DE102008006674B4

DE102008006674B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102008006674B4
Application number: DE102008006674.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heinisch; Stephan Liebsch; Peter Unterlechner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: DE102008006674A1

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 schrittweise reduziert wird und in Abhängigkeit von einer für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe die optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge derart ermittelt wird, dass die optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Abweichung der für die Laufruhe ermittelten charakteristischen Größe von einer für die Laufruhe charakteristischen Sollgröße ermittelt wird.

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.
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 Kleinseinspritzmenge wird deutlich später als die Haupteinspritzmenge abgesetzt.
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.
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.
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.
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 die Ansteuerdauer adaptiert. 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. Ein derartiges Verfahren kann ebenfalls nur angewendet werden, wenn das ermittelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau einem Zylinder zugeordnet werden kann.
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 für eine Voreinspritzung pro Verfahrensschritt zunächst um einen ersten Wert reduziert und dann um einen zweiten Wert erhöht wird. Bei anschließend erkannter Drehungleichförmigkeit wird eine ausbleibende Voreinspritzung erkannt und die Ansteuerdauer entsprechend angepasst.
Zum weiteren technischen Umfeld gehören auch die Offenbarungen der DE 103 05 523 A1 , der DE 10 2006 021 301 A1 und der DE 10 2005 051 701 A1 .
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Das erfindungemäße 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 während eines Doppeleinspritzmodus die Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge ausgehend von einer vorgegebenen erstmaligen Ansteuerdauer schrittweise reduziert wird. In Abhängigkeit von einer für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe wird dann die optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge ermittelt. 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 identifiziert bzw. ermittelt, bei der gerade noch keine (wesentliche) Verschlechterung der Laufruhe der Brennkraftmaschine detektiert wird bzw. erkennbar ist.
Im Unterschied zu oben genanntem Verfahren wird hier als Führungsgröße nicht das Luft-Kraftstoffverhältnis, sondern die Laufruhe bzw. eine für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelte charakteristische Größe herangezogen. Weiter wird beim Gegenstand der Erfindung nicht zum Zwecke der Adaption der Ansteuerdauer auf eine Zweifacheinspritzung umgeschaltet, sondern das Verfahren nur unter der Bedingung durchgeführt, dass sich die Brennkraftmaschine bereits in einem Mehrfacheinspritzmodus befindet. Dies bedeutet, dass das Verfahren nur dann durchgeführt wird, wenn sich die Brennkraftmaschine aufgrund des aktuellen Betriebspunktes 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. Das Verfahren bietet somit den Vorteil, dass selbst dann, wenn keine eindeutige Zylinderzuordnung des ermittelten Luft-Kraftstoffverhältnisses vorgenommen werden kann, eine Optimierung der Ansteuerdauer für die Kleinsteinspritzmenge erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Abweichung der für die Laufruhe ermittelten charakteristischen Größe von einer für die Laufruhe charakteristischen Sollgröße ermittelt. Diese Sollgröße kann bereits beim Hersteller festgelegt werden und entspricht einem Wert, der sich bei einer guten Laufruhe der Brennkraftmaschine in etwa einstellt. Die Sollgröße kann auch demjenigen Wert entsprechen, der sich zu Beginn des Verfahrens als Wert für die Laufruhe bzw. Laufruhe der Brennkraftmaschine einstellt, da die erste Ansteuerdauer der letzten Einspritzung vor der Zündung, also der vermeintlichen Kleinsteinspritzmenge vorteilhafterweise so zu wählen ist, dass mit einigem Sicherheitsabstand ein stabiler Motorlauf gewährleistet ist. Anschließend wird die Ansteuerdauer der letzten Einspritzung solange reduziert, bis eine Verschlechterung der Laufruhe der Brennkraftmaschine festzustellen ist oder bis die Abweichung der für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe von der für die Laufruhe charakteristischen Sollgröße größer als ein vorgegebener Abweichungsgrenzwert ist.
Alternativ kann auch ein statischer oder in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine variabler Laufruhe-Grenzwert für die Laufruhe vorgegeben werden, der in Richtung einer schlechteren Laufruhe nicht unterschritten werden darf, d. h. es darf sich kein Laufruhewert einstellen, der eine schlechtere Laufruhe der Brennkraftmaschine aufzeigt, als der vorgegebene Laufruhe-Grenzwert.
Wird aufgrund der Auswertung der für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe eine Verschlechterung der Laufruhe der Brennkraftmaschine detektiert (bspw. aufgrund des Unterschreitens des vorgegebenen Laufruhe-Grenzwertes oder der vorgegebenen maximalen Abweichung der ermittelten Laufruhe bzw. der für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe von der Sollgröße), wird vorteilhafterweise die vor der letzten Reduzierung der Ansteuerdauer für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge eingestellte Ansteuerdauer als optimale Ansteuerdauer dieses Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge für den aktuellen Betriebspunkt vorgegeben. Dabei kann die Ansteuerdauer der Kleinsteinspritzung auch um einen gewissen Sicherheitsabstand erhöht werden.
Vorteilhafterweise wird während des gesamten Verfahrens zur Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer für die Kleinsteinspritzmengen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb gewisser Grenzen konstant gehalten. Dieses gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann über die Dauer derjenigen Einspritzungen eingestellt werden, die vor der letzten Einspritzung vor Zündung getätigt werden. Würde sich bei der Reduzierung der Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Einspritzmenge vor der Zündung das vorgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändern, wird dies durch eine Veränderung der Ansteuerdauer der anderen Einspritzungen kompensiert. Somit werden in etwa gleiche Randbedingungen für das Optimierungsverfahren geschaffen, so dass in Abhängigkeit von der Laufruhe des Motors eine eindeutige Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer für Kleinsteinspritzmengen gewährleistet ist.
Die Ermittlung der Laufruhe bzw. der für die Laufruhe der Brennkraftmaschine zu ermittelnden charakteristischen Größe kann auf verschiedene Arten erfolgen. Vorteilhafterweise wird die für die Laufruhe der Brennkraftmaschine zu ermittelnde charakteristische Größe in Abhängigkeit von ermittelten Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine ermittelt. Derartige Verfahren werden bereits serienmäßig eingesetzt. Sie basieren bei Motoren mit mehr als einem Zylinder darauf, dass der Zylinder, in dem die Verbrennung aufgrund von z. B. zu kurzer Ansteuerdauer der letzten Einspritzung vor der Zündung weniger stabil läuft, signifikant weniger mechanische Arbeit verrichtet als die anderen stabil laufenden Zylinder. Die geringere mechanische Arbeit äußert sich in längeren Segmentzeiten am Drehwinkelgeber der Kurbelwelle für den betreffenden Zylinder.
Vorteilhafterweise kann nun in Abhängigkeit von der ermittelten Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinsritzmenge eine Zuordnung einer definierten, real einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu einer definierten Ansteuerdauer des Einspritzventils vorgenommen werden, d. h. die gewonnene Erkenntnis über die Ansteuerdauer für eine Mindesteinspritzmenge kann für die Zuordnung einer real eingespritzten Kraftstoffmenge zu einer bestimmten Ansteuerdauer des Einspritzventils genutzt werden.
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.
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.

