DE102012211754A1 - Method for operating combustion engine, involves injecting fuel into chamber using injector, where difference between nominal- and actual lambda values enables determining fuel quantity injected by injector during control duration - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Vom Markt her ist es bekannt, bei elektromagnetisch betätigten Einspritzventilen über geeignete Feedback-Größen, bspw. einen Spulenstrom oder eine Spulenspannung, die reale Bewegung des Ventilelements und dessen Hub zu ermitteln bzw. auszuwerten. Ziel ist es, die Bewegung des Ventilelements und dessen Hub durch geeignete Algorithmen von Hub zu Hub eines Einspritzventils sowie über mehrere Einspritzventile hinweg gleichmäßig einzustellen. Besonders wichtig hierbei ist der sogenannte Kleinmengenbereich, bei dem durch das Einspritzventil bzw. durch den Injektor nur eine ganz minimale Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt wird. Ein solcher Kleinmengenbereich liegt bspw. dann vor, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, bei Wiedereinsetzen einer Kraftstoffeinspritzung nach einer Schubabschaltung, bei Leerlauf mit gleichzeitig betriebener Tankentlüftung, etc.. From the market, it is known to determine or evaluate the actual movement of the valve element and its stroke in the case of electromagnetically actuated injection valves via suitable feedback variables, for example a coil current or a coil voltage. The aim is to uniformly adjust the movement of the valve element and its stroke by means of suitable algorithms from stroke to stroke of an injection valve and over several injection valves. Particularly important here is the so-called small amount range, in which only a very minimal amount of fuel is injected into the combustion chamber through the injection valve or through the injector. Such a small amount range is, for example, then, when the internal combustion engine is operated at idle, when reinstating a fuel injection after a fuel cut, at idle with simultaneously operated tank ventilation, etc ..
Ferner sind vom Markt her Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen der Kraftstoff durch einen Injektor, jedoch aufgeteilt in mehrere Einspritzungen in den Brennraum gelangt, sowie Brennkraftmaschinen, bei denen jedem Brennraum mehrere Injektoren zugeordnet sind. So gibt es Brennkraftmaschinen, bei denen ein Injektor den Kraftstoff direkt in einen Brennraum einspritzt, wohingegen ein anderer Injektor Kraftstoff in ein Ansaugrohr einspritzt, welches zu diesem Brennraum führt. Bekannt sind auch Brennkraftmaschinen, bei denen im Ansaugrohr, jeweils vor eines von zwei Einlassventilen eines Brennraums, ein Injektor den Kraftstoff in das Saugrohr einspritzt.Furthermore, internal combustion engines are known from the market, in which the fuel passes through an injector, but divided into several injections into the combustion chamber, and internal combustion engines in which each combustion chamber are assigned a plurality of injectors. Thus, there are internal combustion engines in which an injector injects the fuel directly into a combustion chamber, whereas another injector injects fuel into an intake pipe, which leads to this combustion chamber. Internal combustion engines are also known in which an injector injects the fuel into the intake manifold in the intake manifold, in each case in front of one of two intake valves of a combustion chamber.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kraftstoffzumessung vor allem im Kleinstmengenbereich noch präziser zu machen.Object of the present invention is to make the fuel metering even more precise especially in the smallest amount.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous developments are specified in subclaims. In addition, find important features for the invention in the following description and in the drawing.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es nicht nur im Leerlauf, sondern in ganz vielen unterschiedlichen, fast beliebigen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Phasen, in denen die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, können daher für andere wichtige Diagnosen sowie bspw. für die Durchführung einer Tankentlüftung genutzt werden, oder der Motor kann zur vollen Nutzung von Verbrauchspotenzialen ausgeschaltet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher relativ häufig durchgeführt werden, so dass bspw. eine temperatur- und/oder verschleißbedingte Veränderung der Eigenschaft eines Injektors zeitnah erkannt und korrigiert werden kann. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren äußerst kostengünstig und einfach, da auf eine Erfassung eines Spulenstroms über einen Widerstand verzichtet werden kann.The inventive method has the advantage that it can be performed not only in idle, but in many different, almost any operating points of the internal combustion engine. Phases in which the internal combustion engine is operated at idle, can therefore be used for other important diagnoses as well as, for example. For carrying out a tank ventilation, or the engine can be switched off for the full utilization of consumption potentials. The method according to the invention can therefore be carried out relatively frequently, so that, for example, a temperature and / or wear-related change in the property of an injector can be promptly detected and corrected. In this case, the inventive method is extremely inexpensive and simple, since it can be dispensed with a detection of a coil current through a resistor.
