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Gebiet
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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme für das Verbessern der Kaltstartsteuerung eines Fahrzeugmotors.
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Hintergrund/Zusammenfassung
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Die Startfähigkeit von Motoren, die mit Benzin bei Kaltstartumgebungsbedingungen (was auch als ein Motorkaltstart bekannt ist) betrieben werden, kann ein Problem aufgrund der Schwierigkeit, ausreichend Treibstoff verdampfen zu lassen, darstellen, um ein brennbares Luft-Treibstoff-Verhältnis bereitzustellen. Insbesondere kann das größere Zeitausmaß, das für ein Verdampfen des Treibstoffs erforderlich ist, die Motorstartfähigkeit herabsetzen. Das Problem kann verschärft werden, wenn der Motor mit alternativen Treibstoffen, beispielsweise Äthanol-Treibstoffen (beispielsweise E85, E100 etc.), betrieben wird. Darin kann der zusätzliche Ladeluftkühlungseffekt des Alkoholtreibstoffs die Ansaugladelufttemperatur bei Kaltstartbedingungen senken, was die Verbrennungsstabilität ferner beeinträchtigt und das Motorfehlzündungspotential erhöht.
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Ein beispielhafter Lösungsansatz zum Verbessern von Motorstartfähigkeit bei Kaltstartbedingungen wird durch Krengel et al. in der
US 8,447,496 gezeigt. Darin wird während eines Motorkaltstarts mindestens ein Teil des Treibstoffs während eines Kompressionshubs direkt-eingespritzt, und der verbleibende Treibstoff wird während des Ansaugtakts direkt-eingespritzt. Ferner wird der Teil des Treibstoffs, der als eine Kompressionshubeinspritzung zugeführt wird, erhöht, wenn sich der Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs erhöht. Durch das Zuführen mindestens eines Teils von Treibstoff als eine Kompressionshubeinspritzung wird die höhere Ladelufttemperatur des Motors während des Kompressionshubs wirksam eingesetzt, um die Treibstoffverdampfung zu verbessern.
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Die Erfinder haben hierin mögliche Probleme hinsichtlich eines solchen Systems jedoch erkannt. Beispielsweise ist es möglich, dass, selbst bei einem Versorgen mit Treibstoff während des Kompressionshubs, bei niedrigen Umgebungsbedingungen, keine ausreichende Ladelufttemperatur vorhanden ist, um den Treibstoff für das Starten des Motors verdampfen zu lassen. Die Erfinder haben hierin ferner erkannt, dass, selbst wenn das Treibstoff-Zuführen während eines Kompressionshubs vor sich geht, die Treibstoffverdampfung durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem Siedepunkt eines Treibstoffs und einer Ladelufttemperatur während eines Kompressionshubs angetrieben wird. Der Siedepunkt des Treibstoffs ist jedoch eine Funktion des Ladeluftdrucks während des Kompressionshubs. Kann der Siedepunkt bei einem Aufrechterhalten der Ladelufttemperatur reduziert werden, dann kann die Verdampfung des Treibstoffs erhöht werden.
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Somit kann in einem Beispiel ein Lösungsansatz für die oben beschriebenen Problempunkte durch ein Verfahren für das Verbessern der Motorstartfähigkeit aufgezeigt werden, das Folgendes umfasst: Bestimmen, während eines Motorkaltstarts, einer Treibstoffeinspritzung, die eine Treibstoffmenge und eine Einspritzungszeitsteuerung auf Basis von Motorbetriebszuständen umfasst; und Senken des Saugrohrdrucks für ein erstes Verbrennungsereignis im Motorzylinder während des Kaltstarts auf Basis einer Treibstofftemperaturschätzung an einem Ende der Einspritzung. Hierin umfasst die Treibstoffeinspritzung eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung. Auf diese Art und Weise wird die Treibstoffverdampfung während eines Kaltstarts verbessert.
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Beispielsweise kann bei einem ersten Verbrennungsereignis von jedem Zylinder während eines Motorkaltstarts Treibstoff als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung zugeführt werden. Darüber hinaus kann der Saugrohrdruck für das erste Verbrennungsereignis in jedem Zylinder durch Reduzieren einer Ansaugdrosselklappenöffnung gesenkt werden. Insbesondere kann der Saugrohrdruck auf einen Wert gesenkt werden, der auf Basis der Wirkung des reduzierten Saugrohrdrucks auf jeweils den Treibstoffsiedepunkt und das Ladeluftvolumen optimiert ist, wobei die Optimierung es einem Verbrennungs-Luft-Treibstoff-Verhältnis ermöglicht, bei einem Zielwert (beispielsweise bei oder nahe der Stöchiometrie) aufrechterhalten zu werden. Wird der Saugrohrdruck reduziert, wird der Kompressionsdruck als solcher ebenfalls reduziert. Der reduzierte Druck reduziert den Siedepunkt des Treibstoffs, der zugeführt wird. Da die Temperatur der Ladeluft während des Kompressionshubs vom Saugrohrdruck unabhängig ist, bleibt sie dieselbe, was zu einer isentropen Kompressionshubeinspritzung führt. Die Treibstofftemperatur ändert sich dann während des Kompressionshubs als eine Funktion der Anfangstemperatur der Ladeluft vor der Kompression. Daraus ergibt sich, dass durch das Senken des Siedepunkts über Anwendung eines niedrigeren Saugrohrdrucks, während die Ladetemperatur aufrechterhalten wird, die Verdampfung des Treibstoffs erhöht wird. Gleichzeitig reduziert das Senken des Saugrohrdrucks das Volumen der Ladeluft im Zylinder, wodurch die Treibstoffmenge, die erforderlich ist, um zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Luft-Treibstoff-Verhältnisses verdampft zu werden, reduziert wird. Bei einem zweiten Verbrennungsereignis von jedem Motorzylinder kann dann der Saugrohrdruck (auf beispielsweise Nominalpegel) angehoben werden. Durch iteratives Optimieren eines Saugrohrdruck-Sollwerts auf Basis des reduzierten Treibstoffbedarfs und der verbesserten Treibstoffverdampfung beim niedrigeren Saugrohrdruck kann das Ziel-Luft-Treibstoff-Verhältnis einfacher beim Motorkaltstart erzielt werden.
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Der technische Effekt des Senkens des Siedepunkts eines Treibstoffs bei Kalt-Umgebungsbedingungen durch Senken des Saugrohrdrucks, während die Ladetemperatur aufrecht erhalten wird, besteht darin, dass eine größere Differenz zwischen Treibstoffsiedepunkt und Ladelufttemperatur erzielt wird. Daraus ergibt sich, dass Treibstoff wirksam verdampft werden kann, um ein brennbares/stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Gemisch auszubilden. Durch Optimieren des Sollwerts, auf den der Saugrohrdruck bei einem ersten Verbrennungsereignis in jedem Motorzylinder (während eines Motorneustarts) auf Basis einer Ausgewogenheit zwischen einer Reduzierung des Ausmaßes der Zylinderladung (und daher eine Reduzierung der Treibstoffmenge, die im Zylinder erforderlich ist) und einer Verbesserung der Treibstoffverdampfung gesenkt wird, kann die Motorstartfähigkeit bei kälteren Temperaturen verbessert werden, selbst wenn Alkohol-Treibstoffe eingesetzt werden, ohne die Motordrehmomentausgabe, oder Abgasemissionen zu beeinträchtigen. Darüber hinaus kann durch Verdampfen eines Großteils des eingespritzten Treibstoffs weniger Treibstoff während des Motorbetriebs verloren gehen, und der Bedarf an größeren oder Vor-Treibstoffeinspritzungen beim Motorkaltstart kann reduziert oder beseitigt werden. Dadurch können Treibstoffeinsparungsvorteile als auch reduzierte Kaltstartabgasemissionen bereitgestellt werden. Darüber hinaus wird das Auftreten von Motorfehlzündungen während eines Motorkaltstarts verringert. Ferner ist es möglich, durch fortgesetztes Anwenden der Kompressionseinspritzung beim ersten Verbrennungsereignis eines Kaltstarts wiederholbare Motordrehzahlprofile aufrechtzuhalten.
