DE102012221709A1

DE102012221709A1 - Verfahren zur reduzierung von durch einen motor gebildetem russ

Info

Publication number: DE102012221709A1
Application number: DE102012221709A
Authority: DE
Inventors: Vincent Edward Mariucci
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-06-13
Also published as: CN103147865B; CN103147865A; US20130151119A1; RU2012149959A; US9243580B2; RU2609024C2

Abstract

Ein Motorsystem und Verfahren zur Reduzierung von durch einen Motor gebildetem Ruß wird offenbart. In einem Beispiel wird während des Spülens von gespeicherten Kraftstoffdämpfen eine Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen zu einem Zylinder während eines Zylinderzyklus maximiert, um Rußbildung zu reduzieren. Das System und das Verfahren können Rußbildung in einem Motor reduzieren.

Description

Ruß kann in einem Motor gebildet werden, in dem Kraftstoff direkt zu Zylindern des Motors gespritzt wird. Insbesondere kann sich Ruß bilden, wenn Kraftstoff zu einem Motorzylinder gespritzt wird, während der Motor mit höheren Drehzahlen und Lasten in Betrieb ist. Der Ruß kann sich aus einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen bilden, da weniger Zeit zur Verfügung steht, um zu dem Zylinder bei höheren Motordrehzahlen gespritzten Kraftstoff zu zerstäuben. Rußbildung kann auch durch Einleiten von Kohlenwasserstoffen zu dem Zylinder über Spülen von in einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gespeicherten Kraftstoffdämpfen beeinflusst werden. Da die gespülten Kraftstoffdämpfe mit in den Motor eintretender Luft vermischt werden können, bevor die Luft in den Zylinder eintritt, kann es insbesondere für zu dem Zylinder gespritzten Kraftstoff schwieriger sein, zu verdampfen und sich mit dem in den Zylinder eintretenden Luft-Kraftstoff-Gemisch zu vermischen. Folglich kann eine durch einen Motor erzeugte Rußmenge zunehmen, wenn gespeicherte Kraftstoffdämpfe zum Motor gespült werden.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die oben erwähnten Beschränkungen erkannt und hat ein Verfahren zum Betrieb eines Motors entwickelt, umfassend: Zuführen einer Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu einem Zylinder und Einstellen einer Anzahl von Kraftstoffimpulsen, die dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil während eines Zyklus des Zylinders zugeführt werden, als Reaktion auf die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter während des Zylinderzyklus zugeführte Kraftstoffmenge.
Durch Zuführen von Kraftstoff zu einem Zylinder in mehreren Kraftstoffimpulsen, während Kraftstoff auch über einen Kraftstoffdampfspeicherbehälter dem Zylinder zugeführt wird, kann es möglich sein, Rußbildung in den Verbrennungsprodukten des Zylinders zu reduzieren. Insbesondere kann die Rußbildung eines Zylinders durch Durchführen von mehreren Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus reduziert werden. In einem Beispiel können mehrere Kraftstoffimpulse, die einem Zylinder während eines Zylinderzyklus zugeführt werden, maximiert werden, um Kraftstoffverdampfung zu fördern, obgleich ein aus Luft und Kraftstoff bestehendes Gemisch über ein Einlassventil des Zylinders in den Zylinder eintritt.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann der Lösungsansatz eine reduzierte Rußbildung in Verbrennungsnebenprodukten bereitstellen. Darüber hinaus kann das Verfahren Motorsystemkosten reduzieren, indem die Möglichkeit der Notwendigkeit des Vorsehens einer Partikelfalle für den Motor reduziert wird. Wenn das Motorsystem einen Partikelfilter enthält, muss der Partikelfilter weiterhin möglicherweise weniger oft regeneriert werden, wenn der Lösungsansatz angewendet wird.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors;
2 zeigt eine beispielhafte Kraftstoffeinspritzventiltransferfunktion;
3 und 4 zeigen beispielhafte Kraftstoffeinspritzungssequenzen, wenn Kraftstoffdämpfe einem Zylinder zugeführt werden; und
5 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Motors.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zylinder zur Reduzierung von Rußbildung in dem Zylinder. In einem Beispiel kann ein Kraftstoffeinspritzventil, das einem Zylinder eines Motors Kraftstoff zuführt, wie in 1 gezeigt, gemäß der Beschreibung eingestellt werden. Die Steuerung des Öffnens des Kraftstoffeinspritzventils kann wie in den 3 und 4 gezeigt eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Steuerung des Öffnens des Kraftstoffeinspritzventils auf einer Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils basieren, wie in 2 gezeigt. Das Verfahren von 5 kann die Grundlage zur Einstellung des Kraftstoffeinspritzventilbetriebs gemäß der Darstellung in den 3 und 4 sein.
Auf 1 Bezug nehmend, wird ein mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, umfassender Verbrennungsmotor 10 durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 steht in der Darstellung über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Als Alternative dazu können ein oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und -ankeranordnung betätigt werden. Die Phase des Einlassnockens 51 und des Auslassnockens 53 kann über Nockenphasenaktuatoren 59 und 69 eingestellt werden. Die Stellung des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Stellung des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
In der Darstellung ist das Kraftstoffeinspritzventil 66 so positioniert, dass es den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite von der Steuerung 12. Kraftstoff wird von einem Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank 140, eine Kraftstoffpumpe 142, eine Kraftstoffleitung 141 und eine (nicht gezeigte) Kraftstoff-Verteilerleitung enthält, an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 erhält Betriebsstrom von der Steuerung 12. Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank 140 können in dem Kraftstoffdampfbehälter 144 gespeichert werden, der Aktivkohle 146 oder andere Kohlenwasserstoffspeichermedien enthält. Kraftstoffdämpfe treten aus dem Kraftstofftank 140 über die Leitung 151 in den Kraftstoffdampfspeicherbehälter 144 ein, wenn das Lüftungsventil 150 geöffnet ist oder wenn Kraftstoffdämpfe über die Spülleitung 143 und das Spülventil 148 in den Einlasskrümmer 44 gesaugt werden. Darüber hinaus steht der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung mit einer wahlweisen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Stellung der Drosselklappenplatte 64 verstellt, um Luftstrom vom Lufteinlass 42 zu steuern.
Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert über eine Zündkerze 92 als Reaktion auf die Steuerung 12 einen Zündfunken zur Brennkammer 30. Die Zündanlage 88 kann während jedes Zylinderzyklus einen einzelnen oder mehrere Funken zu jedem Zylinder liefern. Des Weiteren kann die Zeitsteuerung des über die Zündanlage 88 zugeführten Funkens bezüglich der Kurbelwellenzeitsteuerung als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen nach früh oder nach spät verstellt werden.