Grundlage des Verfahrens ist es, Kraftstoff mittels einer ersten Einspritzung und mittels einer zweiten Einspritzung innerhalb eines Arbeitsspiels in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen zu lassen. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Begriff der "ersten" Einspritzung und der "zweiten" Einspritzung keine zeitliche Reihenfolge zum Ausdruck bringen soll sondern lediglich das Vorhandensein von zwei voneinander getrennten Einspritzvorgängen. Es ist also durchaus innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung möglich, dass die zweite Einspritzung zeitlich gesehen vor der ersten Einspritzung erfolgt. Ebenso ist es bei bestimmten Brennkraftmaschinen möglich, dass die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung zeitgleich erfolgen.The basis of the method is to let fuel pass through a first injection and by means of a second injection within a working cycle in a combustion chamber of the internal combustion engine. It should be noted at this point that the concept of the "first" injection and the "second" injection should express no time order but only the presence of two separate injection events. It is therefore entirely possible within the scope of the present invention for the second injection to take place before the first injection in terms of time. It is also possible for certain internal combustion engines, that the first injection and the second injection take place at the same time.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, dass die Injektorkennlinie, also der Zusammenhang zwischen Ansteuersignal bzw. Ansteuerdauer und eingespritzter Kraftstoffmenge bei vergleichsweise langen Ansteuerdauern und entsprechenden vergleichsweise großen eingespritzten Kraftstoffmengen ziemlich exakt bekannt ist. Ein entsprechender Soll-Lambdawert kann daher mittels einer solchen vergleichsweise langen Einspritzung sehr genau eingestellt werden. Wird nun durch die zweite Einspritzung mit einer Ansteuerdauer von nahe Null eine ganz geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt, führt dies zu einer Änderung des Ist-Lambdawerts. Der geänderte Lambdawert bzw. das Maß der Änderung, also die Differenz zwischen Soll-Lambdawert und Ist-Lambdawert, kann daher der zweiten Kleinstmengeneinspritzung bzw. der Abweichung der Kennlinie im Kleinstmengenbereich von einer linearen Kennlinie zugeordnet werden. Die mit dieser zweiten Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge kann folglich sehr genau ermittelt und der Ansteuerdauer für die zweite Einspritzung zugeordnet werden. Somit ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jene Ansteuerdauer zu ermitteln, bei der der Injektor überhaupt erst öffnet, und es kann eine Kennlinie für den die zweite Einspritzung bewirkenden Injektor im Kleinstmengenbereich erstellt werden.The method according to the invention is based on the fact that the injector characteristic curve, that is to say the relationship between actuation signal or actuation duration and injected fuel quantity, is known almost exactly at comparatively long actuation durations and corresponding comparatively large quantities of injected fuel. A corresponding desired lambda value can therefore be set very precisely by means of such a comparatively long injection. If a very small amount of fuel is now injected into the combustion chamber through the second injection with a drive duration of close to zero, this leads to a change in the actual lambda value. The changed lambda value or the extent of the change, ie the difference between the desired lambda value and the actual lambda value, can therefore be assigned to the second smallest quantity injection or the deviation of the characteristic curve in the smallest amount range from a linear characteristic curve. The one with this second injection Injected fuel quantity can therefore be determined very accurately and assigned to the activation duration for the second injection. Thus, it is possible with the method according to the invention to determine the activation duration at which the injector opens in the first place, and it is possible to create a characteristic curve for the injector in the smallest amount range which effects the second injection.