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Es wird darauf hingewiesen, dass obige Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Begriffen einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes sollen nicht gekennzeichnet werden, dessen Schutzumfang unverwechselbar durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen eingeschränkt, die alle möglichen, oben, oder an irgendeiner Stelle dieser Offenbarung angeführten Nachteile auflösen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbrennungskammer.
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2 zeigt ein Flussdiagramm auf hohem Niveau, das ein Routineprogramm veranschaulicht, das für das Starten eines Motors während einer Kaltstartbedingung mit reduziertem Saugrohrdruck implementiert ist.
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3 zeigt ein Diagramm, das eine Variation des Treibstoffsiedepunkts gegenüber einem Zylinderkompressionshub abbildet.
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4 zeigt ein Diagramm, das für das Auswählen eines Saugrohrdruck-Sollwerts während eines Motorsollwerts auf Basis einer Änderung des Siedepunkts relativ zur Änderung des Ladevolumens bei unterschiedlichen MAP-Werten verwendet werden kann.
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5–6 zeigen beispielhafte Kaltstarttreibstoffeinspritzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung
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Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Verbessern der Startfähigkeit eines Motors mit Benzin- und Alkohol-basierten Treibstoffen (beispielsweise des Motors von 1) bei kalten Umgebungstemperaturen. Eine Motorsteuerungseinheit kann konfiguriert sein, ein Steuerungsroutineprogramm, beispielsweise das beispielhafte Routineprogramm von 2, während eines Motorkaltstarts auszuführen, um den Saugrohrdruck zu senken und Treibstoff während eines Kompressionshubs einzuspritzen, während bei dem niedrigeren Saugrohrdruck gearbeitet wird. Durch Senken des Saugrohrdrucks auf Basis einer geschätzten Temperatur des Treibstoffs am Ende der Treibstoffeinspritzung (3–4) können die Treibstoffverdampfung und die Ausbildung eines brennbaren Luft-Treibstoff-Gemischs beim Kaltstart verbessert werden. Beispielhafte Kaltstart-Inbetriebnahmen werden mit Bezug auf 5–6 gezeigt. Durch Reduzieren von Treibstoffverlusten, die während des Kaltstarts auftreten, können die Treibstoffeffizienz und die Qualität von Fahrzeugkaltstartabgasemissionen erheblich verbessert werden.
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1 bildet eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders von Verbrennungsmotor 10 ab. Motor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuerungssystem, das Steuerungseinheit 12 umfasst, und eine Eingabe von einer Fahrzeugbedienungsperson 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel umfasst Eingabevorrichtung 132 ein Beschleunigungspedal und einen Pedalpositionssensor 134 für das Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Zylinder (hierin auch „Verbrennungskammer“) 14 von Motor 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 umfassen. Kolben 138 kann mit Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Her-Bewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Kurbelwelle 140 kann mit mindestens einem Antriebsrad des Personenfahrzeugs über ein Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassmotor mit Kurbelwelle 140 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang von Motor 10 zu ermöglichen.
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Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 aufnehmen. Ansaugluftkanal 146 kann mit anderen Zylindern von Motor 10 neben Zylinder 14 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Ansaugkanäle eine Ladevorrichtung, beispielsweise einen Turbolader oder einen mechanischen Lader, umfassen. 1 zeigt beispielsweise Motor 10, der mit einem Turbolader, umfassend einen zwischen Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Kompressor 174, und einer entlang des Abgaskanals 148 angeordneten Abgasturbine 176 konfiguriert ist. Kompressor 174 kann zumindest teilweise durch Abgasturbine 176 über eine Welle 180 angetrieben sein, worin die Ladevorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen jedoch, beispielsweise dort, wo Motor 10 mit einem mechanischen Lader versehen ist, kann Abgasturbine 176 wahlweise weggelassen sein, worin Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Elektromotor oder dem Motor angetrieben sein kann. Eine Drossel 20, die eine Drosselklappe 164 umfasst, kann entlang eines Ansaugkanals des Motors bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck von Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Drossel 20 kann beispielsweise stromabwärts des in 1 gezeigten Kompressors 174 angeordnet sein, oder kann alternativ dazu stromaufwärts des Kompressors 174 bereitgestellt sein.
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Abgaskanal 148 kann, neben Zylinder 14, Abgase von anderen Zylindern von Motor 10 aufnehmen. Abgassensor 128 wird mit Abgaskanal 148 stromaufwärts von Emissionssteuerungsvorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Sensor 128 kann aus anderen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgas-Luft/Brennstoff-Verhältnisses, beispielsweise aus einem linearen Sauerstoffsensor oder UEGO-(universeller oder umfassender Abgassauerstoff), einem Zwei-Zustands-Sensor oder EGO-(wie abgebildet), einem HEGO-(erwärmter EGO), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor, ausgewählt sein. Emissionssteuerungsvorrichtung 178 kann ein Drei-Wege-Katalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
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Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatursensoren geschätzt werden, die im Abgaskanal 148 angeordnet sind. Alternativ dazu kann Abgastemperatur auf Basis von Motorbetriebszuständen, beispielsweise Drehzahl, Last, Luft-Treibstoff-Verhältnis (AFR), Zündungsverzögerung etc., abgeleitet werden. Ferner kann Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abgastemperatur durch eine beliebige Kombination von hierin aufgelisteten Temperaturschätzverfahren alternativ geschätzt werden kann.
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Jeder Zylinder von Motor 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. Beispielsweise wird Zylinder 14 als mindestens ein Einlasssitzventil 150 und mindestens ein Auslasssitzventil 156, die in einer oberen Region von Zylinder 14 angeordnet sind, umfassend gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder von Motor 10, der Zylinder 14 umfasst, mindestens zwei Einlasssitzventile und mindestens zwei Auslasssitzventile umfassen, die in einer oberen Region des Zylinders angeordnet sind.
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Einlassventil 150 kann durch Steuerungseinheit 12 durch Nockenbetätigung über Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert sein. Auf ähnliche Art und Weise kann Auslassventil 156 durch Steuerungseinheit 12 über Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert sein. Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können eine oder mehrere Nocken umfassen und können eine oder mehrere einer Nockenprofilschaltung (CPS), einer variablen Nockenzeitsteuerung (VCT), einer variablen Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder variabler Ventilhub(VVL)-Systeme einsetzen, die durch Steuerungseinheit 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position von Einlassventil 150 und Auslassventil 156 kann durch Ventilpositionssensoren 155 beziehungsweise 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder das Auslass-Ventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein. Zylinder 14 kann beispielsweise alternativ ein Einlassventil, das durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert ist, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung, umfassend CPS- und/oder VCT-Systeme, umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen können die Einlass- und Auslass-Ventile durch eine gemeinsame Ventilbetätigungseinheit oder ein – Betätigungssystem, oder durch eine variable – Ventilzeitsteuerungsbetätigungseinheit oder ein – Betätigungssystem, gesteuert sein.
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Zylinder 14 kann ein Kompressionsverhältnis aufweisen, welches das Verhältnis von Volumina ist, wenn Kolben 138 am unteren Mittelpunkt bis zum oberen Mittelpunkt ist. Herkömmlicherweise ist das Kompressionsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen jedoch, in denen unterschiedliche Treibstoffe zur Anwendung kommen, kann das Kompressionsverhältnis erhöht sein. Das kann der Fall sein, wenn beispielsweise höhere Oktan-Treibstoffe oder Treibstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie angewandt werden. Das Kompressionsverhältnis kann auch erhöht werden, wenn eine Direkteinspritzung aufgrund ihrer Wirkung auf ein Motorklopfen zur Anwendung kommt.
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In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder von Motor 10 eine Zündkerze 192 für das Initiieren der Verbrennung umfassen. Zündungssystem 190 kann Verbrennungskammer 14 einen Zündungsfunken über Zündkerze 192 als Antwort auf Frühzündungssignal SA von Steuerungseinheit 12, unter Auswahlbetriebsarten, bereitstellen. In einigen Ausführungsformen jedoch kann Zündkerze 192 weggelassen sein, beispielsweise dort, wo Motor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung von Treibstoff, wie dies bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann, initiiert.
