DE102012020706A1 - Method for operating internal combustion engine i.e. diesel engine, for passenger car, involves varying preinjection based on signal characterizing temperature of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, für Kraftwagen derart zu betreiben, dass mittels wenigstens eines Einspritzelements, welches üblicherweise auch als Injektor bezeichnet wird, Kraftstoff in einen korrespondierenden Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.From the general state of the art, it is known to operate internal combustion engines, in particular diesel engines, for motor vehicles in such a way that fuel is injected into a corresponding combustion chamber of the internal combustion engine by means of at least one injection element, which is also commonly referred to as an injector.
Weisen die Verbrennungskraftmaschinen, wie es insbesondere bei Dieselmotoren der Fall ist, hohe Kompressionsdrücke auf, so kann es – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind – zu Verbrennungsgeräuschen kommen, welche beispielsweise im Innenraum des Kraftwagens von Fahrzeuginsassen wahrnehmbar sind und als unangenehm empfunden werden.If the internal combustion engines, as is the case in particular with diesel engines, have high compression pressures, it may - if no appropriate countermeasures are taken - result in combustion noise which is perceptible, for example, in the interior of the motor vehicle by vehicle occupants and is perceived as unpleasant.
Um diese Verbrennungsgeräusche nun gering zu halten, ist es bekannt, mittels des Einspritzelements während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Voreinspritzungen einer jeweiligen, vorgebbaren Voreinspritzmenge an Kraftstoff in den korrespondierenden Brennraum zeitlich vor jeweiligen, sich an die Voreinspritzungen anschließenden Haupteinspritzungen durchzuführen. Eine solche Voreinspritzung wird üblicherweise auch als Piloteinspritzung bezeichnet.In order to keep these combustion noises low, it is known, by means of the injection element during operation of the internal combustion engine, to carry out pre-injections of a respective predefinable pre-injection quantity of fuel into the corresponding combustion chamber before respective respective main injections following the pre-injections. Such a pilot injection is usually also referred to as pilot injection.
Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem solche Voreinspritzungen durchgeführt werden, ist beispielsweise der
Es hat sich gezeigt, dass es bei solchen Verfahren zum Betreiben von Verbrennungskraftmaschinen – falls keine entsprechenden Maßnahmen getroffen werden – zu Zündaussetzern durch eine verschleppte oder ausbleibende Verbrennung im Brennraum, zu erhöhten Emissionen, zu Drehzahlschwankungen insbesondere im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine sowie zu unangenehmen Geräuschen insbesondere im Leerlauf kommen kann. Ferner wurde festgestellt, dass es zu einem sogenannten Absterben der Verbrennungskraftmaschine kommen kann, da sie die Reibleistung und/oder aufgeschaltete Lasten nicht mehr überwinden kann. Darüber hinaus kann es aufgrund schlechter Verbrennungen zu unerwünscht hohen Haupteinspritzmengen des Kraftstoffs bei den Haupteinspritzungen kommen, was durch eine Steuereinheit zum Regeln und/oder Steuern der Verbrennungskraftmaschine bewirkt wird und woraus eine Verschlechterung der Verbrennung resultiert.It has been found that in such methods for operating internal combustion engines - if no appropriate measures are taken - to misfires due to a delayed or lack of combustion in the combustion chamber, increased emissions, speed fluctuations especially at idle the internal combustion engine as well as unpleasant noises in particular Idle can come. Furthermore, it has been found that a so-called dying of the internal combustion engine can occur because it can no longer overcome the frictional and / or applied loads. Moreover, due to bad burns, undesirably high main injection amounts of the fuel in the main injections may occur, which is caused by a control unit for controlling and / or controlling the internal combustion engine, resulting in deterioration of the combustion.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Probleme vermeidbar sind.It is therefore an object of the present invention to develop a method for operating an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that the problems mentioned can be avoided.