In der Darstellung ist eine Universal-Lambdasonde 126 (UEGO-Sonde, UEGO – Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt) stromaufwärts einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 70 mit dem Auslasskrümmer 48 verbunden. Als Alternative dazu kann anstelle der UEGO-Sonde 126 eine Zweizustands-Lambdasonde eingesetzt werden. In einigen Beispielen handelt es sich bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 70 um einen Partikelfilter und/oder einen Dreiwegekatalysator. In anderen Beispielen handelt es sich bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 70 lediglich um einen Dreiwegekatalysator.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 erhält in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter: die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zur Erfassung der durch den Fuß 132 eingestellten Fahrpedalposition; einen Klopfsensor zur Bestimmung der Zündung von Endgasen (nicht gezeigt); eine Messung eines Einlasskrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 121; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor eintretenden Luftmasse vom Sensor 120 (zum Beispiel einen Heißdrahtluftmengenmesser); und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
In einigen Beispielen kann der Motor mit einem Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon haben. Des Weiteren können bei anderen Ausführungsformen andere Motorkonfigurationen eingesetzt werden, zum Beispiel ein Dieselmotor.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel beschrieben wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
1 zeigt ein System zur Steuerung eines Motors, umfassend: einen Motor; einen Kraftstoffdampfspeicherbehälter; ein Kraftstoffeinspritzventil, das einem Zylinder des Motors Kraftstoff zuführt; eine Steuerung, die Anweisungen zur Einspritzung von Kraftstoff zu dem Zylinder in mehreren Kraftstoffimpulsen während eines Zyklus des Zylinders enthält, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zur Zuführung von Kraftstoff zu dem Zylinder über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter enthält, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zur Einstellung der Anzahl von Kraftstoffimpulsen während eines Zylinderzyklus als Reaktion auf eine gelieferte Kraftstoffmenge, wenn das Kraftstoffeinspritzventil mit einer Mindestimpulsbreite betrieben wird, enthält. Auf diese Weise kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus mit einem Kennwert des Kraftstoffeinspritzventils in Beziehung gesetzt werden.
Weiterhin umfasst das System zusätzliche Anweisungen zur Maximierung der Anzahl von Kraftstoffimpulsen während des Zylinderzyklus. In einigen Beispielen umfasst das System weiterhin ein Lufteinlasssystem, das den Zylindern des Motors Luft zuführt, und wobei der Kraftstoffdampfspeicherbehälter mit dem Lufteinlasssystem in Verbindung steht. Das System umfasst weiterhin ein Kraftstoffdampfspülventil; und wobei die Steuerung weiterhin Anweisungen zur Einstellung eines Tastverhältnisses des Kraftstoffdampfspülventils zwecks Einstellung des Stroms von Kraftstoffdämpfen zu dem Zylinder enthält. Weiterhin umfasst das System zusätzliche Anweisungen zur Verringerung der Impulsbreite mindestens eines Kraftstoffimpulses als Reaktion auf eine dem Zylinder über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter zugeführte Kraftstoffmenge. Des Weiteren umfasst das System zusätzliche Anweisungen zur Verringerung der Anzahl von Kraftstoffimpulsen, die dem Zylinder zugeführt werden, wenn mindestens ein dem Zylinder zugeführter Kraftstoffimpuls eine Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils aufweist.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird ein simuliertes beispielhaftes Diagramm einer Transferfunktion für ein Kraftstoffeinspritzventil gezeigt. Die X-Achse stellt die Kraftstoffeinspritzventilimpulsbreite dar, wobei dem Kraftstoffeinspritzventil eine Nennspannung zugeführt wird. Zum Beispiel kann einem für 14 Volt ausgelegten Kraftstoffeinspritzventil ein 5-ms-14-Volt-Impuls zugeführt werden, um das Kraftstoffeinspritzventil zu öffnen und einem Zylinder Kraftstoff zuzuführen. Die Y-Achse stellt die Kraftstoffmasse dar, die durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, wenn dem Kraftstoffeinspritzventil Spannung auf der Nennspannung zugeführt wird. Die Transferfunktion von 2 kann dazu eingestellt werden, wenn dem Kraftstoffeinspritzventil eine Spannung zugeführt wird, die kleiner als oder größer als die Einspritzventilnennspannung ist. Zum Beispiel kann die eingespritzte Kraftstoffmasse reduziert werden, wenn dem Kraftstoffeinspritzventil eine 10-Volt-5-ms-Impulsbreite zugeführt wird. Die Transferfunktion von 2 kann für das in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil 66 repräsentativ sein. Des Weiteren kann die Transferfunktion von 2 im Speicher der in 1 gezeigten Steuerung 12 gespeichert sein.
2 zeigt, dass die Kraftstoffmasse im Wesentlichen null ist, bis die Mindestkraftstoffimpulsbreite 202 erreicht ist. In einigen Beispielen kann das Kraftstoffeinspritzventil eine geringe Kraftstoffmenge einspritzen, die für Kraftstoffimpulsbreiten unter der Mindestkraftstoffimpulsbreite nicht wiederholbar ist. Deshalb wird das Kraftstoffeinspritzventil nicht mit Kraftstoffimpulsbreiten betrieben, die kleiner sind als die Mindestkraftstoffimpulsbreite. Nachdem dem Einspritzventil ein Kraftstoffimpuls zugeführt worden ist, der mindestens die Mindestkraftstoffimpulsbreite aufweist oder größer ist, vergrößert sich die eingespritzte Kraftstoffmasse von dem Kraftstoffeinspritzventil linear mit Zunahme der Kraftstoffimpulsbreite. Die eingespritzte Mindestkraftstoffmasse wird in der Darstellung durch den Abstand 204 gezeigt. Die eingespritzte Mindestkraftstoffmasse entspricht der Mindestkraftstoffimpulsbreite. Es sei darauf hingewiesen, dass die eingespritzte Mindestkraftstoffmasse und die Mindestkraftstoffimpulsbreite konstruktionstechnische Überlegungen sind und von einer Kraftstoffeinspritzventilkonstruktion zur anderen Kraftstoffeinspritzventilkonstruktion variieren können.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird eine simulierte Kraftstoffeinspritzsequenz bei Verstärkung des Spülens von Kraftstoffdämpfen aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gezeigt. Die Sequenz von 3 kann durch das Verfahren von 5 bereitgestellt werden, das über Anweisungen der Steuerung 12 im System von 1 ausgeführt wird.
Das erste Diagramm von oben in 3 stellt Hübe des Zylinders Nummer 1 eines Vierzylinder-Viertaktmotors mit einer Zündfolge von 1-3-4-2 dar. Der Auslasshub wird als EXH abgekürzt, während die jeweiligen Ansaug-, Verdichtungs- und Arbeitshübe mit INT (Ansaughub), COMP (Verdichtungshub) und EXP (Arbeitshub) abgekürzt werden.
