DE102008006673B4 - Method for operating an internal combustion engine with direct gasoline injection - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer eines Einspritzventils für die Einspritzung einer Kleinsteinspritzmenge, wobei während eines Mehrfacheinspritzmodus, insbesondere während eines Doppeleinspritzmodus, die Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge in zumindest eine erste Haupteinspritzmenge und eine letzte Kleinsteinspritzmenge aufgeteilt und zeitversetzt über das Einspritzventil direkt in den Zylinder eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mehrfacheinspritzmodus die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Abweichung des ermittelten Luft-Kraftstoffverhältnis an der Zündkerze von einem vorgegebenen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt wird.Method for operating an internal combustion engine with gasoline direct injection to determine the optimal activation duration of an injection valve for the injection of a small injection quantity, wherein during a multiple injection mode, in particular during a double injection mode, the total fuel injection quantity is divided into at least a first main injection quantity and a last small injection quantity and is time-offset over the Injection valve is injected directly into the cylinder, characterized in that during the multiple injection mode, the control duration for the injection of the last small injection quantity is determined as a function of the deviation of the determined air-fuel ratio at the spark plug from a predetermined target air-fuel ratio.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer eines Einspritzventils für die Einspritzung einer Kleinsteinspritzmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with direct gasoline injection for determining the optimum activation duration of an injection valve for the injection of a small injection quantity according to the preamble of claim 1.

Bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung erfolgt die Einspritzung des Benzins durch mindestens ein Einspritzventil direkt in den Brennraum. Diese Brennkraftmaschinen lassen sich dadurch sowohl mit einem mageren als auch mit einem stöchiometrischen Gemisch betreiben. Die Bedingungen für die Zündung des eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches direkteinspritzender Ottomotoren lassen sich in bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine durch eine zusätzliche Einspritzung einer kleinen, präzise zugemessenen Kraftstoffmenge - einer sog. Kleinsteinspritzmenge - erheblich verbessern. Diese Kleinsteinspritzmenge wird deutlich später als die Haupteinspritzmenge abgesetzt.In internal combustion engines with direct injection, the gasoline is injected directly into the combustion chamber through at least one injection valve. As a result, these internal combustion engines can be operated both with a lean and with a stoichiometric mixture. The conditions for igniting the injected air-fuel mixture of direct-injecting gasoline engines can be considerably improved in certain operating ranges of the internal combustion engine by an additional injection of a small, precisely metered amount of fuel - a so-called small injection amount. This small injection quantity is deposited significantly later than the main injection quantity.

Da auch Injektoren gleichen Typs bei gleicher Ansteuerzeit bzw. -dauer insbesondere im Kleinstmengenbereich deutlich voneinander abweichende Mengen absetzen, bietet es sich an, die Ansteuerzeiten eines jeden Injektors für Kleinsteinspritzmengen derart anzupassen, dass für jeden Injektor eine optimale Ansteuerdauer für Kleinsteinspritzmengen angewendet werden kann.Since injectors of the same type with the same activation time or duration, especially in the smallest quantity range, produce quantities that differ significantly from one another, it is advisable to adapt the activation times of each injector for small injection quantities so that an optimal activation duration for small injection quantities can be used for each injector.

Aktuell existieren bereits Verfahren zur Kleinstmengenadaption, also zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer für Kleinsteinspritzmengen, bei denen die gesamte Kraftstoffmenge in eine entsprechende Anzahl von Einspritzungen kleinerer Mengen aufgeteilt wird. Weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des entsprechenden Zylinders dabei vom Sollwert ab, wird die Ansteuerdauer für die Kleinsteinspritzmenge korrigiert.At present, there are already methods for adapting small quantities, that is to say for determining the optimum control duration for small injection quantities, in which the entire fuel quantity is divided into a corresponding number of injections of smaller quantities. If the air-fuel ratio of the corresponding cylinder deviates from the target value, the control duration for the small injection quantity is corrected.

Für Motorkonstruktionen, bei denen die Position der Lambdasonde eine eindeutige Zuordnung des ermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu einem bestimmten Zylinder nicht ermöglicht, sind derartige Verfahren nicht anwendbar. Ebenso liefern derartige Verfahren kein brauchbares Ergebnis, wenn die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge nicht oder nicht ohne Komforteinbußen auf die erforderliche Anzahl einzelner Einspritzungen aufgeteilt werden kann. Zudem stellt die ermittelte Kleinsteinspritzmenge nicht zwingend genau die Kraftstoffmenge dar, welche für die Verbesserung der Zündbedingungen unter Berücksichtigung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen optimal ist.Such methods cannot be used for engine designs in which the position of the lambda probe does not allow the determined air-fuel ratio to be clearly assigned to a specific cylinder. Likewise, such methods do not provide a useful result if the desired fuel injection quantity cannot be divided into the required number of individual injections, or cannot be divided up without sacrificing convenience. In addition, the small injection quantity determined does not necessarily represent the exact fuel quantity which is optimal for improving the ignition conditions, taking into account fuel consumption and emissions.

