DE-102018110407-B4 - VERFAHREN UND SYSTEM ZUR ZENTRALKRAFTSTOFFEINSPRITZUNG

Abstract

Verfahren, umfassend: Schätzen eines Sauerstoffgehalts eines Abgaskatalysators unmittelbar nach einem Kraftstoffabschaltungsereignis geschätzt und Einstellen eines ersten Anteils an Kraftstoff, der einem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, relativ zu einem zweiten Anteil an Kraftstoff, der dem Motor über eines oder mehrere von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, auf Grundlage des geschätzten Sauerstoffgehalts des Abgaskatalysators.

Inventors

• Gopichandra Surnilla
• Adithya Pravarun Re Ranga
• Mohannad Hakeem
• Calvin Trescott
• Joseph Norman Ulrey
• Peter C. Moilanen

Assignees

• FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20180430

Priority Date

20170503

Claims (15)

1. Verfahren, umfassend: Schätzen eines Sauerstoffgehalts eines Abgaskatalysators unmittelbar nach einem Kraftstoffabschaltungsereignis geschätzt und Einstellen eines ersten Anteils an Kraftstoff, der einem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, relativ zu einem zweiten Anteil an Kraftstoff, der dem Motor über eines oder mehrere von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, auf Grundlage des geschätzten Sauerstoffgehalts des Abgaskatalysators.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Einstellen das Erhöhen des ersten Anteils an Kraftstoff zur Zufuhr an den Motor über Krümmereinspritzung, während der zweite Anteil an Kraftstoff, der über eines oder mehrere von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, entsprechend reduziert wird, als Reaktion darauf, dass der geschätzte Sauerstoffgehalt des Abgaskatalysators über einen Schwellenwertsauerstoffgehalt ansteigt, beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei das Einstellen ferner das Beibehalten eines Motorbetriebs mit dem erhöhten ersten Anteil an Kraftstoff und dem reduzierten zweiten Anteil an Kraftstoff, bis der geschätzte Sauerstoffgehalt des Abgaskatalysators unter den Schwellenwertsauerstoffgehalt fällt, und dann das Reduzieren des ersten Anteils an Kraftstoff, der dem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, während der zweite Anteil an Kraftstoff, der über das eine oder die mehreren von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, entsprechend erhöht wird, beinhaltet.
4. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei der eingestellte erste Anteil an Kraftstoff, der dem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, auf dem geschätzten Sauerstoffgehalt des Abgaskatalysators basiert, wobei der erste Anteil erhöht wird, wenn sich der geschätzte Sauerstoffgehalt des Abgaskatalysators über den Schwellenwertsauerstoffgehalt erhöht.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , wobei der zweite Anteil an Kraftstoff, der über das eine oder die mehreren von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, auf Grundlage des ersten Anteils eingestellt wird, um ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis beizubehalten.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die eine oder mehrere der Saugrohr- und Direkteinspritzung beides von Direkteinspritzung und Saugrohreinspritzung ist und das Einstellen ferner in dem zweiten Anteil an Kraftstoff das Einstellen eines Verhältnisses an Kraftstoff, der über Saugrohreinspritzung zugeführt wird, relativ zu Kraftstoff, der über Direkteinspritzung zugeführt wird, beinhaltet, auf Grundlage einer Feinstaublast eines Feinstaubfilters, der eines von stromaufwärts und stromabwärts des Abgaskatalysators gekoppelt ist, wobei das Einstellen das Erhöhen des Verhältnisses an Kraftstoff, der über Direkteinspritzung zugeführt wird, relativ zur Saugrohreinspritzung beinhaltet, wenn die Feinstaublast in dem Feinstaubfilter geringer als ein Schwellenwert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei das Erhöhen des ersten Anteils an Kraftstoff das Erhöhen des ersten Anteils an Kraftstoff, der einem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, relativ zu dem zweiten Anteil an Kraftstoff, der über eine oder mehrere von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, für eine erste Anzahl an Motorzyklen unmittelbar nach dem Kraftstoffabschaltungsereignis und während der ersten Anzahl an Motorzyklen das Betreiben des Motors mit einem fetteren als stöchiometrischen Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis beinhaltet.