DE102012211966A1 - Method for determining supply period of gaseous fuel into combustion engine during direct supply, involves determining supply period depending on pressure ratio between combustion chamber gas pressure and fuel pressure - Google Patents

Method for determining supply period of gaseous fuel into combustion engine during direct supply, involves determining supply period depending on pressure ratio between combustion chamber gas pressure and fuel pressure Download PDF

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Abstract

The method involves determining the supply period depending on a pressure ratio between a combustion chamber gas pressure and a fuel pressure. The supply period is corrected by a correction factor during the supply of the gaseous fuel directly into the combustion chamber of a combustion engine. The correction factor is dependent on orifice coefficient. The orifice-coefficient dependent correction factor corrects a crank shaft angle sub-difference, in which a subcritical flow of the gaseous fuel develops. An independent claim is included for a device for determining a supply period of a gaseous fuel into a combustion engine during a direct supply.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Einblasdauer eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bei einer Direkteinblasung, bei welchem die Einblasdauer in Abhängigkeit eines Druckverhältnisses zwischen Brennraumgasdruck und Kraftstoffdruck bestimmt wird. The invention relates to a method for determining a blowing time of a gaseous fuel in an internal combustion engine in a direct injection, in which the injection duration is determined in dependence on a pressure ratio between the combustion chamber gas pressure and the fuel pressure.

Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, welche mit einem gasförmigen Kraftstoff betrieben werden. Die Einblasung von gasförmigen Kraftstoffen, wie beispielsweise Erdgas, Autogas oder Wasserstoff erfolgt dabei in das Saugrohr der Brennkraftmaschine. Über die Einblasdauer wird dabei die Menge des gasförmigen Kraftstoffes bestimmt, die in die Brennkraftmaschine eingebracht wird. Zur Berechnung der Einblasdauer, welche insbesondere unter Berücksichtigung der überund unterkritischen Strömung des gasförmigen Kraftstoffes erfolgt, wird ein Druckverhältnis zwischen dem Saugrohrdruck und dem Kraftstoffdruck ermittelt. Dabei wird von einem gleichbleibenden Druckverhältnis während der gesamten Einblasdauer ausgegangen. There are known motor vehicles which are operated with a gaseous fuel. The injection of gaseous fuels, such as natural gas, LPG or hydrogen takes place in the intake manifold of the internal combustion engine. About the blowing time while the amount of gaseous fuel is determined, which is introduced into the internal combustion engine. To calculate the injection duration, which takes place in particular taking into account the supercritical and subcritical flow of the gaseous fuel, a pressure ratio between the intake manifold pressure and the fuel pressure is determined. It is assumed that a constant pressure ratio during the entire injection duration.

Alternativ sind Fahrzeuge bekannt, bei welchen eine Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgt. Der gasförmige Kraftstoff weist eine überkritische Strömung auf, was bedeutet, dass sich dieser mit Schallgeschwindigkeit bewegt. Dabei kann das Problem auftreten, dass der Kraftstoff mit einer unterkritischen Strömung eingeblasen wird. Dies hat zur Folge, dass weniger gasförmiger Kraftstoff in den Brennraum eingeblasen wird, als zur Erreichung einer gewünschten Gemischqualität in der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Verbrennung und einer Zunahme von umweltschädigenden Bestandteilen im Abgas.Alternatively, vehicles are known in which an injection of the gaseous fuel takes place directly into the combustion chamber of the internal combustion engine. The gaseous fuel has a supercritical flow, which means that it moves at the speed of sound. The problem may arise that the fuel is injected with a subcritical flow. This has the consequence that less gaseous fuel is injected into the combustion chamber, as is required to achieve a desired mixture quality in the internal combustion engine. This leads to uneven combustion and an increase of environmentally harmful components in the exhaust gas.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Einblasdauer eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bei einer Direkteinblasung anzugeben, bei welchem immer ein korrektes Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird. The invention is therefore based on the object to provide a method for determining a Einblasdauer a gaseous fuel in an internal combustion engine at a direct injection, in which always a correct fuel-air mixture is adjusted.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einblasdauer bei einer Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine mittels eines Korrekturfaktors korrigiert wird. Durch die Korrektur der Einblasdauer bei der Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum der Brennkraftmaschine wird auch bei einer unterkritischen Strömung sicher gestellt, dass immer die gewünschte Menge an gasförmigen Kraftstoff im Brennraum der Brennkraftmaschine vorhanden ist. According to the invention the object is achieved in that the injection duration is corrected by a correction factor during an injection of the gaseous fuel directly into the combustion chamber of the internal combustion engine. By correcting the blowing time during the injection of the gaseous fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, even with a subcritical flow, it is ensured that the desired amount of gaseous fuel is always present in the combustion chamber of the internal combustion engine.