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In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder von Motor 10 mit einem oder mehreren Treibstoffeinspritzvorrichtungen für das diesbezügliche Bereitstellen von Treibstoff konfiguriert sein. Als ein nicht-einschränkendes Beispiel wird Zylinder 14 gezeigt, der eine Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 umfasst. Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 wird als direkt mit Zylinder 14 für das Einspritzen von Treibstoff direkt dahinein im Verhältnis zur Impulsbreite von Signal FPW, das von der Steuerungseinheit 12 über elektronischen Treiber 168 empfangen wird, gekoppelt gezeigt. Auf diese Art und Weise stellt Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 das bereit, was als Direkteinspritzung (hierin auch als „DI“ bezeichnet) von Treibstoff in Verbrennungszylinder 14 bekannt ist. Obwohl 1 Einspritzvorrichtung 166 als eine seitliche Einspritzvorrichtung zeigt, kann diese auch oberhalb des Kolbens angeordnet sein, beispielsweise in der Nähe der Position von Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Alkohol-basierten Treibstoff, aufgrund der niedrigeren Flüchtigkeit einiger Alkohol-basierten Treibstoffe, betrieben wird. Alternativ dazu kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um das Sich-Vermischen zu verbessern. Treibstoff kann Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 von einem Hochdrucktreibstoffsystem 8, das Treibstofftanks, Treibstoffpumpen und einen Treibstoffzuteiler umfasst, zugeführt werden. Alternativ dazu kann Treibstoff durch eine Einzel-Phasen-Treibstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden, in welchem Fall die Zeitsteuerung der Direkttreibstoffeinspritzung eingeschränkter während des Kompressionshubs als bei Anwendung eines Hochdrucktreibstoffsystems sein kann. Ferner können die Treibstofftanks, obwohl diese nicht gezeigt werden, einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerungseinheit 12 ein Signal bereitstellt. Es wird darauf hingewiesen, dass in einer alternativen Ausführungsform Einspritzvorrichtung 166 eine Port-Einspritzvorrichtung sein kann, die Treibstoff in die Einlassöffnung stromaufwärts von Zylinder 14 hinein bereitstellt.
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Es wird auch darauf hingewiesen, dass, obwohl in einer Ausführungsform der Motor durch Einspritzen der variable Treibstoffmischung über eine Direkteinspritzvorrichtung betrieben werden kann, der Motor in alternativen Ausführungsformen durch Anwendung von zwei Einspritzvorrichtungen (einer Direkteinspritzvorrichtung und einer Port-Einspritzvorrichtung) und durch ein Variieren einer relativen Einspritzmenge von jeder Einspritzvorrichtung betrieben werden kann.
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Treibstoff kann dem Zylinder durch die Einspritzvorrichtung während eines einzigen Zyklusses des Zylinders zugeführt werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Treibstoffmenge, die von der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, je nach Betriebsbedingungen, beispielsweise Ladelufttemperatur, Treibstoffalkoholgehalt, Umgebungstemperatur etc., wie nachstehend hierin beschrieben, variieren. Darüber hinaus können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Treibstoffs pro Zyklus ausgeführt werden. Die mehrfachen Einspritzungen können während des Kompressionshubs, des Ansaugtakts oder irgendeiner geeigneten Kombination davon ausgeführt werden.
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Wie oben beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Als solcher kann jeder Zylinder auf ähnliche Art und Weise seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslass-Ventilen, Treibstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze etc. umfassen.
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Treibstofftanks in Treibstoffsystem 8 können Treibstoff mit unterschiedlichen Treibstoffqualitäten, beispielsweise unterschiedlichen Treibstoffzusammensetzungen, beinhalten. Diese Unterschiedlichkeiten können unterschiedlichen Alkoholgehalt, unterschiedliches Oktan, unterschiedliche Wärmeverdampfungen, unterschiedliche Treibstoffmischungen und/oder Kombinationen davon etc. umfassen. In einem Beispiel umfassen Treibstoffe mit unterschiedlichem Alkoholgehalt einen Treibstoff, der Benzin ist, und einen anderen, der Äthanol oder Methanol ist. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als eine erste Substanz und eine Alkohol-enthaltende Treibstoffmischung, beispielsweise E85 (die ungefähr 85% Äthanol und 15% Benzin aufweist) oder M85 (die ungefähr 85% Methanol und 15% Benzin aufweist), als eine zweite Substanz verwenden. Andere Alkohol-enthaltende Treibstoffe könnten eine Mischung aus Alkohol und Wasser, Wasser und Benzin, eine Mischung aus Äthanol, Methanol und Wasser etc. sein. In einem noch weiteren Beispiel können beide Treibstoffe Alkoholmischungen sein, worin der erste Treibstoff eine Benzin-Alkohol-Mischung mit einem niedrigeren Verhältnis von Alkohol als eine Benzin-Alkohol-Mischung eines zweiten Treibstoffs mit einem größeren Verhältnis von Alkohol sein kann, beispielsweise E10 (der ungefähr 10% Äthanol aufweist) als ein erster Treibstoff und E85 (der ungefähr 85% Äthanol aufweist) als ein zweiter Treibstoff. Darüber hinaus können sich der erste und der zweite Treibstoff auch hinsichtlich anderer Treibstoffqualitäten, beispielsweise der Unterschiedlichkeit in Temperatur, Viskosität, Oktanzahl, latenter Verdampfungsenthalpie etc., unterscheiden.
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Darüber hinaus können Treibstoffcharakteristiken des Treibstofftanks häufig variieren. In einem Beispiel kann ein Fahrer den Treibstofftank an einem Tag mit E85 auffüllen, und an einem anderen mit E10, und an einem anderen mit E50. Die von Tag zu Tag variierenden Tankauffüllungen können somit zu häufig variierenden Treibstoffzusammensetzungen führen, wodurch die durch Einspritzvorrichtung 166 zugeführte Treibstoffzusammensetzung beeinträchtigt wird.
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Steuerungseinheit 12 wird in 1 als ein Mikrocomputer, der Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangs-Ports 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, die als Nur-Lese-Speicher-Chip (ROM) 110 in diesem bestimmten Beispiel gezeigt werden, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 112, einen Keep-Alive-Speicher (KAM) 114 und einen Datenbus umfasst, gezeigt. Steuerungseinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen, empfangen, umfassend die Messung des induzierten Luftmassenstroms (MAF) aus dem Luftmassenstromsensor 122; Motorkühltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 116, der mit Kühlhülse 118 gekoppelt ist; ein Zündungsimpulsgebersignal (PIP) aus dem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der mit Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor; und ein absolutes Saugrohrdrucksignal (MAP) aus Sensor 124. Das Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch Steuerungseinheit 12 von Signal PIP erzeugt werden. Saugrohrdrucksignal MAP aus einem Saugrohrdrucksensor kann angewandt werden, um eine Anzeige von Vakuum, oder Druck, im Ansaugkrümmer bereitzustellen.
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Speichermedium Nur-Lese-Speicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, welche die durch Prozessor (CPU) 106 ausführbaren Befehle zur Ausführung der nachstehend beschriebenen Verfahren als auch anderer Varianten, die zwar vorweggenommen, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, darstellen. Die Steuerungseinheit kann Eingangsdaten aus den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die verschiedenen Aktuatoren auf Basis der empfangenen Signale und der auf einem Speicher der Steuerungseinheit gespeicherten Befehle einsetzen. Die Steuerungseinheit kann die Aktuatoren als Antwort auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Basis eines Befehls oder Codes, der darin entsprechend einem oder mehreren Routineprogrammen programmiert ist, einsetzen, beispielsweise die beispielhaften, hierin mit Bezug auf 2 beschriebenen Steuerungsroutineprogramme.