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , wobei die erste Anzahl an Motorzyklen auf einer Abgaskatalysatorsauerstoffladung basiert, wobei die erste Anzahl an Zyklen zunimmt, wenn die Abgaskatalysatorsauerstoffladung zunimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Kraftstoffabschaltungsereignis ein Entschleunigungskraftstoffabschaltungsereignis als Reaktion auf einen Bedienerdrehmomentbedarf, der geringer als ein Schwellenwert ist, beinhaltet.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Kraftstoffabschaltungsereignis ein vorübergehendes Kraftstoffabschaltungsereignis als Reaktion auf eine Getriebeganghochschaltung beinhaltet.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend als Reaktion auf eine Motoransaugkrümmertemperatur, die größer als ein Schwellenwert ist, das Erhöhen des ersten Anteils an Kraftstoff, der dem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, während der zweite Anteil an Kraftstoff, der über das eine oder die mehreren von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, entsprechend reduziert wird, bis die Motoransaugkrümmertemperatur unter die Schwellenwertmotoransaugkrümmertemperatur abnimmt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend als Reaktion auf eine Abgaskatalysatortemperatur, die niedriger als ein Schwellenwert ist, das Erhöhen des ersten Anteils an Kraftstoff, der dem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, während der zweite Anteil an Kraftstoff, der über das eine oder die mehreren von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, entsprechend reduziert wird, bis die Abgaskatalysatortemperatur über die Schwellenwertabgaskatalysatortemperatur ansteigt.
13. Motorsystem, umfassend: einen Motoransaugkrümmer mit einem Krümmerlufttemperatursensor, der konfiguriert ist um eine Motoransaugkrümmertemperatur zu schätzen; eine Vielzahl von Motorzylindern; eine oder mehrere Direkteinspritzvorrichtungen, die konfiguriert sind, um einen Kraftstoff in eine oder mehrere aus der Vielzahl von Zylindern zu leiten; eine oder mehrere Saugrohreinspritzvorrichtungen, die konfiguriert sind, um den Kraftstoff über ein Saugrohr in eine oder mehrere aus der Vielzahl von Zylindern einzuspritzen; eine Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Motoransaugkrümmer; einen Motorabgaskrümmer mit einem Abgaskanal, einem Abgaskatalysator, der an den Abgaskanal gekoppelt ist, und einem Abgassauerstoffsensor, der an den Abgaskanal stromaufwärts des Abgaskatalysators gekoppelt und konfiguriert ist um einen Sauerstoffgehalt zu schätzen; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zu Folgendem: selektives Erhöhen, als Reaktion auf eines von der Sauerstoffgehalt in dem Abgaskatalysator ist größer als ein Sauerstoffgehaltsschwellenwert und die Motoransaugkrümmertemperatur ist größer als ein Motoransaugkrümmertemperaturschwellenwert, eines Verhältnisses von Kraftstoff, der über die Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführt wird, relativ zu Kraftstoff, der über jede von der einen oder den mehreren Direkteinspritzvorrichtungen und der einen oder den mehreren Saugrohreinspritzvorrichtungen zugeführt wird.
14. System nach Anspruch 13 , wobei die Steuerung weiter Anweisungen für Folgendes enthält: Beibehalten der Motorkraftstoffzufuhr mit dem erhöhten Verhältnis an Krümmereinspritzung, die über die Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführt wird, relativ zu jedem von der einen oder den mehreren Direkteinspritzvorrichtungen und der einen oder den mehreren Saugrohreinspritzvorrichtungen, bis jedes von dem Sauerstoffgehalt in dem Abgaskatalysator unter den Schwellenwertsauerstoffgehalt fällt und die Motoransaugkrümmertemperatur unter die Schwellenwerttemperatur fällt, und dann das Einstellen des Verhältnisses auf Grundlage von Motordrehzahl und Motorlast.
15. System nach Anspruch 13 , wobei das selektive Erhöhen des Verhältnisses von per Krümmer eingespritztem, über die Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführtem Kraftstoff das selektive Erhöhen einer Impulsbreite der Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung beinhaltet, während eine Impulsbreite der einen oder den mehreren Saugrohreinspritzvorrichtungen und der einen oder den mehreren Direkteinspritzvorrichtungen reduziert wird, wobei die Impulsbreite der Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung auf jedem von dem Sauerstoffgehalt des Abgaskatalysators und der Motoransaugkrümmertemperatur basiert, wobei die Impulsbreite der Zentralkraftstoffeinspritzvorrichtung erhöht wird, wenn eines oder mehrere von dem Sauerstoffgehalt des Abgaskatalysators über den Schwellenwertsauerstoffgehalt ansteigt und die Motoransaugkrümmertemperatur über die Schwellenwerttemperatur ansteigt.