Das zweite Diagramm von oben in 3 stellt die Steuerung von Kraftstoffeinspritzungsereignissen während der jeweiligen Zylinderhübe des ersten Diagramms von oben von 3 dar. Die eingespritzte Kraftstoffmasse vergrößert sich mit zunehmender Impulsbreite. Die Einspritzventileinschaltzeit oder -impulsbreite wird als Impuls ähnlich 302 gezeigt. Die Einspritzventilausschaltzeit wird durch Fehlen von Impulsen ähnlich der Zeit bei 304 gezeigt. Ebenso verringert sich die Masse des eingespritzten Kraftstoffes mit abnehmender Impulsbreite.
Das dritte Diagramm von oben von 3 stellt eine aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter, wie zum Beispiel 144 von 1, in den Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfspülkraftstoffmenge dar. Die in den Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffmasse nimmt in Richtung des Pfeils der Y-Achse zu.
Die Folge wird über mehr als drei Zyklen des Zylinders gezeigt; jedoch können die in der Folge gezeigten Ereignisse während des Spülens eines Kraftstoffdampfspeicherbehälters über mehrere Minuten erfolgen. Des Weiteren treten das erste, das zweite und das dritte Diagramm von 3 gleichzeitig und in der gleichen Zeitskala auf.
Die Folge startet zum Zeitpunkt T₀, bei dem der Motor läuft und der Zylinder Nummer eins einen Auslasshub beginnt. Es wird zum Zeitpunkt T₀ kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gespült, und während des Auslasshubs liegt keine Kraftstoffeinspritzung vor.
Zum Zeitpunkt T₁ tritt der Zylinder Nummer eins in einen Ansaughub ein, und Kraftstoffeinspritzung zu Zylinder Nummer eins beginnt. Zum Zeitpunkt T₁ wird kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gespült.
Bei höheren Motordrehzahlen und -lasten kann Kraftstoff, der direkt zu einem Zylinder gespritzt wird, während der Verbrennung Ruß in dem Zylinder bilden. Eine Art und Weise der Reduzierung oder Begrenzung von Ruß von Kraftstoff, der direkt zu einem Zylinder gespritzt wird, kann darin bestehen, eine Sollkraftstoffmenge in so vielen Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus wie möglich einzuspritzen. Zum Beispiel kann ein einziger 5-ms-Kraftstoffimpuls in fünf 1-ms-Impulse unterteilt werden, um Kraftstoffmischung zu verbessern und in einem Zylinder während der Verbrennung gebildeten Ruß zu reduzieren. Die zusätzlichen Kraftstoffeinspritzungen können dabei helfen, Kraftstoffmischung zu fördern, so dass sich in dem Zylinder Nummer eins weniger Ruß bilden kann. Die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einem Zylinderzyklus kann jedoch durch die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils und/oder eine Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils begrenzt sein. In einigen Beispielen kann die Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils als eine Zeitdauer definiert werden, während der dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführte Energie unterdrückt werden muss, damit Kraftstofffluss von dem Einspritzventil zwischen Kraftstoffeinspritzungen angehalten wird. In diesem Beispiel kann die Sollkraftstoffmenge dem Zylinder in vier Kraftstoffeinspritzungen zugeführt werden, die den Ansaughub des Zylinders Nummer eins überspannen. In anderen Beispielen kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen jedoch auf Grundlage der Motordrehzahl, der Mindesteinschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils und der Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils erhöht oder verringert werden. Zum Zeitpunkt T₁ wird kein Kraftstoff von dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gespült, so dass sämtlicher in den Zylinder Nummer eins eintretender Kraftstoff über das alleinige Kraftstoffeinspritzventil erfolgt, das dem Zylinder Nummer eins Kraftstoff zuführt.
Zwischen dem Zeitpunkt T₁ und dem Zeitpunkt T₂ beginnt sich das Spülsteuerventil zu öffnen, und Kraftstoffdampf beginnt, in den Motoreinlasskrümmer zu strömen. Die Kraftstoffdämpfe vermischen sich mit in den Motor eintretender Luft und erfordern deshalb weniger Kraftstoffeinspritzung zu dem Zylinder, um einer Sollkraftstoffmenge in dem Zylinder zu entsprechen.
Zum Zeitpunkt T₂ beginnt die Kraftstoffeinspritzung zu dem Zylinder Nummer eins für den zweiten Zyklus des Zylinders Nummer eins in 3. Der Motor wird zwischen den Zeitpunkten T₁ und T₂ mit der gleichen Drehzahl und Last betrieben. Deshalb ist die zum Zylinder Nummer eins gesaugte Luftmenge zwischen den Zeitpunkten T₁ und T₂ gleich. Des Weiteren ist die Sollkraftstoffmenge für Verbrennungszyklen des Zylinders Nummer eins, beginnend zu den Zeitpunkten T₁ und T₂, gleich. Da jedoch ein Teil des in den Zylinder Nummer eins eintretenden Kraftstoffs von der Spülung von Kraftstoffdämpfen im Kraftstoffdampfspeicherbehälter stammt, wird weniger Kraftstoff eingespritzt, um das gleiche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylinderzyklen, beginnend zu den Zeitpunkten T₁ und T₂, bereitzustellen.
Während jedes einzelnen Kraftstoffeinspritzungsereignisses kann weniger Kraftstoff zu dem Zylinder gespritzt werden, bis die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils erreicht ist. Wenn die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils erreicht ist, kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen verringert werden, und die Menge jedes während jeder der verbleibenden Kraftstoffeinspritzungen eingespritzten Kraftstoffs kann vergrößert werden, um die Sollkraftstoffmenge in dem Zylinder bereitzustellen. Wenn die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einem Zylinderzyklus verringert wird, wird zumindest ein Teil der während der eliminierten Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge der verbleibenden Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen hinzugefügt. Die Dauer der Impulsbreiten jeder der verbleibenden Kraftstoffeinspritzungen erhöht sich, so dass die Sollkraftstoffmenge dem Zylinder zugeführt werden kann, obgleich während des Zylinderzyklus ein Kraftstoffeinspritzungsereignis entfällt. Somit tritt während der Einlasshübe, beginnend zu den Zeitpunkten T₁ und T₂, im Wesentlichen die gleiche Kraftstoffmenge in den Zylinder Nummer eins ein. Die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen ist verringert, so dass Kraftstoffmischung aufgrund der drei Kraftstoffeinspritzungsereignisse zum Zeitpunkt T₂ im Vergleich dazu, wenn es vier Kraftstoffeinspritzungen gibt, wie zum Zeitpunkt T₁ gezeigt, möglicherweise weniger stark ist. Da jedoch ein Teil des in den Zylinder eintretenden Kraftstoffs bereits in Form von Dämpfen vorliegt, wirkt sich das eine entfallende Kraftstoffeinspritzungsereignis möglicherweise nicht so stark aus, und deshalb kann immer noch eine geringe Rußerzeugung bereitgestellt werden.