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for operating an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, durch welches die genannten Probleme vermeidbar sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Voreinspritzmenge in Abhängigkeit von einem eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Signal variiert wird. Mit anderen Worten wird die Voreinspritzmenge, welche auch als Piloteinspritzmenge bezeichnet werden kann, in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, was als temperaturabhängige Adaption der Voreinspritzmenge bezeichnet wird. Hierdurch kann die Voreinspritzmenge an die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden, so dass es zu den eingangs geschilderten Problemen wie Zündaussetzern, erhöhten Emissionen, Drehzahlschwankungen, unerwünschte Geräuschentwicklungen, selbständiges Motorabstellen sowie unerwünscht hohe Haupteinspritzmengen infolge von nicht an die Temperatur angepassten Voreinspritzmengen nicht kommen kann. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die eingangs geschilderten Probleme insbesondere bei kalten Temperaturen der Verbrennungskraftmaschine und somit bei einem Kaltstart dieser vorkommen. Diese Probleme können nun aufgrund der temperaturabhängigen Anpassung der Voreinspritzmenge vermieden werden.In order to provide a method for operating an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, of the type indicated in the preamble of patent claim 1, by which said problems can be avoided, it is provided according to the invention that the pre-injection quantity varies as a function of a signal characterizing a temperature of the internal combustion engine becomes. In other words, the pilot injection quantity, which may also be referred to as a pilot injection quantity, varies depending on the temperature, which is referred to as a temperature-dependent adaptation of the pilot injection quantity. As a result, the pre-injection amount can be adapted to the temperature of the internal combustion engine, so that it can not come to the initially described problems such as misfires, increased emissions, speed fluctuations, unwanted noise, autonomous engine shutdown and undesirably high main injection rates due to not matched to the temperature pre-injection quantities. It has been shown that the above-mentioned problems, especially at cold temperatures of the internal combustion engine and thus occur during a cold start this. These problems can now be avoided due to the temperature-dependent adjustment of the pilot injection.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als das Signal ein eine Bewegung, insbesondere eine Beschleunigung, eines in dem Brennraum aufgenommenen Kolbens der Verbrennungskraftmaschine charakterisierendes Bewegungssignal verwendet. Die Variation bzw. Adaption der Voreinspritzmenge wird dabei vorzugsweise so durchgeführt, dass – falls die Verbrennungskraftmaschine mehrere Brennräume aufweist – brennraumselektiv das Bewegungssignal und somit das Bewegungs- oder Beschleunigungsverhalten des Kolbens ausgewertet wird. Hierzu wird beispielsweise eine Drehzahländerung einer mit dem Kolben gekoppelten Welle der Verbrennungskraftmaschine in einem Bereich eines unteren Totpunkts des Kolbens mit einer Drehzahländerung in einem Bereich eines oberen Totpunkts des Kolbens, insbesondere bei einer Umdrehung der Welle, verglichen. Anhand des Vergleichs kann auf eine Verbrennungsgüte im Brennraum rückgeschlossen werden, wobei beispielsweise die Voreinspritzmenge in Abhängigkeit von der Verbrennungsgüte variiert wird. Die Verbrennungsgüte kann dabei von der Temperatur im Brennraum abhängig sein.In an advantageous embodiment of the invention, a movement signal, in particular an acceleration, of a piston of the internal combustion engine recorded in the combustion chamber is used as the signal. The variation or adaptation of the pilot injection quantity is preferably carried out so that - if the internal combustion engine has a plurality of combustion chambers - combustion chamber selectively the motion signal and thus the motion or acceleration behavior of the piston is evaluated. For this purpose, for example, a speed change of a shaft of the internal combustion engine coupled to the piston in a region of a bottom dead center of the piston is compared with a speed change in a region of a top dead center of the piston, in particular during one revolution of the shaft. On the basis of the comparison can be drawn conclusions about a quality of combustion in the combustion chamber, for example, the pilot injection is varied depending on the quality of combustion. The quality of combustion can be dependent on the temperature in the combustion chamber.
Wird durch diesen Vergleich ein unkorrektes Bewegungsverhalten des Kolbens im korrespondierenden Brennraum erfasst, so kann in der Folge die Voreinspritzmenge variiert werden, um ein gewünschtes Bewegungs- bzw. Beschleunigungsverhalten des Kolbens zu bewirken.If an incorrect movement behavior of the piston in the corresponding combustion chamber is detected by this comparison, then the pre-injection quantity can be varied as a result in order to bring about a desired movement or acceleration behavior of the piston.