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2 beschreibt ein beispielhaftes Steuerungssystemroutineprogramm 200 für das Einstellen eines Ansaugladedrucks während eines Motorkaltstarts, um die Motorstartfähigkeit zu verbessern. Befehle zur Durchführung von Verfahren 200 und der verbleibenden, hierin umfassten Verfahren können durch eine Steuerungseinheit auf Basis von den auf einem Speicher der Steuerungseinheit gespeicherten Befehlen und im Zusammenhang mit den von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen, beispielsweise die oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, ausgeführt werden. Die Steuerungseinheit kann Motorbetätigungseinheiten des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
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Bei 201 können Motorbetriebsbedingungen gemessen und/oder geschätzt werden. Diese können Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur, Umgebungsfeuchtigkeit, Umgebungsdruck), Ladelufttemperatur, Motordrehzahl, Saugrohrdruck, Katalysatortemperatur, Barometerdruck, Anforderungen seitens des Fahrers, Treibstofftankfüllstand, Alkoholgehalt von Treibstoff etc. umfassen. Bei 202 kann bestätigt werden, ob der Motor sich in einem Kaltstartzustand befindet. In einem Beispiel kann ein Motorkaltstart bestätigt werden, wenn die Motortemperatur (oder Umgebungstemperatur, oder Motorkatalysatortemperatur) unter einer Schwellenwerttemperatur und/oder einer Schwellenwertdauer ist, seitdem ein zuvor ergangenes Motor-Abschalten vergangen ist.
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Wird ein Motorkaltstart bei 203 nicht bestätigt, umfasst das Verfahren das Betreiben des Motors mit einem Treibstoffeinspritzungsprofil auf Basis von Motorbetriebsbedingungen. Der Motor kann beispielsweise während eines Warmstarts mit einem Warmstarttreibstoffeinspritzungsprofil gestartet werden. Wird ein Kaltstartzustand nicht bestätigt, werden möglicherweise keine Anpassungen am Saugrohrdruck vorgenommen. Das heißt, der Saugrohrdruck kann bei einem höheren Pegel aufrechterhalten werden.
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Bei Bestätigung von Motorkaltstartbedingungen bei 204 umfasst das Verfahren das Abrufen von Treibstoffzusammensetzungsdaten. Beispielsweise kann der Treibstoffalkoholgehalt (oder der Oktangehalt) abgerufen werden. In einem Beispiel kann die Treibstoffzusammensetzung auf Basis eines früheren Motorbetriebs bestimmt werden. In einem anderen Beispiel kann die Treibstoffzusammensetzung auf Basis eines Treibstofftankfüllungsereignisses bestimmt werden. Alternativ dazu kann die Treibstoffzusammensetzung auf Basis der Ausgabe eines Treibstoffzusammensetzungssensors, beispielsweise eines Treibstoffalkoholsensors, bestimmt werden.
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Bei 206 kann eine Treibstoffeinspritzungseinstellung für ein Verbrennungsereignis in jedem Zylinder bei dem Motorkaltstart auf Basis der geschätzten Motorbetriebsbedingungen, und ferner auf Basis der Treibstoffzusammensetzung, bestimmt werden. Die bestimmten Treibstoffeinspritzungseinstellungen können eine beim ersten Verbrennungsereignis einzuspritzende Treibstoffmenge als auch eine Zeitsteuerung der Einspritzung umfassen. Das Bestimmen der Treibstoffeinspritzungssteuerung kann für das erste Verbrennungsereignis in jedem Zylinder des Motors das Bestimmen eines Hubs, in dem der Treibstoff einzuspritzen ist, einen Einspritzungszeitsteuerungsstart, ein Einspritzungszeitsteuerungsende, eine Einspritzungsdauer als auch einen Arbeitszyklusimpuls für die Treibstoffeinspritzvorrichtung umfassen. Darüber hinaus kann bestimmt werden, ob der Treibstoff als eine Saugrohr-Einspritzung oder als eine Direkteinspritzung zugeführt werden soll. Beispielsweise kann der Start der Einspritzungszeitsteuerung und/oder das Ende der Einspritzungszeitsteuerung mit Motordrehzahl, Last, Treibstoffalkoholgehalt, Motortemperatur oder anderen Parametern variieren. In einem Beispiel kann bestimmt werden, dass Treibstoff bei dem ersten Verbrennungsereignis von jedem Zylinder während des Kaltstarts als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung zuzuführen ist.
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Bei 208 wird ein Saugrohrdruck-Sollwert auf Basis einer geschätzten Treibstofftemperatur am Ende der Einspritzung bestimmt. Wie nachstehend ausgeführt, wird der Saugrohrdruck für das erste Verbrennungsereignis in jedem Zylinder während des Kaltstarts auf einen Sollwert auf Basis einer Änderung des Siedepunkts des mit (Änderung des) dem Saugrohrdruck einzuspritzenden Treibstoffs gesenkt. Als solches senkt das Abfallen des Saugrohrdrucks den Treibstoff-Siedepunkt. Wenn der Treibstoff-Siedepunkt sinkt, während die Ladelufttemperatur dieselbe bleibt, nimmt eine Differenz zwischen dem Treibstoff-Siedepunkt und der Ladelufttemperatur zu, wodurch eine Verdampfung des Treibstoffs und die Ausbildung eines homogenen Luft-Treibstoff-Gemischs verbessert werden. Gleichzeitig zur Verbesserung der Treibstoffverdampfung führt das Abfallen des Saugrohrdrucks jedoch auch zu einem Abfallen des Ladevolumens in jedem Zylinder während des ersten Zylinderverbrennungsereignisses. Daraus ergibt sich, dass die zur Bereitstellung eines homogenen und stöchiometrischen (oder eines anderen Luft-Treibstoff-Verhältnisses) Gemischs erforderliche Treibstoffmenge abnimmt. Durch Optimieren und Ausbalancieren dieser beiden, und iteratives Lernen, kann ein Saugrohrdruck-Sollwert bestimmt werden.
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Diagramm 300 von 3 bildet den Temperaturunterschied zwischen dem Siedepunkt eines Treibstoffs und einer Ladelufttemperatur während eines Motorkaltstarts mit Treibstoff, der bei einem Kompressionshub eingespritzt wird, und die Auswirkung dieses Temperaturunterschieds auf Treibstoffverdampfung ab. Diagramm 300 bildet die Temperatur entlang der y-Achse und die Motorposition (in Kurbelwinkelgraden) entlang der x-Achse mit dem einen Kompressionshub abbildenden Bereich ab. Im abgebildeten Beispiel ist der eingespritzte Treibstoff E100. Der Motor ist ein 2L 4-Zylinder-Direkteinspritzmotor, der zu einer Umgebungsbedingung von –5°C, bei 250 rpm, in Betrieb ist. Treibstoff wird während eines Kompressionshubs eingespritzt, wobei das Einlassventil (IVC) sich bei 615 CAD schließt, und das Ende der Einspritzung bei ungefähr TDC, insbesondere bei 720 CAD eingestellt ist.
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Ladelufttemperatur in einem Zylinder wird bei Kurve 304 (strichliert) gezeigt. Eine Änderung des Siedepunkts eines in den Zylinder während des Kompressionshubs eingespritzten Treibstoffs (hierin ist der Treibstoff E100) wird bei Kurve 302 (durchgezogene Linie) gezeigt. Hierin ist der Motorstart bei einer fixierten Treibstoffversorgungsmenge bei einem Saugrohrdruck von 100 kPa. Der Siedepunkt des E100-Treibstoffs zeigt als eine Funktion des Kurbelwinkels die ansteigende Siedepunkttemperatur des Treibstoffs mit Zylinderinnendruck. Treibstoffverdampfung wird durch eine Differenz 306 zwischen dem Treibstoff-Siedepunkt und der Ladelufttemperatur angetrieben, die hierin auch als Delta-Temperatur bezeichnet wird. Insbesondere verbessert sich die Treibstoffverdampfung dann, wenn die Delta-Temperatur (oder Differenz) ansteigt.
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Ein Saugrohrdruck-Sollwert kann ausgewählt werden, der niedriger als der nominale Saugrohrdruck-Sollwert ist, um Treibstoffverdampfung zu verbessern. Der Saugrohrdruck kann beispielsweise von 100 kPa auf 70 kPa gesenkt werden. Kurve 308 (strichlierte Linie) bildet eine Änderung des Siedepunktes des in den Zylinder während des Kompressionshubs bei einem Saugrohrdruck von 70 kPa eingespritzten Treibstoffs ab. Der Siedepunkt des Treibstoffs E100 als eine Kurbelwinkelfunktion beim niedrigeren Saugrohrdruck zeigt einen ähnlichen Trend mit der ansteigenden Siedepunkttemperatur des Treibstoffs mit Zylinderinnendruck. Beim niedrigeren Saugrohrdruck ist der Treibstoff-Siedepunkt jedoch herabgesetzt, was zu einer größeren Differenz 310 zwischen dem Treibstoff-Siedepunkt und der Ladelufttemperatur führt. Das heißt eine größere Delta-Temperatur wird ermöglicht, was zu einer Verbesserung der Treibstoffverdampfung führt.
