DE102011004190B4

DE102011004190B4 - Verfahren zur Vorgabe von Einspritzimpulsen

Info

Publication number: DE102011004190B4
Application number: DE102011004190.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Henrici; Stephan Wenzel; Andreas Heinisch; Matthias Tschopp
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: DE102011004190A1

Abstract

Verfahren zur Vorgabe von Einspritzimpulsen (ti) zum Einspritzen eines Kraftstoffes in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine in Form eines Ottomotors mittels eines elektronischen Motorsteuergeräts (1), wobei das Motorsteuergerät (1) definierte Betriebsgrößen (T, FP, n) als Eingangssignale erhält und durch Auswertung der Betriebsgrößen einen dynamischen Betriebszustand (DB) im Unterschied zu einem stationären Betriebszustand (SB) erkennt und wobei bei Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes (DB) und bei positiver Dynamik die Einspritzlage mindestens des ersten Einspritzimpulses (ti1) um eine vorgegebene Zeit- oder Kurbelwellenwinkelspanne (+ΔKW) im Vergleich zum vorhergehenden stationären Betriebszustand (SB) verzögert vorgegeben wird, wobei die Verzögerung (+ΔKW) des ersten Einspritzimpulses umso größer vorgegeben wird je niedriger die Motortemperatur (T) ist und wobei zusätzlich die Anzahl der Einspritzimpulse erhöht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorgabe von Einspritzimpulsen.
Die Vorgabe von Einspritzimpulsen (mit variablen zylinderbezogenen Kraftstoffeinspritzparametern, wie Einspritzmenge, Einspritzanzahl und/oder Einspritzzeitpunkt) zum Einspritzen eines Kraftstoffes in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mittels eines elektronischen Motorsteuergeräts abhängig von definierten Betriebsgrößen als Eingangssignale des Motorsteuergeräts ist weithin bekannt. Dabei werden vermehrt Brennkraftmaschinen mit sogenannter Direkteinspritzung entwickelt.
Weiterhin sind Verfahren zur Steuerung von Einspritzimpulsen mit sogenannter Mehrfacheinspritzung schon lange bekannt.
Aus der DE 10 2009 044 160 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zur Reduzierung der Partikelanzahl in den Emissionen Maßnahmen zum schnelleren Aufheizen des Katalysators durch zwei unterschiedliche Einspritzeinrichtungen ergriffen werden.
Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die DE 10 2004 051 273 A1 , die DE 10 2007 048 667 A1 , die DE 195 35 056 C1 , die DE 199 37 139 C1 , die DE 102 06 030 A1 , die EP 0 843 087 A2 , die DE 689 05 482 T2 und die JP 2001- 12 286 A hingewiesen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Vorgabe von Einspritzimpulsen derart zu schaffen, dass die Partikelanzahl in den Emissionen möglichst einfach und kostengünstig reduziert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden Einspritzimpulse (mit variablen zylinderbezogenen Kraftstoffeinspritzparametern, wie Einspritzmenge, Einspritzanzahl und/oder Einspritzzeitpunkt) zum Einspritzen eines Kraftstoffes in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mittels eines elektronischen Motorsteuergeräts vorgegeben, wobei das Motorsteuergerät definierte Betriebsgrößen als Eingangssignale erhält und durch Auswertung der Betriebsgrößen einen dynamischen Betriebszustand (Lastwechsel, Drehzahländerung, Fahrpedaländerung, Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung usw.) im Unterschied zu einem stationären Betriebszustand erkennt. Weiterhin wird bei Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes die Einspritzlage (z. B. der Beginn) eines Einspritzimpulses um eine vorgegebene Zeitspanne oder Kurbelwellenwinkelspanne (z. B. ΔKW) im Vergleich zum vorhergehenden stationären Betriebszustand verschoben vorgegeben. Dabei wird bei positiver Dynamik (Lasterhöhung, Drehzahlerhöhung, Durchtreten des Fahrpedals, Fahrzeugbeschleunigung usw.) eine definierte erste Verschiebung(z. B. +ΔKW) und bei negativer Dynamik (Lastreduzierung, Drehzahlreduzierung, Loslassen der Fahrpedals, Fahrzeugverzögerung usw.) eine definierte zweite Verschiebung (z. B. -ΔKW) der Einspritzlage eines Einspritzimpulses vorgegeben.
Vorzugsweise wird bei Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes zusätzlich die Anzahl der Einspritzimpulse erhöht. Auch kann dabei auch die Einspritzmenge pro Einspritzimpuls (Einspritzimpulsbreite) zusätzlich reduziert werden.
Erfindungsgemäß werden bei erkannter Dynamik die Verschiebung der Einspritzlage eines Einspritzimpulses und/oder die Erhöhung der Anzahl der Einspritzimpulse abhängig von der Motortemperatur und/oder von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder von der Laständerung und/oder vom Kraftstoffeinspritzdruck vorgegeben.
Das Verfahren wird mittels eines Motorsteuergeräts durchgeführt, das entsprechend programmiert ist. Insbesondere weist das Motorsteuergerät beispielsweise ein erstes Software-Modul zur Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes im Unterschied zu einem stationären Betriebszustand abhängig von definierten Eingangssignalen und ein zweites Software-Modul zur Vorgabe mindestens eines Einspritzimpulses entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit vom jeweils erkannten Betriebszustand auf.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:

Im Zuge der Einführung der Emissionsgesetzgebung EU6 wird zukünftig bei Ottomotoren nicht mehr nur die Partikelmasse, sondern auch die Partikelanzahl reglementiert. Es hat sich in Versuchen am Motorprüfstand und im Fahrzeug ergeben, dass die Einspritzparameter (Lage der Einspritzung(en), Länge/Masse der Einspritzung(en), Auswahl ob Ein- oder Mehrfacheinspritzung) ein wesentlicher Stellhebel zur Beeinflussung der Partikelanzahl sind. Einspritzparameter können in der Motorsteuerung abhängig von Kühlwassertemperatur, Drehzahl und Last eingestellt werden.

Es zeigte sich in Versuchen, dass eine besonders hohe Partikelanzahl während Drehzahl- und Lastübergängen (Dynamik) entsteht. In stationären Betriebspunkten kann mit der bisher vorliegenden Einspritzparameterfestlegung die Partikelanzahl effektiv reduziert werden, während zur Zielerreichung für die dynamischen Betriebszustände eine eigene Bestimmung der Einspritzparameter getroffen werden muss.
Verfahren zur Erkennung von Dynamik sind bereits bekannt. Um die Vorteile der dynamischen Anpassung der Einspritzparameter nutzen können, muss zunächst ein Übergang in einen dynamischen Betriebszustand beispielsweise anhand einer Lastwechselbeobachtung erkannt werden. Dazu wird beispielsweise mit Hilfe von zwei Filterkonstanten aus dem Lastsignal eine Laständerung gebildet. Überschreitet diese eine applizierbare Lastschwelle z. B. im Falle eines Beschleunigungswunsches durch den Fahrer oder im Falle eines Gangwechsels (= „natürlicher Lastsprung“), dann wird abhängig von der Drehzahl für eine in der Kennlinie hinterlegte Zeit auf Dynamik erkannt und beispielsweise ein Bit DB (=„dynamischer Betriebszustand“) = 1 gesetzt.
Bei erkanntem Bit DB = 1 werden in der Einspritzung folgende Eingriffe vollzogen:

1. +/- Verschiebung der Einspritzwinkel in °KW (vorzugsweise abhängig von der Motortemperatur T) z.B. bei 1-fach Einspritzung im Falle einer positiven Dynamik Verschiebung (Verzögerung) Beginn 1.Einspritzung bei T=25° von 280°KW auf 270°KW, oder bei T=85°C von 280°KW auf 275°KW
2. Aktivierung eigener Kennfelder für den Einspritzmodus (vorzugsweise abhängig von der Motortemperatur), z.B. Umschalten von 1- auf 2-fach Einspritzung

Die Entstehung von Partikeln wird u.a. von der Temperatur der Verbrennung und der Temperatur der an den Brennraum grenzenden Bauteile (messbar Motortemperatur) bestimmt. Durch Optimierung der Einspritzparameter (Lage der Einspritzung(en), Länge/Masse der Einspritzung(en), Auswahl ob Ein- oder Mehrfacheinspritzung) kann stationär - bei eingeschwungenen Temperaturen - eine minimale Partikelerzeugung eingestellt werden. Werden dann dynamisch von einem Betriebspunkt zum anderen die Einspritzparameter wie stationär ermittelt nachgezogen, passen diese nicht zu der noch nicht eingeschwungenen Temperatur. Mit Umsetzung der in der Erfindung genannten Maßnahmen wird sowohl stationär als auch dynamisch jeweils die geringste Partikelanzahl erzeugt.
Drei Stufen der optimierten Partikelemission beispielsweise über Kennfelder sind möglich:

• Stationär optimierte Partikelemission
• Verwendung stationäre Applikation bei Dynamik (lineare Interpolation der Kennfelder)
• Verwendung stationäre Applikation und bei Dynamik mit eigenen Dynamik Parametern (Erfindung)

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Motorsteuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung wird anhand konkreter Einspritzimpulse für den Fall einer positiven Dynamik genauer erläutert.
Ein elektronisches Motorsteuergerät 1 enthält ein erstes Software-Modul 2 zur Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes DB im Unterschied zu einem stationären Betriebszustand SB. Weiterhin erhält das Motorsteuergerät 1 als Eingangssignale die Drehzahl der Brennkraftmaschine n, die Fahrpedalstellung FP als Beispiel für eine Last- bzw. Sollmomentvorgabe und die Motortemperatur T. Insbesondere bei Überschreiten vorgegebener Änderungsgradienten (Laständerungsschwellwert) bezüglich der Drehzahl n und/oder der Last bzw. der Fahrpedalstellung FP erkennt das erste Software-Modul 2 einen dynamischen Betriebszustand DB. In einem zweiten Software-Modul 3 sind beispielsweise jeweils für stationäre Betriebszustände SB erste Kennfelder K_SB und für dynamische Betriebszustände SB zweite Kennfelder K_DB abgespeichert. Durch das Software-Modul 3 werden Einspritzimpulse ti in Abhängigkeit vom jeweils erkannten Betriebszustand SB oder DB vorgegeben, worauf im Folgenden an einem Beispiel näher eingegangen wird:

Die Einspritzimpulse ti werden über dem Kurbelwellenwinkel KW dargestellt. Ein mögliches Einlassventilöffnungsfenster EVF ist gestrichelt gezeigt. Im dargestellten Beispiel wird zunächst vom Vorliegen eines stationären Betriebszustandes SB ausgegangen. Dabei wird ein erster Einspritzimpuls ti1 und ein zweiter Einspritzimpuls ti2 aus den Kennfeldern K_SB zu bestimmten Kurbelwellenwinkeln KW vorgegeben (gestrichelt dargestellt). Nun soll durch einen Beschleunigungswunsch des Fahrers, feststellbar durch die Fahrpedalstellung FP, in einen dynamischen Betriebszustand DB übergegangen werden. Erfindungsgemäß werden nun beispielsweise mittels der Kennfelder K_SB im dargestellten Beispiel anstelle der Einspritzimpulse ti1 und ti2 die Einspritzimpulse ti3 bis ti5 vorgegeben. Dabei wird demnach der erste Einspritzimpuls ti1 einer Zweifacheinspritzung um die Kurbelwellenwinkelspanne ΔKW verzögert zum ersten Einspritzimpuls ti3 einer Dreifacheinspritzung. Es findet demnach erfindungsgemäß erstens zumindest eine Verschiebung der Einspritzlage hier in Form einer Verzögerung ΔKW des ersten Einspritzimpulses und zweitens eine Erhöhung der Anzahl der Einspritzimpulse ti statt.

Die Verschiebung - hier Verzögerung ΔKW - des (vorzugsweise) ersten Einspritzimpulses kann umso größer vorgegeben werden je niedriger die Motortemperatur T ist.
Im dynamischen Betriebszustand sind die Bauteiltemperaturen anders als im stationären Betriebszustand, was sich auf die Gemischbildung und negativ auf die Bildung der Partikelanzahl auswirkt. Eine Anpassung der Einspritzstrategie wirkt dem entgegen.
Beispiel Kolbentemperatur: Ein für den Betriebspunkt noch zu kalter Kolben („der Kolben“ ist gerade von einem niedrigeren Lastpunkt kommend bei einem hohen Lastpunkt angekommen) wird durch Verschiebung der Einspritzung solange weniger mit Kraftstoff benetzt bis er sich in der Temperatur dem stationär Betriebszustand angenähert hat. Stationär ist eine andere Einspritzstrategie vorteilhaft, weil der Kolben bereits die höhere Bauteiltemperatur hat und der Kraftstoff leichter verdampft.
Dynamisch sind die im Brennraum vorliegenden Bedingungen (Luft- und Kraftstoffströmung) anders als stationär, und es wird durch geänderte Einspritzparameter eine günstigere Interaktion Luft-Kraftstoff-Bauteile erzeugt, welche die Wahrscheinlichkeit verringert, dass Bauteile, die an der Gemischbildung beteiligt sind, z.B. das Einlassventil oder der Kolben, mit Kraftstoff benetzt werden.