Somit wird zum Zeitpunkt T₂ die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus als Reaktion auf einen Zustand, in dem eine erste höhere Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen mehr Kraftstoff einspritzen würde als erwünscht ist, wenn das Kraftstoffeinspritzventil mit einer Mindestkraftstoffeinspritzventilimpulsbreite betrieben werden würde, verringert. Durch Verringerung der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen während des Zylinderzyklus kann das Kraftstoffeinspritzventil einem Zylinder eine Sollkraftstoffmenge mit einer Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreite zuführen, die größer ist als die Mindestkraftstoffeinspritzungsimpulsbreite. Auf diese Weise kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen während eines Zylinderzyklus so eingestellt werden, dass sie selbst bei Vorliegen von Spülkraftstoffdämpfen zum Zylinder aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter eine maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen bereitstellt.
Zwischen dem Zeitpunkt T₂ und T₃ nimmt die in den Motoreinlasskrümmer und Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfmenge weiter zu. Die zu dem Motor strömende Kraftstoffdampfmenge kann durch Erhöhen eines einem Spülventil, das Strom von dem Kraftstoffdampfbehälter regelt, zugeführten Tastverhältnisses erhöht werden.
Zum Zeitpunkt T₃ arbeitet der Motor weiter mit der gleichen Drehzahl und Last wie während der Zeitpunkte T₁ und T₂. Deshalb bleiben die Sollzylinderluftmenge und die Sollzylinderkraftstoffmenge zwischen den Zeitpunkten T₁, T₂ und T₃ gleich.
Die über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu den Motor strömende Kraftstoffdampfmenge hat bis auf eine Höhe zugenommen, die eine Reduzierung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs erfordert, so dass die Sollkraftstoffmenge in dem Zylinder bereitgestellt werden kann. Deshalb wird die während jedes Kraftstoffimpulses eingespritzte Menge an Kraftstoff vom Zeitpunkt T₂ zum Zeitpunkt T₃ verringert. Wenn die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils nicht verringert werden würde, würde das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert werden und zu einem fetteren Luft-Kraftstoff-Gemisch führen. Durch Reduzieren der Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreite kann das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem Sollverhältnis gehalten werden. Zum Zeitpunkt T₃ ist die Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreite verringert worden und nähert sich der Mindestkraftstoffimpulsbreite.
Zwischen dem Zeitpunkt T₃ und dem Zeitpunkt T₄ nimmt die in den Motoreinlasskrümmer und Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfmenge weiter zu. Die zu dem Motor strömende Kraftstoffdampfmenge kann über einen oder mehrere Zylinderzyklen erhöht werden. In einigen Beispielen kann die in die Motorzylinder eintretende Kraftstoffdampfmenge über einen Kohlenwasserstoffsensor gemessen werden, oder sie kann über eine im Auslass des Motors positionierte Lambdasonde abgeleitet werden.
Zum Zeitpunkt T₄ arbeitet der Motor mit der gleichen Drehzahl und Last wie während der Zeitpunkte T₁, T₂ und T₃. Folglich bleiben die Sollzylinderluftmenge und die Sollzylinderkraftstoffmenge zwischen den Zeitpunkten T₁, T₂, T₃ und T₄ gleich.
Die Zunahme der über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter in den Motor eintretenden Kraftstoffdämpfe hat eine Höhe erreicht, auf der die Sollkraftstoffmenge im Zylinder nicht über drei Kraftstoffeinspritzungen mit der Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils bereitgestellt werden kann. Insbesondere wenn Kraftstoff in drei getrennten Einspritzungen mit Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils zu dem Zylinder gespritzt werden würde, würde im Zylinder mehr Kraftstoff als erwünscht vorhanden sein. Deshalb wird die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen zum Zylinder Nummer eins auf zwei verringert, und die Dauer jeder Kraftstoffimpulsbreite wird verlängert. Infolgedessen kann der Zylinder zu den Zeitpunkten T₁, T₂, T₃ und T₄ mit den gleichen Sollkraftstoffmengen betrieben werden, obgleich die in den Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfmenge erhöht ist.
Auf diese Weise kann die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen für einen Zylinder während eines Zyklus des Zylinders bereitgestellt werden, um Rußbildung in dem Zylinder zu reduzieren. Des Weiteren kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen so eingestellt werden, dass der Mindestkraftstoffeinspritzzeit, der Mindestkraftstoffeinspritzventilausschaltzeit und der für den Zylinder bereitgestellten Kraftstoffdampfmenge Rechnung getragen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Einspritzungsereignissen, Zylinderhüben und Kraftstoffdampfkraftstoffmengen lediglich für Veranschaulichungszwecke gezeigt wird und den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken soll.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, wird eine simulierte Kraftstoffeinspritzfolge während der Verringerung des Spülens von Kraftstoffdämpfen aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gezeigt. Die Folge von 4 kann durch das Verfahren von 5 bereitgestellt werden, das über Anweisungen der Steuerung 12 in dem System von 1 ausgeführt wird. Die Diagramme von 4 ähneln jenen von 3. Deshalb werden der Kürze halber in 4 nur die Unterschiede beschrieben.
Die Folge beginnt zum Zeitpunkt T₀, zu dem der Motor läuft und der Zylinder Nummer eins einen Auslasshub beginnt. Kraftstoff wird zum Zeitpunkt T₀ aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter mit einer relativ hohen Rate gespült, und Kraftstoffeinspritzung liegt während des Auslasshubs nicht vor. Die Kraftstoffdämpfe treten erst dann in den Zylinder Nummer eins ein, wenn sich das Einlassventil des Zylinders Nummer eins während des Ansaughubs des Zylinders Nummer eins öffnet.
Zum Zeitpunkt T₁ tritt der Zylinder Nummer eins in einen Ansaughub ein, und Kraftstoffeinspritzung zu Zylinder Nummer eins beginnt. Kraftstoff wird in zwei Kraftstoffimpulsbreiten eingespritzt, und Kraftstoffdämpfe treten in den Zylinder Nummer eins ein, wenn sich das Einlassventil des Zylinders Nummer eins öffnet. Wenn Kraftstoff in drei Impulsbreiten, die der Mindesteinspritzventilimpulsbreite während des zum Zeitpunkt T₁ beginnenden Ansaughubs entsprechen, zum Zylinder Nummer eins gespritzt werden würde, würde die über das Kraftstoffeinspritzventil und den Kraftstoffdampfspeicherbehälter in den Zylinder eintretende Gesamtkraftstoffmenge die Sollkraftstoffmenge übersteigen. Deshalb ist die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen auf zwei Kraftstoffeinspritzungen beschränkt, und die Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreiten sind größer als die Mindestkraftstoffeinspritzungsimpulsbreite.