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die zweite Einspritzung in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine erfolgt. Die Ermittlung einer Kennlinie für einen Injektor, der in das Saugrohr einspritzt, im normalen Betrieb einer Brennkraftmaschine war bisher besonders schwierig, da bei einer Saugrohreinspritzung üblicherweise kein direkter Zusammenhang zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge und dem bei der Verbrennung erzeugten Drehmoment existiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun auch für einen solchen Injektor die Ermittlung einer Kennlinie im Kleinstmengenbereich möglich. Daher wird auch vorgeschlagen, dass auch die erste Einspritzung in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine erfolgt.In a first development, it is proposed that the second injection takes place in a suction pipe of the internal combustion engine. The determination of a characteristic curve for an injector that injects into the intake manifold, in the normal operation of an internal combustion engine has been particularly difficult, since there is usually no direct relationship between the injected fuel quantity and the torque generated during combustion in a port injection. With the method according to the invention, the determination of a characteristic in the smallest amount range is now also possible for such an injector. Therefore, it is also proposed that the first injection takes place in a suction pipe of the internal combustion engine.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die erste Einspritzung mittels eines ersten Injektors und die zweite Einspritzung mittels eines zweiten Injektors erfolgen. Dies ist vom Markt her auch als eine sogenannte "Twin-Injektion" bekannt. Bei einer solchen weist die Brennkraftmaschine pro Brennraum mindestens zwei Einlassventile auf, wobei jedem Einlassventil ein eigener Einlasskanal zugeordnet ist. In jedem Einlasskanal ist jeweils ein Injektor angeordnet, der den Kraftstoff vor das Einlassventil spritzt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beide Injektoren im Hinblick auf ihre Kleinstmengen-Einspritzqualität untersucht und deren Ansteuerung für einen verbrauchs- und emissionsoptierten Betrieb adaptiert werden.In a further development, it is proposed that the first injection be effected by means of a first injector and the second injection by means of a second injector. This is known from the market as a so-called "twin injection". In such a case, the internal combustion engine has at least two intake valves per combustion chamber, with each intake valve being assigned its own intake passage. In each inlet channel, an injector is arranged in each case, which injects the fuel in front of the inlet valve. With the method according to the invention, both injectors can be examined with regard to their minimum quantity injection quality and their control adapted for consumption and emission-optimized operation.
Die Qualität der Adaption der Ansteuerung dieser beiden Injektoren wird nochmals verbessert, wenn bei der Ermittlung der bei einer bestimmten Ansteuerdauer mittels der zweiten Einspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge eine Wandfilmdynamik in dem Brennraum berücksichtigt wird. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass dann, wenn durch das eine Einlassventil eine relativ große Kraftstoffmenge in den Brennraum gelangt, wohingegen durch das andere Einlassventil keine oder nur eine äußerst kleine Kraftstoffmenge in den Brennraum gelangt, sich die Wandfilme im Brennraum gegenüber einem Betriebszustand, in dem durch beide Einlassventile eine gleiche Kraftstoffmenge in den Brennraum gelangt, mit der Zeit verändern, was zu Instationäreffekten führt, die den erfassten Lambdawert verfälschen können.The quality of the adaptation of the control of these two injectors is further improved if a wall film dynamics in the combustion chamber is taken into account in the determination of the amount of fuel injected by the second injection at a certain actuation period. This takes into account the fact that when a relatively large amount of fuel passes through the one intake valve into the combustion chamber, whereas no or only a very small amount of fuel passes through the other intake valve into the combustion chamber, the wall films in the combustion chamber compared to an operating state, in which an equal amount of fuel passes through both intake valves into the combustion chamber, change with time, which leads to instationary effects that can falsify the detected lambda value.