Weiter offenbart die DE 10 2005 051 701 A1 ein Verfahren zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer für Kleinsteinspritzmengen, bei dem die Gesamteinspritzmenge zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer in eine Haupteinspritzmenge und eine Messeinspritzmenge aufgeteilt, und diese Messeinspritzmenge schrittweise reduziert wird. Durch die Auswertung des ermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach jeder Reduzierung wird durch Korrektur der Einspritzkennlinie dieses Zylinders mittels eines ermittelten Korrekturfaktors die Ansteuerdauer adaptiert. Zur Prüfung, ob durch den ermittelten Korrekturwert für die Ansteuerdauer die Abweichung des tatsächlichen Verhaltens des Einspritzventils vom idealen Verhalten gemäß Kennlinie kompensiert werden kann, wird die Einspritzdauer für die Basiseinspritzung um den ermitteln Korrekturfaktor erhöht oder reduziert, und anschließend wird überprüft, ob nun das ermittelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem vorgegebenen Verhältnis entspricht. Das für die Ermittlung ausgewertete Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist das im Abgasrohr vorliegende Verhältnis, welches mittels einer dort angeordneten Lambda-Sonde ermittelt wird. Damit der Fahrer den Test bzw. das Verfahren nicht oder kaum wahrnimmt, wird mindestens während eines Teils des Tests (durch eine entsprechende schrittweise Erhöhung der Haupteinspritzmenge) die Gesamteinspritzmenge im Wesentlichen konstant gehalten. Dadurch stellen sich ein in etwa konstantes Drehmoment und eine in etwa konstante Laufruhe der Brennkraftmaschine ein.Further reveals the DE 10 2005 051 701 A1 a method for determining the optimal control duration for small injection quantities, in which the total injection quantity to determine the optimal control duration is divided into a main injection quantity and a measurement injection quantity, and this measurement injection quantity is gradually reduced. By evaluating the determined air-fuel ratio after each reduction, the control duration is adapted by correcting the injection characteristic of this cylinder using a determined correction factor. To check whether the determined correction value for the control duration can compensate for the deviation of the actual behavior of the injection valve from the ideal behavior according to the characteristic curve, the injection duration for the basic injection is increased or reduced by the determined correction factor, and then it is checked whether the determined Air-fuel ratio corresponds to the specified ratio. The air-fuel ratio evaluated for the determination is the ratio present in the exhaust pipe, which is determined by means of a lambda probe arranged there. So that the driver does not or hardly perceives the test or the method, the total injection quantity is kept essentially constant during at least part of the test (by a corresponding incremental increase in the main injection quantity). This results in an approximately constant torque and approximately constant running smoothness of the internal combustion engine.

Aus der DE 199 45 618 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer eines Einspritzventils für die Einspritzung einer Kleinsteinspritzmenge bekannt, wobei die Ansteuerdauer in Abhängigkeit des Ausgangssignales einer Ionenstromsonde bestimmt wird.From the DE 199 45 618 A1 a method for operating an internal combustion engine with direct injection is known to determine the optimal activation duration of an injection valve for the injection of a small injection quantity, the activation duration being determined as a function of the output signal of an ion current probe.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer für Kleinsteinspritzmengen bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung anzugeben, um die Zündbedingungen durch eine genau dosierte Teileinspritzung mit einer Kleinsteinspritzmenge zu verbessern.The object of the invention is now to provide an improved method for determining the optimal control duration for small injection quantities in internal combustion engines with gasoline direct injection in order to improve the ignition conditions by means of a precisely metered partial injection with a small injection quantity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent patent claim. Advantageous further developments are the subjects of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer eines Einspritzventils für die Einspritzung einer Kleinsteinspritzmenge zeichnet sich dadurch aus, dass während eines Mehrfacheinspritzmodus, insbesondere des Doppeleinspritzmodus die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit vom ermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnis direkt an der Zündkerze ermittelt wird. Während des Mehrfacheinspritzmodus bzw. des Doppeleinspritzmodus wird die Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge in zumindest eine erste Haupteinspritzmenge und eine letzte Kleinsteinspritzmenge aufteilt und zeitversetzt über das Einspritzventil direkt in den Zylinder eingespritzt. Als optimale Ansteuerdauer wird diejenige Ansteuerdauer ermittelt, bei der sich ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt.The method according to the invention for operating an internal combustion engine with gasoline direct injection to determine the optimal control duration of an injection valve for the injection of a small injection quantity is characterized in that during a multiple injection mode, in particular the double injection mode, the control duration for the injection of the last small injection quantity depends on the determined air injection Fuel ratio is determined directly at the spark plug. During the multiple injection mode or the double injection mode, the total fuel injection quantity is divided into at least a first main injection quantity and a last small injection quantity and is injected directly into the cylinder via the injection valve with a time delay. The optimal activation duration is determined as that activation duration at which a predetermined air-fuel ratio is established.