Zwischen dem Zeitpunkt T₁ und dem Zeitpunkt T₂ beginnt sich das Spülsteuerventil zu schließen, und in den Motoreinlasskrümmer strömende Kraftstoffdämpfe werden reduziert. Als Alternative dazu kann die Menge der in dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter gespeicherten Kraftstoffdämpfe reduziert werden, wenn Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter erschöpft werden.
Zum Zeitpunkt T₂ beginnt die Kraftstoffeinspritzung zu dem Zylinder Nummer eins für einen zweiten Zyklus des Zylinders Nummer eins in 3. Der Motor wird zwischen den Zeitpunkten T₁ und T₂ mit der gleichen Drehzahl und Last betrieben. Deshalb ist die in den Zylinder Nummer eins eingeleitete Luftmenge zwischen den Zeitpunkten T₁ und T₂ gleich. Des Weiteren ist die Sollkraftstoffmenge für Verbrennungszyklen des Zylinders Nummer eins, beginnend zu den Zeitpunkten T₁ und T₂, gleich. Da jedoch der Teil des in den Zylinder Nummer eins eintretenden Kraftstoffs von der Spülung von Kraftstoffdämpfen im Kraftstoffdampfspeicherbehälter verringert ist, wird zusätzlicher Kraftstoff zu dem Zylinder Nummer eins gespritzt, um das gleiche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylinderzyklen, beginnend zu den Zeitpunkten T₁ und T₂, bereitzustellen.
Es kann durch Erhöhen der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen mit der Mindestkraftstoffeinspritzzeit oder darüber während des Ansaughubs des Zylinders Nummer eins zusätzlicher Kraftstoff zu dem Zylinder Nummer eins gespritzt werden. Die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus kann erhöht werden, wenn die über den Kraftstoffdampfbehälter und das Kraftstoffeinspritzventil in den Zylinder eintretende Kraftstoffmenge die Sollkraftstoffmenge nicht übersteigt, wenn Kraftstoff mit der Mindestkraftstoffimpulsbreite eingespritzt wird. Wenn die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einem Zylinderzyklus erhöht wird, wird mindestens ein Teil der während jeder der vorherigen Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen eingespritzten Kraftstoffmenge zu der während der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung während des Zylinderzyklus eingespritzten Kraftstoffmenge hinzugefügt. Somit tritt während der Ansaughübe, beginnend zu den Zeitpunkten T₁ und T₂, im Wesentlichen die gleiche Kraftstoffmenge in den Zylinder Nummer eins ein, obgleich die in den Zylinder eintretende Kraftstoffdampfmenge abnimmt. Die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen wird erhöht, so dass das Kraftstoffmischen aufgrund der drei Kraftstoffeinspritzungsereignisse zum Zeitpunkt T₂ im Vergleich dazu, wenn zwei Kraftstoffeinspritzungen vorliegen, wie zum Zeitpunkt T₁ gezeigt, möglicherweise stärker ist.
Somit wird zum Zeitpunkt T₂ die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus als Reaktion auf einen Zustand, in dem eine erste geringere Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen nicht so starkes Vermischen im Zylinder bereitstellen würde wie bei einer maximalen Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen möglich ist, erhöht. Durch Erhöhen der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen während des Zylinderzyklus, wenn in den Zylinder strömende Kraftstoffdämpfe verringert sind, kann das Kraftstoffeinspritzventil das Kraftstoffmischen im Zylinder verbessern und einem Zylinder eine Sollkraftstoffmenge mit einer Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreite zuführen, die größer ist als die Mindestkraftstoffeinspritzungsimpulsbreite. Auf diese Weise kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen während eines Zylinderzyklus dazu eingestellt werden, selbst bei Vorliegen einer verminderten Kraftstoffdampfmenge, die aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu dem Zylinder gespült wird, eine maximale Anzahl von Einspritzungsereignissen bereitzustellen. Zwischen dem Zeitpunkt T₂ und dem Zeitpunkt T₃ verringert sich die in den Motoreinlasskrümmer und den Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfmenge weiter.
Zum Zeitpunkt T₃ arbeitet der Motor weiter mit der gleichen Drehzahl und Last wie während der Zeitpunkte T₁ und T₂. Deshalb bleiben die Sollzylinderluftmenge und die Sollzylinderkraftstoffmenge zwischen den Zeitpunkten T₁, T₂ und T₃ gleich.
Die über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter zum Motor strömende Kraftstoffdampfmenge hat sich auf eine Höhe verringert, die eine Erhöhung der Menge an eingespritztem Kraftstoff erfordert, so dass die Sollkraftstoffmenge in dem Zylinder bereitgestellt werden kann. Deshalb wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff während jedes Kraftstoffimpulses von dem Zeitpunkt T₂ zu dem Zeitpunkt T₃ vergrößert. Wenn die Kraftstoffeinspritzventilimpulsbreite nicht vergrößert werden würde, würde das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vergrößert werden und zu einem magereren Luft-Kraftstoff-Gemisch führen. Durch Vergrößern der Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreite kann das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einem Sollverhältnis gehalten werden. Zum Zeitpunkt T₃ ist die Kraftstoffeinspritzungsimpulsbreite vergrößert worden und nähert sich einem Ausmaß, bei dem eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung mit einer Mindestkraftstoffimpulsbreite oder darüber bereitgestellt werden kann.
Zwischen dem Zeitpunkt T₃ und dem Zeitpunkt T₄ verringert sich die in den Motoreinlasskrümmer und den Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfmenge weiter. Die zu dem Motor strömende Kraftstoffdampfmenge kann über einen oder mehrere Zylinderzyklen verringert werden. In einigen Beispielen kann die in die Motorzylinder eintretende Kraftstoffdampfmenge über einen Kohlenwasserstoffsensor gemessen oder über eine im Auslass des Motors positionierte Lambdasonde abgeleitet werden.
Zum Zeitpunkt T₄ arbeitet der Motor mit der gleichen Drehzahl und Last wie während der Zeitpunkte T₁, T₂ und T₃. Folglich bleiben die Sollzylinderluftmenge und die Sollzylinderkraftstoffmenge zwischen den Zeitpunkten T₁, T₂, T₃ und T₄ gleich.
Die Abnahme der über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter in den Motor eintretenden Kraftstoffdämpfe hat im Wesentlichen null erreicht, und die Sollkraftstoffmenge kann dem Zylinder Nummer eins über vier getrennte Kraftstoffeinspritzungen während des Zylinderzyklus zugeführt werden. Deshalb wird die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen zum Zylinder erhöht, während die Kraftstoffimpulsbreite jeder Einspritzung verkleinert wird. Infolgedessen kann der Zylinder zu den Zeitpunkten T₁, T₂, T₃ und T₄ mit den gleichen Sollkraftstoffmengen betrieben werden, obgleich die in den Zylinder Nummer eins eintretende Kraftstoffdampfmenge abnimmt.