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Diagramm 400 von 4 bildet die Optimierung oder Auswahl des Saugrohrdruck-Sollwerts ab. Diagramm 400 bildet insbesondere Saugrohrdruck (MAP) entlang der x-Achse, Zylinderladevolumen entlang einer ersten y-Achse und ein Treibstoffverdampfungsausmaß entlang einer zweiten y-Achse ab. Kurve 402 (durchgezogene Linie) zeigt das Verhältnis zwischen Zylinderladevolumen und MAP. Nimmt MAP während eines Zylinderansaugtaktes ab, nimmt Zylinderlademasse ab. Mit anderen Worten, im Zylinder ist weniger Luft vorhanden. Kurve 404 (strichlierte Linie) zeigt das Verhältnis zwischen Treibstoffverdampfung und MAP. Nimmt MAP während eines Zylinderansaugtaktes ab, nimmt Treibstoffverdampfung (aufgrund einer weniger dichten Luft) zu. Mit anderen Worten, im Zylinder ist mehr Treibstoff vorhanden. Um die Ausbildung eines homogenen Luft-Treibstoff-Gemischs eines Ziel-Luft-Treibstoff-Verhältnisses zu ermöglichen, muss ein Mittelweg zwischen dem reduzierten Treibstoffbedarf (aufgrund des kleineren Luftvolumens) und der erhöhten Treibstoffverfügbarkeit (aufgrund der höheren Verdampfung) gefunden werden. In einem Beispiel kann ein Schnittpunkt zwischen den Linien angewandt werden, um den Saugrohrdruck-Sollwert zu ermitteln. Im abgebildeten Beispiel kann der MAP-Sollwert vom nominalen Wert MAP1 (beispielsweise 100 kPa) auf MAP2 (beispielsweise 70 kPa) herabgesetzt sein.
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Zurück zu 208, wie oben beschrieben, wo der Saugrohrdruck auf einen Sollwert auf Basis einer Änderung des Siedepunktes des mit Druck eingespritzten Treibstoffs herabgesetzt sein kann. Der Saugrohrdruck-Sollwert ist insbesondere auf Basis der (geschätzten oder vorausgesagten oder modellierten) Änderung des Siedepunktes des eingespritzten Treibstoffs relativ zu einer (geschätzten oder vorausgesagten oder modellierten) Änderung des Volumens von Zylinderladeluft mit Druck ausgewählt. In anderen Beispielen kann das Herabsetzen auf einen Sollwert auf Basis eines erwarteten Luft-Treibstoff-Verhältnisses im Zylinder am Ende der Einspritzung sein. Der Sollwert kann beispielsweise eingestellt sein, das Luft-Treibstoff-Verhältnis bei einem Ziel-Verhältnis (beispielsweise bei oder in der Nähe der Stöchiometrie) aufrechtzuerhalten. In einigen Beispielen kann das Herabsetzen ferner auf einem Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs basieren, wobei der Saugrohrdruck auf einen kleineren Wert herabgesetzt wird, wenn sich der Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs erhöht.
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Bei 210 umfasst das Verfahren das Senken des Saugrohrdrucks auf den bestimmten Sollwert, indem eine Öffnung einer Ansaugdrosselklappe reduziert wird. Das Senken kann beispielsweise das Betätigen eines elektro-mechanischen Aktuators umfassen, der mit dem Ansaugdrosselventil gekoppelt ist, um das Ventil in Richtung einer gechlosseneren Position auf Basis eines an dem Aktuator von der Steuerungseinheit empfangenen Signals zu bewegen. In einem Beispiel kann die Drosselklappe vorübergehend geschlossen gehalten werden, bis der MAP-Sollwert erreicht ist.
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Bei 212 kann bestätigt werden, dass MAP auf den bestimmten Sollwert gesenkt worden ist. Wenn nicht, kehrt das Verfahren zu 210 zurück, um das Betätigen des Drosselventils in Richtung einer weniger offenen Position fortzusetzen. Wird bestätigt, bei 214, dass MAP auf den bestimmten Sollwert gesenkt worden ist, umfasst das Verfahren das Einspritzen von Treibstoff als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung bei dem ersten Verbrennungsereignis in jedem Zylinder beim Kaltstart. Treibstoff kann mit der zuvor (bei 206) bestimmten Menge und Zeitsteuerung eingespritzt werden. Mit anderen Worten, die Zufuhr von Treibstoff für das erste Verbrennungsereignis in jedem Zylinder wird hinausgezögert, bis MAP ausreichend gesenkt worden ist, wodurch sichergestellt wird, dass der eingespritzte Treibstoff ausreichend verdampfen kann, um ein homogenes Luft-Treibstoff-Gemisch zu bilden.
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Als solches kann das Reduzieren des Saugrohrdrucks die Startzeit des Motors geringfügig (beispielsweise von 0,5 Sekunden auf 0,7 Sekunden) ansteigen lassen. Die Motorstartzeit bei kalten Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei 5 °C, ist in einem höheren Bereich, beispielsweise bei ungefähr 2–3 Sekunden. Unter diesen Bedingungen erhöht das Senken des Saugrohrdrucks die Motorkaltstartzeit nicht wesentlich. In der Tat kann aufgrund der verbesserten Verdampfung des Treibstoffs mit dem reduzierten MAP die Motorkaltstartzeit verbessert werden, beispielsweise von 2–3 Sekunden auf ungefähr 1,2–2 Sekunden.
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Bei 216 umfasst das Verfahren das Einstellen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter auf Basis des gesenkten Saugrohrdrucks, um Drehmomentfehler oder Drehmomentstörungen zu reduzieren. Beispielsweise können eine oder mehrere einer Zündfunkenzeitsteuerung und eines Treibstoffzuteilerdrucks für das erste Verbrennungsereignis in jedem Zylinder auf Basis des gesenkten Saugrohrdrucks eingestellt sein. Beispielsweise kann während einer ersten Bedingung, wenn der gesenkte Saugrohrdruck ein ergiebigeres als ein Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis zur Folge hat, die Zündungseinstellung vorangetrieben oder hinausgezögert werden, um den Drehmomentfehler zu reduzieren. Als ein weiteres Beispiel kann während einer zweiten Bedingung, wenn der reduzierte Saugrohrdruck ein schwächeres als ein Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis zur Folge hat, die Zündungseinstellung vorangetrieben oder hinausgezögert werden, um den Drehmomentfehler zu reduzieren. Ist das Gemisch jedoch zu schwach, kann mehr Treibstoff erforderlich sein, um das Soll-Drehmoment zu erzielen.
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Bei 218, bei Fertigstellung des ersten Verbrennungsereignisses in jedem Zylinder während des Motorkaltstarts, umfasst das Verfahren das Anheben des Saugrohrdrucks für ein zweites Verbrennungsereignis, das unmittelbar auf das erste Verbrennungsereignis in jedem Zylinder, ohne zwischengeschaltete Verbrennungsereignisse, folgt. Das Anheben kann beispielsweise das Betätigen des elektro-mechanischen Aktuators umfassen, die mit dem Ansaugdrosselventil gekoppelt ist, um die Ventile in Richtung einer offeneren Position auf Basis eines Signals zu bewegen, das an dem Aktuator von der Steuerungseinheit empfangen wird.
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Bei 220 umfasst das Verfahren das Zuführen von Treibstoff für das zweite und das darauffolgende Verbrennungsereignis in jedem Zylinder beim Motorkaltstart als einen oder mehrere Kompressionshub- und/oder Ansaugtakt-Einspritzungen. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise von der Treibstoffeinspritzung zu einer Teileinspritzung beim zweiten Verbrennungsereignis in einem Zylinder übergehen, wobei die Teileinspritzung eine erste Menge an Treibstoff, die als eine Ansaugtakteinspritzung zugeführt wird, und eine zweite verbleibende Menge des Treibstoffs, die als eine Kompressionshubeinspritzung zugeführt wird, umfasst, und ein Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge Temperatur-basierend eingestellt wird. Die Temperatur kann hierin eine von einer Treibstofftemperatur, einer Motortemperatur, einer Abgaskatalysatortemperatur und einer Umgebungstemperatur sein. Das Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge kann bei Ansteigen der Temperatur erhöht werden. Das Verhältnis kann ferner auf einem Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs basieren, wobei das Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge bei Ansteigen des Alkoholgehalts des eingespritzten Treibstoffs abnimmt.