Dazu ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass anhand des Vergleichs der Drehzahländerungen ein die Bewegung des Kolbens charakterisierender Ist-Wert ermittelt wird, welcher mit einem vorgebbaren, die Bewegung charakterisierenden Soll-Wert verglichen wird, wobei die Voreinspritzmenge in Abhängigkeit von dem Vergleich des Ist-Werts mit dem Soll-Wert variiert wird. Der vorgebbare Soll-Wert kann beispielsweise mittels eine Modell berechnet sein bzw. werden.For this purpose, it is provided in one embodiment of the invention that based on the comparison of the speed changes, a movement of the piston characterizing actual value is determined, which is compared with a predetermined, the movement characterizing target value, wherein the pilot injection in dependence on the comparison Actual value is varied with the target value. The predefinable desired value can be calculated, for example, by means of a model.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei wenigstens einem ersten Wert der Temperatur eine größere Voreinspritzmenge des Kraftstoffs eingespritzt wird als bei wenigstens einem, gegenüber dem ersten Wert höheren, zweiten Wert der Temperatur. Mit anderen Worten werden bei geringeren Temperaturen der Verbrennungskraftmaschine höhere Voreinspritzmengen des Kraftstoffs eingespritzt als bei demgegenüber höheren Temperaturen. Dadurch kann das Bewegungsverhalten des Kolbens sowie das Verhalten der Verbrennungskraftmaschine temperaturangepasst an ein gewünschtes Soll-Verhalten angepasst werden. In der Folge können Zündaussetzer vermieden sowie Kohlenwasserstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden. Ferner ist es möglich, insbesondere in einem Kaltbetrieb, d. h. während einer Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine, Drehzahlschwankungen ihrer Welle zu vermeiden. Darüber hinaus weist die Verbrennungskraftmaschine auch während des Kaltbetriebs ein vorteilhaftes Geräuschverhalten infolge von nur geringen Verbrennungsgeräuschen sowie einen ruhigen Lauf, insbesondere Leerlauf, auf.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least a first value of the temperature, a larger pilot injection quantity of the fuel is injected than at least one, compared to the first value higher, second value of the temperature. In other words, at lower temperatures of the internal combustion engine, higher pilot injection quantities of the fuel are injected than, on the other hand, higher temperatures. As a result, the movement behavior of the piston and the behavior of the internal combustion engine can be adapted to a desired desired behavior in a temperature-adapted manner. As a result, misfires can be avoided and hydrocarbon emissions of the internal combustion engine can be kept particularly low. Furthermore, it is possible, in particular in a cold operation, d. H. during a warm-up phase of the internal combustion engine, to avoid speed fluctuations of its shaft. In addition, the internal combustion engine also during cold operation an advantageous noise behavior due to only low combustion noise as well as quiet running, especially idle on.
Die Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein und als Welle eine Kurbelwelle umfassen, mit welcher der Kolben über ein Pleuel gekoppelt ist. Bei dem Brennraum handelt es sich dabei um einen Zylinder der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.The internal combustion engine may in particular be designed as a reciprocating internal combustion engine and comprise as a shaft crankshaft, with which the piston is coupled via a connecting rod. The combustion chamber is a cylinder of the reciprocating internal combustion engine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines, bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and with reference to the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei dienen
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
Anhand von
Durch das Einspritzen des Kraftstoffs in die Zylinder wird in den Zylindern ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, welches infolge einer Zündung verbrennt. Diese Zündung kann bei einem Dieselmotor ohne Zündkerze und infolge einer Kompression des jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder erfolgen.By injecting the fuel into the cylinders, a respective fuel-air mixture is formed in the cylinders, which burns as a result of ignition. This ignition can be done in a diesel engine without a spark plug and as a result of compression of the respective fuel-air mixture in the cylinder.
In den Zylindern ist ein jeweiliger Kolben angeordnet, welcher sich translatorisch relativ zu dem entsprechenden Zylinder bewegen kann. Der Kolben dient insbesondere dazu, das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch zu komprimieren sowie aus der Verbrennung und aus einer damit einhergehenden Expansion des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierende Kräfte auf eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine zu übertragen. Dazu sind die Kolben über ein jeweiliges Pleuel mit der Kurbelwelle gelenkig gekoppelt, so dass die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden können.In the cylinders, a respective piston is arranged, which can move translationally relative to the corresponding cylinder. The piston is used in particular to compress the respective fuel-air mixture and to transfer forces resulting from the combustion and from an associated expansion of the fuel-air mixture to an output shaft in the form of a crankshaft of the internal combustion engine. For this purpose, the pistons are pivotally coupled via a respective connecting rod with the crankshaft, so that the translational movements of the pistons in the cylinders can be converted into a rotational movement of the crankshaft.