Auf diese Weise kann die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen für einen Zylinder während eines Zyklus des Zylinders bereitgestellt werden, um Rußbildung in dem Zylinder zu reduzieren. Des Weiteren kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungsereignissen so eingestellt werden, dass der Mindestkraftstoffeinspritzzeit, der Mindestkraftstoffeinspritzventilausschaltzeit und der für den Zylinder bereitgestellten Kraftstoffdampfmenge Rechnung getragen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Einspritzungsereignissen, Zylinderhüben und Kraftstoffdampfkraftstoffmengen lediglich für Veranschaulichungszwecke gezeigt wird und den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken soll.
Weiterhin sei erwähnt, dass in einigen Beispielen der Folgen der 3 und 4 Kraftstoffeinspritzung bis in mindestens einen Teil des Verdichtungshubs weitergehen kann. Folglich kann eine Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, die Kraftstoff bereitstellen, der an der Verbrennung während eines Zylinderzyklus teilnimmt, auf eine maximale Anzahl eingestellt werden, wenn Kraftstoffdämpfe gespült oder zu Motorzylindern reduziert werden.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, wird ein Verfahren zum Betrieb eines Motors offenbart. Das Verfahren von 5 stellt eine Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zyklus eines Zylinders ein, wobei die Kraftstoffeinspritzungen Kraftstoff zuführen, der an der Verbrennung in dem Zylinder teilnimmt. Die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus wird bei Vorliegen oder Fehlen von zu dem Motor aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter geleiteten Kraftstoffdämpfen maximiert.
Bei 502 bestimmt das Verfahren 500 die Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können Motordrehzahl, Motorlast, Motordrehmomentanforderung, Motortemperatur, Kraftstoffdampfspeichermenge im Kraftstoffdampfbehälter und Zeit seit Motorstopp umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Verfahren 500 geht nach Bestimmung der Motorbetriebsbedingungen zu 504 über.
Bei 504 bestimmt das Verfahren 500 eine Kraftstoffmenge (fuel_lbm) zur Zuführung zu einem oder mehreren Motorzylindern während eines Zyklus des Zylinders. In einem Beispiel kann die Kraftstoffmenge durch Multiplizieren einer in einen Zylinder eintretenden Luftmenge mit einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann empirisch bestimmt und in einer Tabelle oder Funktion gespeichert werden, die unter Verwendung von Motorbetriebsbedingungen indexiert ist. Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass ein Soll-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14:1 bei Motorstartbedingungen beträgt, wobei der Motor teilweise erwärmt ist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann für verschiedene Motorbetriebsbedingungen und zur Verbesserung des Katalysatorwirkungsgrads eingestellt (zum Beispiel fetter oder magerer gemacht) werden. Die in einen Zylinder eintretende Luft kann über einen Luftmassensensor oder über einen Einlasskrümmerdrucksensor und das ideale Gasgesetz PV = nRT, wobei P Druck im Motorzylinder, V das Zylindervolumen, n die Anzahl von Luftmolen, R eine Gaskonstante und T die Temperatur in Grad Kelvin ist, bestimmt werden.
In anderen Beispielen kann die Zylinderkraftstoffmenge auf einer Soll- oder angeforderten Motordrehmomenthöhe basieren. Das angeforderte Motordrehmoment wird in eine Sollluftmasse und eine Sollkraftstoffmenge umgewandelt, um die Sollmotordrehmomenthöhe bereitzustellen. Ein solches Verfahren wird in der US-PS 7 321 821 beschrieben, auf die hiermit in jeder Hinsicht Bezug genommen wird. Das Verfahren 500 geht nach Bestimmung der dem Zylinder zuzuführenden Sollkraftstoffmenge zu 506 über.
Bei 506 bestimmt das Verfahren 500 eine in die Motorzylinder eintretende Sollmenge an gespülten Kraftstoffdämpfen. Als Alternative dazu kann eine in einen Zylinder eintretende Istkraftstoffdampfmenge bestimmt werden. In einem Beispiel kann die über den Kraftstoffdampfspeicherbehälter in einen Zylinder eintretende Kraftstoffdampfmenge (vapor_lbm) wie in der US-PS 6 523 531 beschrieben bestimmt werden, auf die hiermit in jeder Hinsicht Bezug genommen wird. Die Behälterspülkraftstoffdurchflussrate in lb-Masse pro Minute aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter kann durch Multiplizieren der Behälterspüldurchflussrate mit der Anzahl von Minuten pro Zylindereinlassereignis in Kraftstoffmassenstrom pro Zylinderereignis umgewandelt werden. Des Weiteren können die Behälterspüldurchflussrate und die Konzentration von Kohlenwasserstoffen (zum Beispiel das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Spüldampfgemisches), die aus dem Behälter zu den Motorzylindern strömt, für die Motorbetriebsbedingungen (zum Beispiel Motortemperatur, gespeicherte Dampfmenge) eingestellt werden. Nach Bestimmung der in den Motorzylinder strömenden Behälterspülkraftstoffdampfmasse geht das Verfahren 500 zu 508 über.
Bei 508 bestimmt das Verfahren 500 die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus. In einem Beispiel kann die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen auf Grundlage der Motordrehzahl, der Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils und der Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils bestimmt werden. Insbesondere kann die gesamte zur Verfügung stehende Kraftstoffeinspritzdauer anhand der folgenden Gleichung bestimmt werden: tot_avail_inj_period = crankshaft_deg_duration·1/N·1 rev/360 degrees wobei tot_avail_inj_period eine Gesamtzeitdauer ist, während der Kraftstoffeinspritzung gestattet ist, crankshaft_deg_duration ein vordefiniertes Kurbelwellenintervall in Kurbelwellengrad ist, während dessen Kraftstoffeinspritzung gestattet ist (zum Beispiel oT-Ansaughub bis 20 Kurbelwellengrad nach uT-Ansaughub), und wobei N Motordrehzahl in U/min ist. Die Variable tot_inj_period kann dann durch die Summe der Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils und der Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils, ausgedrückt als: tot_tim_limited_injections = int(tot_inj_period ÷ (min_inj_on_pw + min_inj_off_tm)) dividiert werden, wobei tot_tim_limited_injections die Gesamtanzahl von Kraftstoffeinspritzungen ist, die durch die Zeitdauer begrenzt wird, die zur Einspritzung von Kraftstoff zur Verfügung steht, wobei min_inj_on_pw die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils ist, wobei die min_inj_off_tm die Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils ist und wobei int eine Funktion ist, die den ganzzahligen Teil der Operation in Klammern ergibt. Somit ist der ganzzahlige Teil des Ergebnisses die Gesamtanzahl von Kraftstoffeinspritzungen, die unter den aktuellen Motorbetriebsbedingungen möglich sind (zum Beispiel bei der aktuellen Motordrehzahl). Das Verfahren 500 geht nach Bestimmung der Gesamtanzahl von Kraftstoffeinspritzungen, die durch die zur Einspritzung von Kraftstoff zur Verfügung stehende Zeit beschränkt wird, zu 510 über.