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Ferner können das Verhältnis des im Ansaugtakt relativ zum Kompressionshub zugeführten Treibstoffs als auch die Anzahl von Einspritzungen, die für eine Teileinspritzung (wenn eine Teileinspritzung zur Anwendung kommt) angewandt werden, ferner auf einer Verbrennungsereignisanzahl basieren. Beispielsweise kann nach dem ersten Verbrennungsereignis in jedem Zylinder Treibstoff als eine Teil-Ansaug- und/oder Kompressions-Einspritzung für eine Anzahl von Verbrennungsereignissen zugeführt werden, wonach die Treibstoffversorgung in eine Einzel-Ansaugtakteinspritzung übergehen kann.
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Auf diese Art und Weise wird durch ein Senken eines Einlassladedrucks für ein erstes Verbrennungsereignis eines Motorkaltstarts bei Abnahme einer geschätzten Treibstofftemperatur an einem Ende der Einspritzung die Treibstoffverdampfung verbessert, selbst wenn ein Alkoholtreibstoff zur Anwendung kommt. Darüber hinaus ermöglicht der niedrigere Saugrohrdruck, dass das Auftreten von Fehlzündungsereignissen reduziert wird.
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Mit nunmehriger Bezugnahme auf 5 wird ein Diagramm 500 von Ventilzeitsteuerung und Kolbenposition mit Bezug auf eine Motorposition für einen Motorzylinder, dem Treibstoff für ein erstes Verbrennungsereignis eines Motorstarts zugeführt wird, gezeigt. Während eines Motorstarts kann eine Motorsteuerungseinheit, während der Motor angelassen wird, konfiguriert sein, einen Saugrohrdruck (MAP) für ein erstes Verbrennungsereignis in einem Motorzylinder bei einem Motorkaltstart einzustellen, um die Treibstoffverdampfung zu verbessern. Im Fall eines Motorwarmstarts werden unter Umständen, wie nachstehend beschrieben, keine MAP-Einstellungen ausgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass sich das erste Verbrennungsereignis, wie hierin angewandt, auf ein erstes Verbrennungsereignis in einem ersten Zylinder bezieht, um zu zünden, während der Motor startet. Es können jedoch ähnliche Profile für ein erstes Verbrennungsereignis in jedem Zylinder während der Motor startet angewandt werden.
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Diagramm 500 veranschaulicht eine Motorposition entlang der x-Achse in Kurbelwinkelgraden (CAD). Kurve 508 bildet Kolben-Positionen (entlang der y-Achse) mit Bezug auf deren Positionierung vom oberen Totpunkt (TDC) und/oder unteren Totpunkt (BDC), und ferner mit Bezug auf deren Positionierung innerhalb der vier (Ansaug-, Kompressions-, Arbeits- und Auslass-)Takte eines Motorzyklusses ab. Wie durch die sinusförmige Kurve 508 angezeigt, bewegt sich ein Kolben allmählich abwärts vom TDC, wobei er beim BDC spätestens am Ende des Arbeitstaktes den untersten Punkt erreicht. Der Kolben kehrt dann nach oben, zum TDC, spätestens am Ende des Auslasstaktes zurück. Der Kolben bewegt sich dann wieder zurück, in Richtung des BDC, während des Ansaugtakts, wobei er in seine ursprüngliche obere Position am TDC spätestens am Ende des Kompressionshubs zurückkehrt.
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Kurven 502 und 504 bilden Ventilzeitsteuerungen für ein Auslassventil (strichlierte Kurve 502) und ein Einlassventil (durchgezogene Kurve 504) während eines normalen Motorbetriebs ab. Wie veranschaulicht, kann ein Auslassventil gerade dann geöffnet werden, wenn der Kolben am Ende des Arbeitstaktes den untersten Punkt erreicht. Das Auslassventil kann sich dann schließen, wenn der Kolben den Auslasstakt vollendet, wobei es zumindest so lange offen bleibt, bis ein darauffolgender Ansaugtakt begonnen hat. Auf ähnliche Art und Weise kann ein Einlassventil bei oder vor dem Beginn eines Ansaugtaktes geöffnet werden, und kann zumindest so lange offen bleiben, bis ein darauffolgender Kompressionshub begonnen hat.
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Als Folge der Zeitsteuerungsdifferenzen zwischen dem, für eine kurze Zeitdauer, sich Schließen des Auslassventils und dem sich Öffnen des Einlassventils vor dem Ende des Auslasstaktes und nach dem Beginn des Einlasstaktes können sowohl das Einlass- als auch das Auslass-Ventil offen sein. Diese Periode, während der beide Ventile offen sein können, wird als eine positive Einlass- bis Auslass-Ventil-Überlappung 506 (oder einfach als positive Ventilüberlappung) bezeichnet, was durch eine schraffierte Region am Schnittpunkt von Kurven 502 und 504 dargestellt ist. In einem Beispiel kann die positive Einlass- bis Auslass-Ventilüberlappung 506 eine Standardnockenposition des Motors sein, die während eines Motorkaltstarts vorliegt.
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Die dritte Kurve (von oben) von Diagramm 500 bildet ein beispielhaftes Treibstoffeinspritzungsprofil 510 ab, das für ein erstes Verbrennungsereignis eines Motorkaltstarts angewandt werden kann, um eine Motorkaltstartrauhigkeit zu reduzieren und die Motorstartfähigkeit zu verbessern. Kurve 514 bildet MAP bei dem ersten Verbrennungsereignis des Motorkaltstarts ab. Die fünfte Kurve (von oben) von Diagramm 500 bildet ein beispielhaftes Treibstoffeinspritzungsprofil 520 ab, das für ein erstes Verbrennungsereignis eines Motorwarmstarts angewandt werden kann. Kurve 516 bildet MAP bei dem ersten Verbrennungsereignis des Motorwarmstarts ab.
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In dem abgebildeten Beispiel umfasst das Treibstoffeinspritzungsprofil 510, das während eines ersten Verbrennungsereignisses eines Motorkaltstarts zur Anwendung kommt, eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung D1 mit einer Treibstoffmenge, die dem Zylinder während eines Kompressionshubs zugeführt wird, wobei der Treibstoff bei Zeitsteuerung CAD1 direkt-eingespritzt wird. Darüber hinaus wird für das erste Verbrennungsereignis des Motorkaltstarts Saugrohrdruck (Kurve 514) von einer nominalen Einstellung 512 gesenkt, um eine größere Delta-Temperatur zwischen einem Siedepunkt des eingespritzten Treibstoffs und einer Ladelufttemperatur zu ermöglichen.
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Im Vergleich dazu umfasst das während eines ersten Verbrennungsereignisses eines Motorwarmstarts angewandte Treibstoffeinspritzungsprofil 520 eine Teileinspritzung mit einer Gesamtmenge von Treibstoff, die dem Zylinder als eine erste Ansaugtakt-Direkteinspritzung D11 und entweder eine zusätzliche Ansaugtakteinspritzung D12 oder eine zusätzliche Kompressionshubeinspritzung D12‘ zugeführt wird. Ein erster größerer Anteil der Gesamttreibstoffmenge wird in den Ansaugtakt bei einer ersten Zeitsteuerung CAD11 direkt-eingespritzt. In der Folge wird ein verbleibender Anteil des Treibstoffs bei CAD12 in den Ansaugtakt, oder bei CAD13 in den Kompressionshub direkt-eingespritzt. Darüber hinaus wird der Saugrohrdruck (Kurve 516) für das erste Verbrennungsereignis des Motorwarmstarts bei Nominaleinstellung 512 gehalten, da Treibstoffverdampfung beim Warmstart kein Problem darstellt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in einigen Beispielen der beim ersten Verbrennungsereignis des Motorwarmstarts zugeführte Gesamttreibstoff Ansaugtakteinspritzung D11 als auch jeweils Ansaugtakteinspritzung D12 als auch Kompressionshubeinspritzung D12‘ umfassen kann. Ferner kann die (nicht gezeigte) Zündungseinstellung durch eine größere Menge während des ersten Verbrennungsereignisses des Motorkaltstarts, im Vergleich zum Warmstart, hinausgezögert werden.