Description

Gebiet Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Einstellen der Krümmerkraftstoffeinspritzung, um NOx-Emissionen zu reduzieren. Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung Verbrennungsmotoren können Systeme zur Zentralkraftstoffeinspritzung (central fuel injection - CFI) beinhalten, die Kraftstoff in einen Ansaugkrümmer einspritzen. Wenn Kraftstoff in den Motoreinlass eingespritzt wird, wird Wärme von der Ansaugluft und/oder den Motorkomponenten an den Kraftstoff übertragen, und diese Wärmeübertragung führt zur Zerstäubung eines Teils des Kraftstoffs, woraus eine Kühlung der Motorkomponenten folgt. Das Einspritzen von Kraftstoff in die Ansaugluft (z. B. in den Ansaugkrümmer, Saugrohre etc.) senkt sowohl die Temperatur der Ansaugluft als auch eine Verbrennungstemperatur bei den Motorzylindern. Durch das Kühlen der Ansaugluftladung kann die NOx-Erzeugung reduziert werden. NOx werden in einem Abgaskatalysator gespeichert, der während eines Betriebs mit fetterem als stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis periodisch oder opportunistisch regeneriert wird. Zusätzlich zu CFI kann Kraftstoff über Saugrohreinspritzvorrichtungen in Ansaugrohre und/oder über Direkteinspritzvorrichtungen direkt in Zylinder eingespritzt werden. Es werden verschiedene Ansätze bereitgestellt, um die Erzeugung von NOx während des Motorbetriebs zu reduzieren. Ein beispielhafter Ansatz wird von Mulye in US 8 935 996 B2 gezeigt, wobei flüssiges Wasser während des Verdichtungs- und Arbeitstakts in Motorzylinder eingespritzt wird, um die Verbrennungstemperatur an den Zylindern zu reduzieren. Wenn die Verbrennungstemperatur reduziert ist, gibt es eine Reduzierung der NOx-Emissionen. Das Wasser wird den Zylindern über vorgesehene Wassereinspritzvorrichtungen zugeführt, die an eine bordeigene Wasserquelle gekoppelt sind. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann ein Anstieg der Menge an verdampftem Wasser in den Brennkammern aufgrund der Wassereinspritzung zu Verbrennungsinstabilität führen. Auch kann es Bedingungen geben, bei denen Wasser gegebenenfalls nicht jederzeit zur Einspritzung an Bord eines Fahrzeugs verfügbar ist, wie zum Beispiel aufgrund von Umgebungsbedingungen oder Motorbetriebsbedingungen, die nicht förderlich für die Wassererzeugung an Bord des Fahrzeugs sind, oder aufgrund von Wasserverbrauch während eines vorhergehenden Antriebszyklus, der die Wassererzeugung überschritten hat. Die Wasserknappheit kann zu einem erhöhten NOx-Niveau im Abgas während des Motorbetriebs führen. Als ein weiteres Beispiel können während Motorkaltstartbedingungen, bevor ein Abgaskatalysator die Anspringtemperatur erreicht, Abgas-NOx nicht wirksam erfasst werden und folglich kann es einen Anstieg des NOx-Emissionsniveaus geben. Erst nachdem der Abgaskatalysator die Anspringtemperatur erreicht hat, ist der Abgaskatalysator dazu in der Lage, Oxidationsmittel wie zum Beispiel NOx und Sauerstoff, die dort hindurch verlaufen, zu adsorbieren. Als ein weiteres Beispiel kann während Bedingungen wie zum Beispiel der Entschleunigungskraftstoffabschaltung (deceleration fuel shut-off - DFSO), wenn die Zylinderkraftstoffzufuhr abgeschaltet ist, während Luft durch den Motor strömt, der Abgaskatalysator mit Sauerstoff gesättigt werden, sodass bei Wiederaufnahme der Zylinderkraftstoffzufuhr die weitere Adsorption von NOx begrenzt sein kann, bis der Motor mit einem fetteren als stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird, um den Katalysator zu spülen. Als Ergebnis kann die Emissionsqualität negativ betroffen sein. Außerdem wirkt sich der Bedarf an zusätzlicher Kraftstoffzufuhr, um den Katalysator zu spülen, negativ auf die Kraftstoffeffizienz aus. US 7 426 918 B2 und DE 693 14 611 T2 beschreiben Verfahren und Systeme zur Zentralkraftstoffeinspritzung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den vorstehend beschriebenen Problemen zumindest teilweise zu begegnen und den Stand der Technik in vorteilhafter Weise weiterzuentwickeln. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Demnach umfasst ein Verfahren: Einstellen eines ersten Anteils an Kraftstoff, der einem Motor über Krümmereinspritzung zugeführt wird, relativ zu einem zweiten Anteil an Kraftstoff, der dem Motor über eines oder mehrere von Saugrohr- und Direkteinspritzung zugeführt wird, auf Grundlage eines geschätzten Sauerstoffgehalts eines Abgaskatalysators, wobei der geschätzte Sauerstoffgehalt unmittelbar nach einem Kraftstoffabschaltungsereignis geschätzt wird. Auf diese Weise können durch Einspritzen eines Anteils der Gesamtkraftstoffmasse zur Einspritzung über die Zentralkraftstoffeinspritzung die Verbrennungstemperaturen reduziert werden, wodurch die NOx-Erzeugung reduziert wird. Auch kann während Motorkaltstartbedingungen eine Motorsteuerung ein anfä