Möglich ist auch, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, indem die erste Einspritzung direkt in den Brennraum erfolgt, wohingegen die zweite Einspritzung in ein Saugrohr erfolgt. Die mittels der ersten Einspritzung durch den ersten Injektor eingespritzte Kraftstoffmenge kann aufgrund des meist direkten Zusammenhangs zwischen eingespritzter Kraftstoffmenge und bei der Verbrennung erzeugtem Drehmoment recht exakt bestimmt werden, so dass auch dieser Bereich der Kennlinie eines Injektors überprüft und ggf. adaptiert werden kann.It is also possible that the method according to the invention is carried out by the first injection takes place directly into the combustion chamber, whereas the second injection takes place in a suction pipe. The fuel quantity injected by the first injector by means of the first injection can be determined quite accurately on the basis of the mostly direct relationship between injected fuel quantity and torque generated during combustion, so that this region of the characteristic line of an injector can also be checked and, if necessary, adapted.
Vorgeschlagen wird ferner, dass in dem Adaptionsmodus die gesamte für einen gewünschten Betriebspunkt einzuspritzende Kraftstoffmenge mittels der ersten Einspritzung eingespritzt wird, und dass die Ansteuerdauer für die zweite Einspritzung allmählich von ungefähr Null ausgehend erhöht wird. Sobald die minimale Ansteuerdauer für die zweite Einspritzung erreicht wird, gelangt zusätzlich Kraftstoff in den Brennraum, so dass das im Brennraum vorhandene Gemisch fetter ist als das Soll-Gemisch. Man nähert sich bei dieser Verfahrensart der minimalen Ansteuerdauer also "von unten". Dieses Verfahren gestattet es, relativ schnell den absoluten Kleinstmengenbereich und die minimale Ansteuerdauer auszuwerten, wobei das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine nur vergleichsweise kurz gestört wird.It is also proposed that in the adaptation mode, the entire amount of fuel to be injected for a desired operating point is injected by means of the first injection, and that the driving duration for the second injection is gradually increased from approximately zero. As soon as the minimum activation period for the second injection is reached, fuel additionally enters the combustion chamber, so that the mixture present in the combustion chamber is richer than the desired mixture. With this type of procedure, the minimum activation duration thus approaches "from below". This method makes it possible to evaluate relatively quickly the absolute smallest amount range and the minimum drive time, the emission behavior of the internal combustion engine is disturbed only comparatively short.
Alternativ hierzu ist es möglich, in dem Adaptionsmodus die Ansteuerungen für die beiden Einspritzungen so auszulegen, dass die gesamte für einen gewünschten Betriebspunkt einzuspritzende Kraftstoffmenge auf die beiden Einspritzungen aufgeteilt ist und die Ansteuerdauer für die zweite Einspritzung allmählich zu ungefähr Null hin abgesenkt wird. Beispielsweise ist es möglich, die einzuspritzende Kraftstoffmenge zunächst hälftig (50:50) auf die beiden Einspritzungen aufzuteilen. Im gleichen Maße, wie die Ansteuerdauer für die zweite Einspritzung abgesenkt wird, wird die Ansteuerdauer für die erste Einspritzung erhöht, so dass – eine vorgegebene und im allgemeinen in diesem Bereich lineare Injektorkennlinie vorausgesetzt – insgesamt immer die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Je näher die Ansteuerdauer für die zweite Einspritzung aber dem Nullwert kommt, desto nicht-linearer wird der Zusammenhang zwischen Ansteuerdauer und tatsächlich eingespritzter Kraftstoffmenge. Dies führt zu einem ärmeren oder reicheren Gemisch, was wiederum über den Lambdawert bzw. die Differenz zwischen dem Ist-Lambdawert und dem Soll-Lambdawert erfasst werden kann. In diesem Fall nähert man sich also "von oben" der minimalen Ansteuerdauer. Man erhält auf diese Weise einen relativ kompletten Verlauf der Injektorkennlinie, und die oben erwähnte Wandfilmdynamik spielt hier nur eine geringe Rolle. In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, dass als Ausgangspunkt für diese Art des Verfahrens eine hälftige Aufteilung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge auf die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung denkbar ist. Um die Verfahrensdauer abzukürzen, kann aber auch als Ausgangspunkt bspw. 75% der einzuspritzenden Kraftstoffmenge mittels der ersten Einspritzung, 25% dagegen von der zweiten Einspritzung eingespritzt werden.Alternatively, in the