Im Unterschied zu oben genanntem Verfahren wird das Ermittlungsverfahren zur Optimierung der Ansteuerdauer nur während eines Mehrfacheinspritzmodus, insbesondere eines Doppeleinspritzmodus durchgeführt, d. h. der Gegenstand der Erfindung basiert nicht primär auf der Umschaltung von Einfach- auf Zweifacheinspritzung. Vielmehr wird das Verfahren nur unter der Bedingung durchgeführt, dass sich die Brennkraftmaschine bereits in einem Mehrfacheinspritzmodus befindet. Hintergrund des Doppel- oder Mehrfacheinspritzmodus kann die Stabilisierung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der entsprechenden Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung sein. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass für das Verfahren keine Lambda-Sonde im Abgasrohr vorgesehen werden muss.In contrast to the method mentioned above, the determination method for optimizing the activation duration is only carried out during a multiple injection mode, in particular a double injection mode, i.e. H. the subject matter of the invention is not primarily based on switching from single to double injection. Rather, the method is only carried out under the condition that the internal combustion engine is already in a multiple injection mode. The background to the double or multiple injection mode can be the stabilization of the air / fuel ratio at the corresponding spark plug at the time of ignition. Another advantage of the invention is that no lambda probe has to be provided in the exhaust pipe for the method.

Erfindungsgemäß wird während des Mehrfacheinspritzmodus die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinseinspritzmenge in Abhängigkeit von der Abweichung des ermittelten Luft-Kraftstoffverhältnis von einem vorgegebenen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt. Dieses Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird bspw. in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, der angeforderten Last oder anderen Parametern variabel vorgegeben.According to the invention, during the multiple injection mode, the activation duration for the injection of the last small injection quantity is determined as a function of the deviation of the determined air-fuel ratio from a predetermined target air-fuel ratio. This setpoint air-fuel ratio is predefined variably, for example, as a function of the current operating point of the internal combustion engine, the requested load or other parameters.

Um einen möglichst genauen Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder zu erhalten, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor der Zündung, vorteilhafterweise direkt vor der Zündung ermittelt wird. Das Verhältnis kann dort bspw. mittels lonenstrommessung an der Zündkerze ermittelt werden.In order to obtain as precise a value as possible for the air-fuel ratio in the cylinder, in an advantageous embodiment of the invention the air-fuel ratio is determined at a predetermined point in time before ignition, advantageously directly before ignition. The ratio can be determined there, for example by means of ion current measurement on the spark plug.

Wird nun kurz vor der Zündung das herrschende Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt, kann die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit vom ermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Zündkerze derart ermittelt und vorgegeben werden, dass sich bei Ansteuerung des Einspritzventils mit der ermittelten Ansteuerdauer das vorgegebene Soll-Luftkraftstoff-Verhältnis an der Zündkerze einstellt. Dies bedeutet, dass die Ansteuerdauer der letzten Einspritzung vor der Zündung in Abhängigkeit vom ermittelten aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend erhöht oder verringert wird, so dass das gewünschte bzw. vorgegebene Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis an diesem Ort zum gewünschten Zeitpunkt eingestellt wird.If the prevailing air-fuel ratio is determined shortly before the ignition, the activation duration for the injection of the last small injection quantity can be determined and specified depending on the determined air-fuel ratio at the spark plug in such a way that when the injection valve is activated with the determined control duration sets the specified target air-fuel ratio on the spark plug. This means that the control duration of the last injection before ignition is increased or decreased accordingly depending on the determined current air-fuel ratio, so that the desired or specified target air-fuel ratio is set at this location at the desired time .

Die ermittelte optimale Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge vor der Zündung kann nun zur Zuordnung einer real eingespritzten Kraftstoffmenge zu einer bestimmten Ansteuerdauer des Einspritzventils verwendet werden. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge eine Zuordnung einer definierten, real einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu einer definierten Ansteuerdauer des Einspritzventils vorgenommen werden kann.The determined optimal activation duration for the injection of the last small injection quantity before ignition can now be used to assign a actually injected fuel quantity to a specific activation duration of the injection valve. This means that, as a function of the determined activation duration for the injection of the last small injection quantity, a defined, actual fuel quantity to be injected can be assigned to a defined activation duration of the injection valve.

