unmittelbar nachgelagert ist.
Motor nach Anspruch 15, weiter umfassend: ein elektrisches Heizelement, das in der Ableitung des Kühlmittelkreislaufs nahe dem Kraftstoffverteiler angeordnet ist; und ein Thermostat, das in der Kühlmittelkreislaufableitung angeordnet ist, die dem Kraftstoffverteiler geliefert wird, wobei das Thermostat ein mechanisches Thermostat ist, das bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur geschlossen ist, und offen bei einer Temperatur ist, die die vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Motor nach Anspruch 17, weiter umfassend: eine elektronische Steuereinheit, die mit den elektrischen Heizelementen gekoppelt ist, wobei die elektronische Steuereinheit das elektrische Heizelement veranlasst, bei Empfang einer Anzeige, dass der Motor kurz vor dem Starten steht, aktiviert zu werden.
Motor nach Anspruch 18, wobei die elektronische Steuereinheit mit einem Temperatursensor in Kontakt mit Motorkühlmittel gekoppelt ist, und die elektronische Steuereinheit veranlasst, dass das Heizelement deaktiviert wird, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels eine Grenzwerttemperatur überschreitet.
Motor nach Anspruch 15, weiter umfassend: eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU), die elektronisch mit dem Motor und der Wasserpumpe gekoppelt ist, die eine Hauptwasserpumpe ist; und eine Hilfswasserpumpe, die mit dem Motorkühlmittelkreislauf gekoppelt ist und elektronisch mit der ECU gekoppelt ist, wobei die ECU die Deaktivierung der Hauptwasserpumpe anweist, basierend darauf, dass die Temperatur des Kühlmittels innerhalb des Motors unter einer ersten Grenzwerttemperatur liegt, und die ECU die Hilfswasserpumpe anweist, Fluss in dem Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren, basierend darauf, dass Temperatur des Motorkühlmittels innerhalb des Motors unter der ersten Grenzwerttemperatur und über einer zweiten Grenzwerttemperatur liegt.