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Mit nunmehriger Bezugnahme auf 6 zeigt Diagramm 600 eine beispielhafte Einstellung eines Treibstoffeinpritzungsprofils und eines MAP während eines Motorkaltstarts, und ein anschließendes Anlassen. Diagramm 600 bildet die Ausgabe eines Verbrennungsereignisanzahlzählers bei Kurve 602, Treibstoffeinspritzungsprofile bei Kurve 604, MAP bei Kurve 606 und die Ausgabe eines Fehlzündungszählers bei Kurve 608 ab. Es wird darauf hingewiesen, dass der Verbrennungsereigniszähler, wie er hierin verwendet wird, Verbrennungsereignisse zählt, die in einem vorgegebenen Motorzylinder auftreten. Somit bezieht sich ein erstes Verbrennungsereignis auf ein erstes Verbrennungsereignis in einem ersten Zylinder, um während des Motorstarts zu zünden, und darauffolgende Verbrennungsereignisse beziehen sich auf darauffolgende Verbrennungsereignisse im vorgegebenen Zylinder (nach dem ersten Verbrennungsereignis) beim Starten des Motors. Von daher wird darauf hingewiesen, dass ähnliche Profile für ein erstes Verbrennungsereignis in jedem Zylinder während des Motorwarm- oder Motorkalt-Starts angewandt werden können.
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Bei t0 kann ein Motorstartbefehl empfangen werden. Aufgrund von Umgebungsbedingungen unterhalb einer Schwellenwerttemperatur kann der Motorstart bei t1 einen Motorkaltstart darstellen. Zwischen t0 und t1 kann der Motor mit einem Anlassermotor angelassen werden. Bei oder kurz nach t1 kann Treibstoff für ein erstes Verbrennungsereignis zugeführt werden. Um jedoch Treibstoffverdampfung beim ersten Verbrennungsereignis des Kaltstarts, vor t1, zu verbessern, kann MAP reduziert werden. In einem Beispiel wird MAP durch Reduzieren einer Öffnung einer Ansaugdrosselklappe reduziert. Die Drosselklappe kann beispielsweise eine Zeit lang geschlossen gehalten werden, bis der MAP auf einen vorbestimmten Sollwert gesenkt wird. Danach kann ein Öffnen der Drosselklappe auf Basis von Betriebsbedingungen und einem Soll-Luftstrom eingestellt werden. Ist der MAP einmal gesenkt, beginnt für das erste Verbrennungsereignis die Treibstoffversorgung. Hierin wird beim ersten Verbrennungsereignis Treibstoff als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung C1 (schraffierter Balken) zugeführt.
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Bei oder kurz nach t2 kann Treibstoff für ein zweites Verbrennungsereignis zugeführt werden. Der Treibstoff kann beim zweiten Verbrennungsereignis jedoch ausreichend warm sein, sodass ein weiteres Aufrechterhalten von niedrigerem MAP für eine Treibstoffverdampfung nicht erforderlich ist. Demgemäß kann bei Vollendung des ersten Verbrennungsereignisses und kurz vor dem zweiten Verbrennungsereignis des Kaltstarts (d.h. vor t2) MAP erhöht werden. In einem Beispiel wird MAP durch ein Vergrößern einer Öffnung der Ansaugdrosselklappe erhöht. Ist der MAP einmal erhöht, nimmt die Treibstoffversorgung für das zweite Verbrennungsereignis ihren Anfang. Hierin wird beim zweiten Verbrennungsereignis Treibstoff als eine erste Ansaugtakteinspritzung I2 (linierter Balken) und als eine zweite Kompressionshubeinspritzung C2 (schraffierter Balken) zugeführt, wobei die Einspritzung ein höheres Treibstoffverhältnis in der Kompressionshubeinspritzung im Vergleich zur Ansaugtakteinspritzung umfasst. Für das darauffolgende, dritte Verbrennungsereignis und alle Verbrennungsereignisse danach wird MAP beim höheren Wert gehalten. Darüber hinaus wird beim dritten Verbrennungsereignis Treibstoff als eine erste Ansaugtakteinspritzung I3 (linierter Balken) und eine zweite Kompressionshubeinspritzung C3 (schraffierter Balken) zugeführt, wobei die Einspritzung ein höheres Treibstoffverhältnis in der Ansaugtakteinspritzung im Vergleich zur Kompressionshubeinspritzung umfasst. Darüber hinaus wird, wenn Motorleerlaufsteuerung bei oder nach t4 erreicht ist, MAP beim höheren Wert gehalten, und Verbrennungsereignisse (beispielsweise Ereignis n – 1 und n) werden mit Ansaugtakt-Einspritztreibstoff (beispielsweise In – 1 und In) betrieben.
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Durch ein Reduzieren des MAP während des ersten Verbrennungsereignisses wird Treibstoffverdampfung verbessert. Darüber hinaus wird das Auftreten von Fehlzündungsereignissen reduziert. Von daher können mehrfache Fehlzündungsereignisse, wie durch die Ausgabe eines Fehlzündungszählers bei 608 (strichlierte Kurve) angezeigt wird, aufgetreten sein, falls MAP für das erste Verbrennungsereignis nicht gesenkt worden wäre wie durch das strichlierte Segment 610 angezeigt wird.
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In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor Folgendes: Senken des Saugrohrdrucks auf einen Sollwert, der auf Basis einer Änderung des Siedepunkts eines eingespritzten Treibstoffs mit Druck relativ zu einer Änderung des Volumens der Zylinderladeluft mit Druck ausgewählt ist, für ein erstes Verbrennungsereignis von jedem Zylinder eines Motors während eines Motorkaltstarts; und Zuführen des Treibstoffs an einen Zylinder als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung bei dem niedrigeren Saugrohrdruck. In obigem Beispiel kann der Sollwert, der auf Basis der Änderung des Siedepunkts des eingespritzten Treibstoffs mit Druck relativ zur
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Änderung des Volumens der Zylinderladeluft mit Druck ausgewählt ist, zusätzlich oder wahlweise den Sollwert umfassen, der auf Basis eines erwarteten Luft-Treibstoff-Verhältnisses des Zylinders an einem Ende der Einspritzung ausgewählt ist, wobei das erwartete Luft-Treibstoff-Verhältnis auf der Änderung des Siedepunkts des eingespritzten Treibstoffs und der Änderung des Volumens der Zylinderladung basiert. In beliebigen oder allen der vorangegangenen Beispiele umfasst das Senken zusätzlich oder wahlweise das Betätigen eines Aktuators, der mit einem Ansaugdrosselventil gekoppelt ist, um das Drosselventil in Richtung einer geschlosseneren Position zu bewegen. In beliebigen oder allen der vorangegangenen Beispiele umfasst das Senken Senken von einem ersten Saugrohrdruck auf den Sollwert, wobei der erste Saugrohrdruck auf einer oder mehreren einer Umgebungstemperatur und eines Alkoholgehalts des eingespritzten Treibstoffs basiert. Irgendwelche oder alle der vorangegangenen Beispiele können zusätzlich oder wahlweise ferner für ein zweites Verbrennungsereignis von jedem Zylinder, das unmittelbar auf das erste Verbrennungsereignis von jedem Zylinder des Motorkaltstarts (mit keinem Ereignis dazwischen) folgt, das Erhöhen des Saugrohrdrucks auf den ersten Saugrohrdruck und das Zuführen von Treibstoff als eine oder mehrere Ansaugtakteinspritzungen bei dem höheren Saugrohrdruck umfassen. Irgendwelche oder alle der vorangegangenen Beispiele können zusätzlich oder wahlweise ferner das Einstellen einer oder mehrerer einer Zündungseinstellung und eines Treibstoffzuteilerdrucks auf Basis von Motordrehmomentausgabe beim gesenkten Saugrohrdruck relativ zur Drehmomentanforderung des Fahrers umfassen.