Bei 510 stellt das Verfahren 500 die Kraftstoffeinspritzventilsteuerung ein, um die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während des zugewiesenen Motorkurbelwellenintervalls bei Gegenwart oder Fehlen von Spülkraftstoffdämpfen aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter einzustellen. In einem Beispiel beginnt das Verfahren 500 durch Subtrahieren der bei 506 bestimmten Menge von in den Zylinder eintretenden gespülten Kraftstoffdämpfen (vapor_lbm) von der Kraftstoffmenge, die in dem Zylinder erwünscht ist (fuel_lbm), wie bei 504 bestimmt. Das Ergebnis ist die während des anschließenden Zylinderzyklus zum Zylinder zu spritzende Gesamtkraftstoffmenge (inj_lbm).
Die während des anschließenden Zylinderzyklus zum Zylinder zu spritzende Gesamtkraftstoffmenge (inj_lbm) wird durch die Kraftstoffmasse dividiert, die durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, wenn das Kraftstoffeinspritzventil mit der Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils betrieben wird, um eine maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen zu bestimmen, die möglich ist, um die während des Zylinderzyklus einzuspritzende Gesamtkraftstoffmenge einzuspritzen, wenn der Kraftstoff mit einer Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils eingespritzt wird. Die Operation kann wie folgt ausgedrückt werden: max_num_inj = int(inj_lbm ÷ mass_inj_min_pw) wobei max_num_inj eine maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während des Zylinderzyklus zur Bereitstellung der Sollkraftstoffmenge für den Zylinder ist und wobei max_num_inj durch die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils begrenzt wird, inj_lbm die zum Zylinder zu spritzende Gesamtkraftstoffmenge ist und wobei mass_inj_min_pw die Kraftstoffmasse ist, die eingespritzt wird, wenn das Kraftstoffeinspritzventil mit der Mindestkraftstoffimpulsbreite und der Mindesteinspritzventilausschaltzeit betrieben wird.
Somit stellt das Verfahren 500 die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen auf Grundlage des Soll-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sowie des Spüldampf-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Gesamtspüldurchflussrate ein. Wenn die Konzentration von Kraftstoffdämpfen, die zu einem Zylinder strömen, zunimmt, kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen verringert werden. Wenn die Konzentration von Kraftstoffdämpfen, die zu dem Zylinder strömen, abnimmt, kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen erhöht werden. Wenn das Soll-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis angefettet wird, kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen erhöht werden. Wenn das Soll-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgemagert wird, kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen reduziert werden.
Das Verfahren 500 bestimmt die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einen Zylinder während eines Zyklus des Zylinders, indem es das Minimum der Gesamtanzahl zeitbegrenzter Einspritzungen (tot_tim_limited_injections) und die Gesamtanzahl von mindestkraftstoffimpulsbreitebegrenzten Einspritzungen (max_num_inj), ausgedrückt als: tot_num_inj = min(max_num_inj, tot_tim_limited_injections) nimmt, wobei tot_num_inj die Anzahl der während der anschließenden Kraftstoffeinspritzdauer bereitzustellenden Kraftstoffeinspritzungen ist. Auf diese Weise wählt das Verfahren 500 die maximale Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus unter Berücksichtigung der Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils, der Mindestkraftstoffeinspritzventilausschaltzeit und der bei Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils mit der Mindestkraftstoffimpulsbreite eingespritzten Mindestkraftstoffmenge.
Das Verfahren 500 bestimmt die während jeder Kraftstoffeinspritzung des Zylinderzyklus einzuspritzende Kraftstoffmenge durch Dividieren der einzuspritzenden Kraftstoffmasse (inj_lbm) durch die Gesamtanzahl von Kraftstoffeinspritzungen (tot_num_inj). Die während jeder der Einspritzungen einzuspritzende Kraftstoffmasse wird dann durch Indexieren einer Kraftstoffeinspritzventiltransferfunktion, wie in 2 gezeigt, mit der während jeder Einspritzung einzuspritzenden Kraftstoffmasse in eine Kraftstoffeinspritzventilimpulsbreite umgewandelt. Die Kraftstoffeinspritzventiltransferfunktion gibt die Einschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils ab, die, beginnend mit der bei 508 beschriebenen Kraftstoffeinspritzdauer und nach jeder Ausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils, an das Kraftstoffeinspritzventil abgegeben wird. In einigen Beispielen kann die Ausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils die Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils sein. Des Weiteren kann die Einspritzventileinschaltzeit und -ausschaltzeit auf Grundlage der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen eingestellt werden. Zum Beispiel kann die bestimmte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen über das Sollkraftstoffeinspritzungsintervall zeitlich oder hinsichtlich des Kurbelwellenwinkels gleichmäßig beabstandet werden. Als Alternative dazu können Kraftstoffeinspritzungsimpulse zeitlich oder bezüglich der Kurbelwellenstellung ungleichmäßig beabstandet werden. In einem Beispiel kann die spezifische Ein- und Ausschaltzeit des Einspritzventils aus einer Tabelle oder Funktion, die empirisch bestimmte Zeiten des Öffnens (zum Beispiel die Einschaltzeit) und des Schließens (zum Beispiel die Ausschaltzeit) des Einspritzventils hält und basierend auf der gewünschten Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, Motordrehzahl und Motorlast möglicherweise indexiert ist, abgerufen werden.
Des Weiteren kann das Verfahren 500 eine in einen Zylinder eintretende Kraftstoffdampfmenge durch Halten oder Reduzieren eines Tastverhältnisses eines Spülsteuerventils begrenzen, um die Kraftstoffdampfspüldurchflussrate einzustellen, wenn eine Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus einen Schwellwert erreicht. Wenn Kraftstoff zum Beispiel mindestens zwei Mal während eines Zylinderzyklus eingespritzt werden soll, kann der Spülfluss auf einen Schwellwert begrenzt werden, indem ein Tastverhältnis eines Spülventils begrenzt wird. Wenn zwei Kraftstoffeinspritzungen erwünscht sind und das Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine Schwellfettgrenze begrenzt ist, kann die Spüldurchflussrate reduziert werden, um zwei Kraftstoffeinspritzungen zu gestatten. Falls gewünscht, kann eine Mindestanzahl von Kraftstoffeinspritzungen unter Bedingungen bereitgestellt werden, unter denen mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse erwünscht sind.
Darüber hinaus kann das Verfahren 500 den Zündzeitpunkt und die Anzahl von Funkenereignissen, die für den Zylinder bereitgestellt werden, mit sich ändernder Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen einstellen. Wenn zum Beispiel die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen zunimmt, kann der Zündzeitpunkt vom Basiszündzeitpunkt (zum Beispiel einem auf Motordrehzahl und -last basierenden Zündzeitpunkt) nach spät verstellt werden, um der zusätzlichen Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen Rechnung zu tragen. Wenn die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen abnimmt, kann der Zündzeitpunkt vom Basiszündzeitpunkt nach früh verstellt werden.