Um ein von dem Fahrer des Kraftwagens vorgebbares Drehmoment über die Kurbelwelle bereitzustellen, wird eine entsprechende Menge an Kraftstoff mittels des jeweiligen Einspritzelements in den jeweiligen Zylinder eingespritzt. Um nun Verbrennungsgeräusche besonders gering zu halten, werden während des gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine vor jeweiligen, sogenannten Haupteinspritzungen an Kraftstoff in die Zylinder jeweilige Voreinspritzungen an Kraftstoff in die Zylinder durchgeführt. Im Rahmen der Haupteinspritzungen wird eine jeweilige Haupteinspritzmenge an Kraftstoff mittels des jeweiligen Einspritzelements in den zugehörigen Zylinder eingespritzt. Die Haupteinspritzungen haben insbesondere den Zweck, das vom Fahrer vorgegebene Drehmoment zu bewirken.In order to provide a presettable by the driver of the motor vehicle torque via the crankshaft, a corresponding amount of fuel is injected by means of the respective injection element in the respective cylinder. In order to keep combustion noises particularly low, respective pre-injections of fuel into the cylinders are carried out before the respective so-called main injections of fuel into the cylinders during the fired operation of the internal combustion engine. As part of the main injections, a respective main injection quantity of fuel is injected into the associated cylinder by means of the respective injection element. The main injections have in particular the purpose of causing the torque given by the driver.
Im Rahmen der Voreinspritzungen wird eine jeweilige Voreinspritzmenge an Kraftstoff mittels des jeweiligen Einspritzelements in den jeweilig zugehörigen Zylinder eingespritzt. Die Voreinspritzungen dienen insbesondere dem Zweck, die Verbrennungsgeräusche in einem geringen Rahmen zu halten.As part of the pilot injections, a respective pre-injection quantity of fuel is injected into the respective associated cylinder by means of the respective injection element. The pre-injections serve in particular the purpose of keeping the combustion noise in a small frame.
Wie den Verläufen
Die Verläufe
Dieses unerwünschte Beschleunigungs- und somit Verbrennungsverhalten ist auch anhand von
Verläufe
Infolge dieser unerwünschten Verbrennungsverhalten in dem zweiten und dem dritten Zylinder kann es zu erhöhten Emissionen, zu Drehzahlschwankungen, zu unerwünschten Geräuschentwicklungen sowie zu erhöhten Kraftstoffverbräuchen insbesondere während des Kaltbetriebs kommen. Darüber hinaus kann es aufgrund einer zu hohen Reibleistung und zu hoher externer Lasten zu einem Absterben der Verbrennungskraftmaschine kommen.As a result of these undesirable combustion behaviors in the second and third cylinders, there may be increased emissions, speed variations, undesirable noise, and increased fuel consumption, particularly during cold operation. In addition, it can come to a dying of the internal combustion engine due to excessive friction and high external loads.
Um diese Probleme nun zu vermeiden, ist es vorgesehen, dass die Voreinspritzmenge temperaturabhängig variiert wird. Mit anderen Worten wird die Voreinspritzmenge ausgehend von einer ersten der Voreinspritzungen im Vergleich zu einer zeitlich darauffolgenden der Voreinspritzungen in Abhängigkeit von einem eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Signal variiert.In order to avoid these problems now, it is provided that the pre-injection quantity is varied depending on the temperature. In other words, the pilot injection quantity is varied starting from a first of the pilot injections in comparison to a temporally following one of the pilot injections as a function of a signal characterizing a temperature of the internal combustion engine.