adaptation mode, it is possible to design the controls for the two injections so that the total amount of fuel to be injected for a desired operating point is divided between the two injections and the second injection drive duration is gradually reduced to approximately zero. For example, it is possible to divide the amount of fuel to be injected in half (50:50) between the two injections. To the same extent as the actuation duration for the second injection is lowered, the actuation duration for the first injection is increased, so that-assuming a predetermined injector curve, which is generally linear in this range-a total of the same amount of fuel is always injected. However, the closer the activation duration for the second injection is to the zero value, the more non-linear the relationship between activation duration and actually injected fuel quantity becomes. This leads to a poorer or richer mixture, which in turn can be detected via the lambda value or the difference between the actual lambda value and the desired lambda value. In this case, one thus approaches "from above" the minimum activation duration. In this way, a relatively complete course of the injector characteristic curve is obtained, and the above-mentioned wall-film dynamics play only a minor role here. In this context, it should be noted that the starting point for this type of Method, a half split the amount of fuel to be injected on the first injection and the second injection is conceivable. In order to shorten the process duration, however, as a starting point, for example, 75% of the fuel quantity to be injected can be injected by means of the first injection, 25% by the second injection.
Insbesondere bei Saugrohreinspritzung ist es vorteilhaft, als Soll-Lambdawert den Wert 1 zu nehmen, bei dem ein vergleichsweise günstiges Emissionsverhalten vorliegt.In particular with intake manifold injection, it is advantageous to take the value 1 as the desired lambda value at which a comparatively favorable emission behavior is present.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Vielzahl von Einsatzszenarien angewendet werden. Erwähnt wurde bereits die "Twin-Injektion". Zu beachten ist aber ferner, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf eine bestimmte Kraftstoffart beschränkt ist, sondern beispielsweise bei Benzin, Ethanol oder einem Gemisch dieser Kraftstoffe einsetzbar ist. Sinnvoll ist der Einsatz ferner, wie ebenfalls bereits erwähnt, bei Brennkraftmaschinen, in denen der Kraftstoff sowohl direkt in den Brennraum als auch in ein Ansaugrohr des Brennraums eingespritzt wird. Anwendbar ist das vorliegende Verfahren aber auch bei einem sogenannten "Bi-Fuel-System" mit unterschiedlichen Injektoren für unterschiedliche Kraftstoffarten. Anwendbar ist das vorliegende Verfahren aber auch bei Brennkraftmaschinen, welche nur einen einzigen Injektor pro Brennraum aufweisen, unabhängig davon, ob dieser im Saugrohr angeordnet ist oder den Kraftstoff direkt in den Brennraum einspritzt.The method according to the invention can be used in a large number of application scenarios. Mention has already been made of the "twin injection". It should also be noted, however, that the method according to the invention is not restricted to a specific type of fuel, but can be used, for example, in the case of gasoline, ethanol or a mixture of these fuels. The use is also useful, as also already mentioned, in internal combustion engines in which the fuel is injected both directly into the combustion chamber and into an intake pipe of the combustion chamber. However, the present method is also applicable to a so-called "bi-fuel system" with different injectors for different types of fuel. Applicable, the present method is also in internal combustion engines, which have only a single injector per combustion chamber, regardless of whether this is arranged in the intake manifold or injects the fuel directly into the combustion chamber.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings. In the drawing show:
Eine Brennkraftmaschine trägt in
Der Zylinder
Vom Brennraum
Das Verfahren beginnt in einem Block
Ist das Ergebnis der Abfrage im Block
Nun wird der zuvor abgeschaltete Injektor
Im Block
Dieses Verfahren wird dann mit dem Injektor
Nicht dargestellt, jedoch möglich ist es, bei der Ermittlung des mittels der zweiten Einspritzung eingespritzten Kraftstoffes die instationäre Wandfilmdynamik im Brennraum
Eine Alternative zu dem in
Ist die Antwort im Block
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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