Um für jeden Betriebspunkt bzw. jede einzuspritzende Kleinsteinspritzmenge die optimale Ansteuerdauer ermitteln zu können, kann durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in unterschiedlichsten Betriebspunkten, welche durch unterschiedlich große erforderliche Kleinsteinspritzmengen gekennzeichnet sind, der Zusammenhang zwischen Ansteuerdauer des Einspritzventils und eingespritzter Kraftstoffmenge für mehr als einen Betriebspunkt ermittelt werden. Dabei können anstatt der Drehzahl oder Last auch Einspritzdruck oder andere Motorparameter variiert werden. Ändert sich bspw. der Einspritzdruck, kann dies zu einer Veränderung der Ansteuerdauer des Einspritzventils für die gleiche erforderliche Einspritzmenge führen. Deshalb ist es sinnvoll, das Verfahren nicht nur bei verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, sondern auch bei unterschiedlichen Einspritzdrücken oder anderen Parametern während ein und desselben Betriebspunktes durchzuführen.In order to be able to determine the optimal control duration for each operating point or each small injection quantity to be injected, the connection between the control duration of the injection valve and the injected fuel quantity can be determined for more than one operating point by using the method according to the invention in a wide variety of operating points, which are characterized by the required small injection quantities of different sizes become. Instead of the speed or load, injection pressure or other engine parameters can also be varied. If, for example, the injection pressure changes, this can lead to a change in the activation duration of the injection valve for the same required injection quantity. It is therefore sensible to carry out the method not only at different operating points of the internal combustion engine, but also at different injection pressures or other parameters during one and the same operating point.

Die Einstellung der optimalen Ansteuerdauer führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und zu geringeren Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors vor allem in Betriebsbereichen, in dem eine genau dosierte Teileinspritzung mit kleiner Einspritzmenge die Zündbedingungen verbessert.The setting of the optimal control duration leads to lower fuel consumption and lower pollutant emissions from the internal combustion engine, especially in operating ranges in which a precisely metered partial injection with a small injection quantity improves the ignition conditions.

Claims (6)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer eines Einspritzventils für die Einspritzung einer Kleinsteinspritzmenge, wobei während eines Mehrfacheinspritzmodus, insbesondere während eines Doppeleinspritzmodus, die Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge in zumindest eine erste Haupteinspritzmenge und eine letzte Kleinsteinspritzmenge aufgeteilt und zeitversetzt über das Einspritzventil direkt in den Zylinder eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mehrfacheinspritzmodus die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Abweichung des ermittelten Luft-Kraftstoffverhältnis an der Zündkerze von einem vorgegebenen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt wird.Method for operating an internal combustion engine with gasoline direct injection to determine the optimal activation duration of an injection valve for the injection of a small injection quantity, wherein during a multiple injection mode, in particular during a double injection mode, the total fuel injection quantity is divided into at least a first main injection quantity and a last small injection quantity and is time-offset over the Injection valve is injected directly into the cylinder, characterized in that, during the multiple injection mode, the control duration for the injection of the last small injection quantity as a function of the deviation of the determined air-fuel ratio at the spark plug is determined from a predetermined target air-fuel ratio. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Zündkerze zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor der Zündung, vorteilhafterweise direkt vor der Zündung, ermittelt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the air-fuel ratio at the spark plug is determined at a predetermined point in time before ignition, advantageously directly before ignition. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis mittels lonenstrommessung an der Zündkerze ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the air-fuel ratio is determined by means of ion flow measurement on the spark plug. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit vom ermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Zündkerze derart ermittelt wird, dass sich bei Ansteuerung des Einspritzventils mit der ermittelten Ansteuerdauer das vorgegebene Soll-Luftkraftstoff-Verhältnis an der Zündkerze einstellt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control duration for the injection of the last small injection quantity is determined as a function of the determined air-fuel ratio at the spark plug in such a way that when the injection valve is activated with the determined control duration, the specified target air fuel is obtained -Ratio set on the spark plug. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge eine Zuordnung einer definierten, real einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu einer definierten Ansteuerdauer des Einspritzventils vorgenommen wird.Method according to one of the Claims 1 to 4th , an assignment of a defined, actual fuel quantity to be injected to a defined control duration of the injection valve being made as a function of the determined activation duration for the injection of the last small injection quantity. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Anwendung in verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine und/oder bei verschiedenen Einspritzdrücken und/oder anderen Motorparametern.Method according to one of the preceding claims for use at different operating points of the internal combustion engine and / or at different injection pressures and / or other engine parameters.
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