Dies bedeutet beispielsweise, dass bei einer ersten der Voreinspritzungen, welche zeitlich vor einer korrespondierenden, ersten der Haupteinspritzungen durchgeführt wird, eine erste Voreinspritzmenge an Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt. Bei einer sich an die erste Voreinspritzung anschließenden, zweiten Voreinspritzung, welche zeitlich nach der ersten Haupteinspritzung und zeitlich vor einer korrespondierenden, zweiten der Haupteinspritzungen durchgeführt wird, wird eine zweite Voreinspritzmenge an Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. Dabei sind die erste und die zweite Voreinspritzmenge voneinander unterschiedlich, wobei die unterschiedlichen Voreinspritzmengen in Abhängigkeit von der Temperatur eingestellt werden.This means, for example, that during a first of the pre-injections, which is carried out in time before a corresponding first of the main injections, a first pilot injection quantity of fuel is injected into the cylinders. In a subsequent to the first pilot injection, second pilot injection, which is performed in time after the first main injection and in time before a corresponding, the second of the main injections, a second pilot injection quantity of fuel is injected into the combustion chamber. In this case, the first and second pilot injection quantities differ from one another, the different pilot injection quantities being set as a function of the temperature.
Weist die Verbrennungskraftmaschine somit eine geringe Temperatur auf, so wird die Voreinspritzmenge im Vergleich zu demgegenüber höheren Temperaturen der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Diese Variation der Voreinspritzmenge erfolgt dabei zylinderselektiv, d. h. für jeden der Zylinder einzeln bzw. unabhängig von den entsprechend anderen Zylindern. So kann jedem Verbrennungsverhalten in dem jeweiligen Zylinder Rechnung getragen werden.If the internal combustion engine thus has a low temperature, the pilot injection quantity is increased in comparison with the higher temperatures of the internal combustion engine. This variation of the pilot injection takes place cylinder-selectively, d. H. for each of the cylinders individually or independently of the corresponding other cylinders. Thus, any combustion behavior in the respective cylinder can be taken into account.
Dies ist auch anhand von
Die Variation der Voreinspritzmenge erfolgt beispielsweise derart, dass eine beispielsweise in einem Kennfeld oder dergleichen abgelegte Voreinspritzausgangsmenge um eine Korrekturmenge korrigiert wird. Dies wird beispielsweise derart durchgeführt, dass mit der Voreinspritzausgangsmenge ein Faktor korrespondiert, welcher beispielsweise 1 ist. Um die Voreinspritzmenge nun zu erhöhen, wird der Faktor erhöht. Um beispielsweise die Voreinspritzmenge ausgehend von der Voreinspritzausgangsmenge zu reduzieren, wird der Faktor verkleinert.The variation of the pilot injection quantity takes place, for example, in such a way that a pre-injection output quantity stored, for example, in a characteristic map or the like, is corrected by a correction quantity. This is carried out, for example, such that a factor which is 1, for example, corresponds to the pre-injection output quantity. In order to increase the pre-injection amount, the factor is increased. For example, to reduce the pilot injection amount from the pilot injection output amount, the factor is reduced.
Alternativ oder zusätzlich kann die Variation, d. h. die Adaption der Voreinspritzmenge auf die im Folgenden geschilderte Weise ablaufen: in einem ersten Schritt wird ein Korrekturwert für die Voreinspritzmenge eingelernt. In einem zweiten Schritt wird dieser Korrekturwert temperaturabhängig gespeichert und bei einem erneuten Start der Verbrennungskraftmaschine als Vorsteuerwert für die Voreinspritzmenge verwendet. Neue Korrekturwerte werden permanent eingelernt, solange wenigstens eine vorgebbare Bedingung für dieses Einlernen erfüllt ist. Dies bedeutet, dass mehrere, eingelernte Korrekturwerte bzw. Korrekturmengen verwendet werden und nicht ein einmal eingelernter Korrekturwert dauerhaft zur Adaption verwendet wird. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Adaption möglich.Alternatively or additionally, the variation, ie the adaptation of the pilot injection quantity, can take place in the manner described below: in a first step, a correction value for the pilot injection quantity is learned. In a second step, this correction value is stored as a function of the temperature and used in a renewed start of the internal combustion engine as a pilot control value for the pilot injection quantity. New correction values are permanently taught in as long as at least one predefinable condition for this teach-in is fulfilled. This means that several, taught-in correction values or correction quantities are used instead of one once learned correction value permanently is used for adaptation. As a result, a particularly advantageous adaptation is possible.
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