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Ein weiteres beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst Folgendes: Bestimmen, während eines Motorkaltstarts, einer Treibstoffeinspritzung, die eine Treibstoffmenge und eine Einspritzungszeitsteuerung auf Basis von Motorbetriebsbedingungen umfasst; und Senken des Saugrohrdrucks für ein erstes Verbrennungsereignis von jedem Zylinder des Motors beim Kaltstart auf Basis einer Schätzung von Treibstofftemperatur an einem Ende der Einspritzung. Im vorangegangenen Beispiel umfasst das Senken wahlweise das Senken des Saugrohrdrucks auf einen Sollwert, der auf einer Änderung des Siedepunkts des eingespritzten Treibstoffs mit Druck basiert. In irgendwelchen oder allen der vorangegangenen Beispiele basiert der Sollwert zusätzlich oder wahlweise auf der Änderung des Siedepunkts des eingespritzten Treibstoffs relativ zu einer Änderung des Volumens von Zylinderladeluft mit Druck. In irgendwelchen oder allen der vorangegangenen Beispiele basiert das Senken zusätzlich oder wahlweise ferner auf einem Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs, wobei der Saugrohrdruck auf einen kleineren Wert absinkt, wenn der Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs ansteigt. In irgendwelchen oder allen der vorangegangenen Beispiele umfasst das Senken zusätzlich oder wahlweise das Reduzieren einer Öffnung einer Ansaugdrosselklappe.
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Irgendwelche oder alle der vorangegangenen Beispiele können zusätzlich oder wahlweise ferner das Erhöhen des Saugrohrdrucks für ein zweites Verbrennungsereignis, das unmittelbar auf das erste Verbrennungsereignis von jedem Zylinder folgt, und das Einspritzen des Treibstoffs als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung beim ersten Verbrennungsereignis von jedem Zylinder umfassen. Irgendwelche oder alle der vorangegangenen Beispiele können zusätzlich oder wahlweise ferner das Überführen der Treibstoffeinspritzung in eine Teileinspritzung beim zweiten Verbrennungsereignis umfassen, wobei die Teileinspritzung eine erste Treibstoffmenge, die als eine Ansaugtakteinspritzung zugeführt wird, und eine zweite, verbleibende Treibstoffmenge umfasst, die als eine Kompressionshubeinspritzung zugeführt wird, wobei ein Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge auf Basis von Temperatur eingestellt wird. In jedem der vorangegangenen Beispiele, worin das Verhältnis auf Basis von Temperatur eingestellt wird, ist die Temperatur wahlweise eine von einer Treibstofftemperatur, einer Motortemperatur, einer Abgaskatalysatortemperatur und einer Umgebungstemperatur, und das Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge wird erhöht, wenn sich die Temperatur erhöht. In jedem der vorangegangenen Beispiele basiert das Verhältnis zusätzlich oder wahlweise ferner auf einem Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs, wobei das Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge reduziert wird, wenn sich der Alkoholgehalt des eingespritzten Treibstoffs erhöht. Jedes der vorangegangenen Beispiele kann zusätzlich oder wahlweise ferner das Einstellen einer oder mehrerer einer Zündungseinstellung und eines Treibstoffzuteilerdrucks, der auf dem gesenkten Saugrohrdruck basiert, umfassen.
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In einem noch weiteren Beispiel kann ein erstes beispielhaftes Motorsystem, das mit einem Fahrzeug gekoppelt ist, einen Motor mit einem Ansaugkrümmer und einen oder mehrere Motorzylinder; eine Direkteinspritzvorrichtung für das Direkt-Einspritzen von Treibstoff in einen Motorzylinder; ein Drosselventil, das im Ansaugkrümmer gekoppelt ist, wobei eine Öffnung des Ventils durch einen elektro-mechanischen Aktuator eingestellt wird; einen Drucksensor für das Schätzen eines Drucks des Ansaugkrümmers; und eine Steuerungseinheit umfassen. Die Steuerungseinheit kann mit computerlesbaren Befehlen konfiguriert sein, die auf einem nicht-flüchtigen Speicher für Folgendes gespeichert sind: Zuführen, während eines ersten Motorkaltstarts, von Treibstoff bei einem ersten Verbrennungsereignis von jedem Motorzylinder bei einem höheren Saugrohrdruck, und dann Erhöhen des Saugrohrdrucks über den höheren Saugrohrdruck nach dem ersten Verbrennungsereignis. Die Steuerungseinheit kann ferner konfiguriert sein: während eines zweiten Motorkaltstarts Treibstoff bei einem ersten Verbrennungsereignis von jedem Motorzylinder bei einem niedrigeren Saugrohrdruck zuzuführen, und dann den Saugrohrdruck auf den höheren
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Saugrohrdruck nach dem ersten Verbrennungsereignis zu erhöhen. Im vorangegangenen beispielhaften Motorsystem ist die Umgebungstemperatur während des zweiten Motorkaltstarts bei einer niedrigeren Temperatur. Im vorangegangenen beispielhaften Motorsystem wird zusätzlich oder wahlweise Treibstoff während des ersten Motorkaltstarts beim ersten Verbrennungsereignis von jedem Zylinder als jeweils von einer Ansaugtakteinspritzung und einer Kompressionshubeinspritzung zugeführt, wohingegen während des zweiten Motorkaltstarts Treibstoff beim ersten Verbrennungsereignis von jedem Zylinder als eine Einzel-Kompressionshubeinspritzung zugeführt wird.
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Auf diese Art und Weise wird die Startfähigkeit eines Motors mit Benzin- und Alkoholtreibstoffen, beispielsweise E100 oder E85, bei sehr kalten Temperaturen verbessert. Die Verbesserung wird ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Treibstofferwärmungssystemen, beispielsweise erwärmten Treibstoffzuteilern, Benzineinspritzvorrichtungs-Starts, Vor-Einspritzungen, erwärmten Einspritzvorrichtungen etc., erzielt. Dadurch, dass eine Verdampfung einer größeren Menge des eingespritzten Treibstoffs beim Kaltstart ermöglicht wird, können Zufuhrgas-Kohlenwasserstoffemissionen erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann durch das Reduzieren der Last beim Motorstart ein Motordrehzahlstottern reduziert werden. Durch ein Reduzieren des Auftretens von Motorfehlzündungen während eines Motorkaltstarts werden Vorteile von niedrigeren Emissionen und betriebssichere und verhersagbare Motorstarts erzielt. Kurz gesagt, die Motorstartfähigkeit bei Kaltstarts wird verbessert.
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Man beachte, dass die beispielhaften, hierin umfassten Steuerungs- und Schätzungs-Routineprogramme bei verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystem-Konfigurationen angewandt werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und Routineprogramme können als ausführbare Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuerungssystem, das die Steuerungseinheit in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motor-Hardware umfasst, durchgeführt werden. Die hierin offenbarten, spezifischen Routineprogramme können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multi-Tasking, Multi-Threading und ähnliche. Von daher können verschiedene veranschaulichte Wirkungsweisen, Vorgänge und Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt, oder weggelassen werden. Auf ähnliche Art und Weise ist die Verarbeitungsabfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, wird jedoch zu Zwecken der Veranschaulichung und
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Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Wirkungsweisen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach Anwendung einer bestimmten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Wirkungsweisen, Vorgänge und/oder Funktionen einen Code graphisch darstellen, der in einen nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem zu programmieren ist, in dem die beschriebenen Wirkungsweisen durch Ausführen der Befehle in einem System durchgeführt werden, das die verschiedenen Motor-Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerungseinheit umfasst.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routineprogramme von Natura aus beispielhaft sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann beispielsweise auf V-6, I-4, I-6, V-12, Boxer 4, und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht-offensichtlichen Kombinationen und Unter-Kombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen, und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
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Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unter-Kombinationen auf, die als neuartig und nicht-offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder auf das diesbezügliche Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten als dahingehend verstanden werden, dass sie die Integrierung von einem oder von mehreren derartigen Elementen umfassen, und zwei oder mehrere derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unter-Kombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentierung von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie breiter oder enger gefasst, gleich oder unterschiedlich im Schutzumfang zu den ursprünglichen Ansprüchen, werden auch als vom Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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