Des Weiteren kann das Verfahren 500 auch die Nockensteuerung bei Einstellung der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen einstellen. Zum Beispiel kann die Nockensteuerung mit einer zunehmenden Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen nach spät verstellt werden, um ein Einlassventil später in einem Verdichtungshub geöffnet zu halten. Ein späteres Schließen des Einlassventils kann dabei helfen, den Zylinderinhalt weiter zu vermischen. Auf diese Weise kann die Rußbildung weiter reduziert werden. Das Verfahren 500 endet nach Bestimmung der Anzahl und Dauer von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus.
Die Kraftstoffventilein- und -ausschaltzeit jedes Kraftstoffeinspritzventils des Motors kann gemäß dem Verfahren von 5 bestimmt werden. Des Weiteren kann das Verfahren von 5 in jedem Motorzyklus für jedes Kraftstoffeinspritzventil wiederholt werden. Auf diese Weise kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während jedes Zylinderzyklus auf Grundlage der Menge von Kraftstoffdämpfen, die aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter in den Zylinder eintreten, der Mindesteinschaltzeit oder Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils und der Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils aktualisiert werden.
Somit stellt das Verfahren von 5 Betrieb eines Motors bereit, umfassend: Zuführen einer Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu einem Zylinder und Einstellen einer Anzahl von Kraftstoffimpulsen, die dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil während eines Zyklus des Zylinders zugeführt werden, als Reaktion auf die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter während des Zylinderzyklus zugeführte Kraftstoffmenge. Auf diese Weise kann die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus zum stärkeren Zylindermischen maximiert werden.
Das Verfahren von 5 stellt weiterhin bereit, dass die Kraftstoffmenge direkt zum Zylinder gespritzt wird und dass eine Impulsbreite mindestens eines dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulses reduziert wird, während die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zugeführte Kraftstoffmenge zunimmt. Das Verfahren umfasst, dass die Anzahl der dem Zylinder zugeführen Kraftstoffimpulse während eines Ansaughubes des Zylinders zugeführt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass die Anzahl der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulse während eines Ansaughubs und eines Verdichtungshubs des Zylinders zugeführt wird. Weiterhin umfasst das Verfahren das Begrenzen der dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zugeführten Kraftstoffmenge, um eine Mindestanzahl von dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Kraftstoffimpulsen aufrechtzuerhalten. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass die Anzahl von dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulsen weiterhin auf einer Motordrehmomentanforderung basiert.
In einigen Beispielen stellt das Verfahren von 5 weiterhin Betrieb eines Motors bereit, umfassend: Zuführen einer Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu einem Zylinder und Einstellen einer Anzahl von Kraftstoffimpulsen, die dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil während eines Zyklus des Zylinders zugeführt werden, als Reaktion auf die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter während des Zylinderzyklus zugeführte Kraftstoffmenge und einer Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils. Auf diese Weise trägt das Verfahren einer Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils Rechnung, wobei wiederholbare Mengen eingespritzten Kraftstoffs bereitgestellt werden können, wenn das Einspritzventil mit einer Nennspannung und einem Nennkraftstoffdruck betrieben wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin, dass die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils eine Kraftstoffimpulsbreite ist, bei der eine im Wesentlichen wiederholbare Mindestkraftstoffmenge über das Kraftstoffeinspritzventil zugeführt wird. Weiterhin umfasst das Verfahren, dass die Anzahl der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulse weiterhin auf einer Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils basiert. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass die Anzahl der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulse weiterhin auf einer Motordrehmomentanforderung basiert.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren, dass die Anzahl von dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulsen weiterhin auf einer Menge des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs, wenn das Kraftstoffeinspritzventil mit der Mindestimpulsbreite betrieben wird, basiert. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass die Anzahl von dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulsen während eines Ansaughubs des Zylinders zugeführt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass mindestens ein durch das Kraftstoffeinspritzventil während des Zylinderzyklus zugeführter Kraftstoffimpuls während eines Verdichtungshubs des Zylinders zugeführt wird. Somit kann die Zeitdauer, während der eine Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Zylinderzyklus erfolgt, mit den Betriebsbedingungen variieren. Schließlich umfasst das Verfahren, dass die Menge des dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zugeführten Kraftstoffs über Einstellen eines einem Spülsteuerventil zugeführten Tastverhältnisses eingestellt wird.
Wie für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, kann das in 5 beschriebene Verfahren eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die hier beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden können.
Dies schließt die Beschreibung ab. Ihre Lektüre durch den Durchschnittsfachmann würde viele Änderungen und Modifikationen ohne Verlassen des Gedankens und Schutzbereichs der Beschreibung erkennen lassen. Zum Beispiel könnten Einzylinder-, I2-, I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10-, V12- und V16-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder mit alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7321821 [0059]
US 6523531 [0060]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Motors, umfassend: Zuführen einer Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu einem Zylinder und Einstellen einer Anzahl von Kraftstoffimpulsen, die dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil während eines Zyklus des Zylinders zugeführt werden, als Reaktion auf die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter während des Zylinderzyklus zugeführte Kraftstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffmenge direkt zu dem Zylinder gespritzt wird und wobei eine Impulsbreite mindestens eines dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulses reduziert wird, während die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zugeführte Kraftstoffmenge zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der dem Zylinder zugeführen Kraftstoffimpulse während eines Ansaughubes des Zylinders zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulse während eines Ansaughubs und eines Verdichtungshubs des Zylinders zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Begrenzen der dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zugeführten Kraftstoffmenge, zum Aufrechterhalten einer Mindestanzahl von dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Kraftstoffimpulsen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulsen weiterhin auf einer Motordrehmomentanforderung basiert.
Verfahren zum Betrieb eines Motors, umfassend: Zuführen einer Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter zu einem Zylinder und Einstellen einer Anzahl von Kraftstoffimpulsen, die dem Zylinder über ein Kraftstoffeinspritzventil während eines Zyklus des Zylinders zugeführt werden, als Reaktion auf die dem Zylinder aus dem Kraftstoffdampfspeicherbehälter während des Zylinderzyklus zugeführte Kraftstoffmenge und eine Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mindestimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils eine Kraftstoffimpulsbreite ist, wobei eine im Wesentlichen wiederholbare Mindestkraftstoffmenge über das Kraftstoffeinspritzventil zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anzahl der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulse weiterhin auf einer Mindestausschaltzeit des Kraftstoffeinspritzventils basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anzahl der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffimpulse weiterhin auf einer Motordrehmomentanforderung basiert.