Claims

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 schrittweise reduziert wird und in Abhängigkeit von einer für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe die optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge derart ermittelt wird, dass die optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Abweichung der für die Laufruhe ermittelten charakteristischen Größe von einer für die Laufruhe charakteristischen Sollgröße ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelten charakteristischen Größe von der für die Laufruhe charakteristischen Sollgröße um mehr als einen vorgegebenen Abweichungsgrenzwert die vor der letzten Reduzierung der Ansteuerdauer für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge eingestellte Ansteuerdauer als optimale Ansteuerdauer des Einspritzventils für die Einspritzung der Kleinsteinspritzmenge vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu Beginn des Verfahrens erstmalige Ansteuerdauer für die Einspritzung der letzten Kleinsteinspritzmenge zumindest so groß gewählt wird, dass sich mit hoher Wahrscheinlichkeit ein stabiler Motorlauf der Brennkraftmaschine einstellt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ermittlung der optimalen Ansteuerdauer für Kleinsteinspritzmengen das Luft-Kraftstoffverhältnis innerhalb vorgegebener Grenzen gleich ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Laufruhe der Brennkraftmaschine zu ermittelnde charakteristische Größe in Abhängigkeit von der ermittelten Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Anwendung in verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine und/oder bei verschiedenen Einspritzdrücken und/oder anderen Motorparametern.