Vorteilhafterweise ist der Korrekturfaktor Durchflusszahl-abhängig. Mittels eines solchen Durchflusszahl-abhängigen Korrekturfaktors wird die Einblasdauer dahingehend korrigiert, dass die eingebrachte Menge des gasförmigen Kraftstoffes den variierenden Druckverhältnissen Rechnung trägt und immer der gewünschten Menge entspricht. Durch diese exakte Einstellung des gasförmigen Kraftstoffes wird eine bessere Kraftstoffvorsteuerung in der Brennkraftmaschine gewährleistet, was zu einer besseren Verbrennung und einer Reduzierung der umweltschädigenden Komponenten im Abgas führt.Advantageously, the correction factor is flow rate-dependent. By means of such a flow rate-dependent correction factor, the injection duration is corrected to the effect that the introduced amount of the gaseous fuel takes into account the varying pressure conditions and always corresponds to the desired amount. This exact adjustment of the gaseous fuel ensures better fuel precontrol in the internal combustion engine, which leads to better combustion and a reduction of the environmentally damaging components in the exhaust gas.

Vorteilhafterweise korrigiert der Durchflusszahl-abhängige Korrekturfaktor eine erste Kurbelwellenwinkelteildifferenz, bei welcher eine unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt. Da die Strömungsgeschwindigkeit am Einblasinjektor der Brennkraftmaschine in der zweiten Kurbelwellenwinkelteildifferenz, in welcher die überkritische Strömung auftritt, immer Schallgeschwindigkeit beträgt und diese konstant ist, wird diese zweite Kurbelwellenwinkelteildifferenz der überkritischen Strömung bei der Korrektur der einzublasenden Kraftstoffmenge nicht weiter betrachtet. In der ersten Kurbelwellenwinkelteildifferenz, in welcher eine unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt, bewegt sich der gasförmige Kraftstoff mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit und ist daher entsprechenden Änderungen ausgesetzt, weshalb sich die Korrektur der Einblasdauer nur auf die erste Kurbelwellenwinkelteildifferenz der unterkritischen Strömung bezieht.Advantageously, the flow rate dependent correction factor corrects a first crankshaft angle difference at which a subcritical flow of the gaseous fuel occurs. Since the flow velocity at the injection engine of the internal combustion engine in the second crankshaft angle difference in which the supercritical flow occurs is always sound velocity and constant, this second crankshaft angle difference of the supercritical flow is not further considered in the correction of the amount of fuel to be injected. In the first crankshaft angle difference in which a subcritical flow of the gaseous fuel occurs, the gaseous fuel moves at a speed below the speed of sound and is therefore subjected to corresponding changes, therefore, the correction of the injection duration relates only to the first subcritical flow crankshaft angle difference.

In einer Ausgestaltung wird die, dem Durchflusszahl-abhängigen Korrekturfaktor zugrundeliegende Durchflusszahl, welche von dem Druckverhältnis zwischen dem Kraftstoffdruck des gasförmigen Kraftstoffes und dem Brennraumgasdruck abhängt, aus einem mittleren Brennraumgasdruck ermittelt, welcher während der ersten Kurbelwellenwinkelteildifferenz, in welcher die unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt, bei der Einblasung bestimmt wird. Dies ist von Vorteil, da die Durchflusszahl vom Druckverhältnis zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Brennraumgasdruck abhängt. In one embodiment, the flow rate-dependent correction factor underlying flow rate, which depends on the pressure ratio between the fuel pressure of the gaseous fuel and the combustion gas pressure, determined from a mean combustion gas pressure, which occurs during the first crankshaft angle difference in which the subcritical flow of the gaseous fuel in which insufflation is determined. This is advantageous because the flow rate depends on the pressure ratio between the fuel pressure and the combustion chamber gas pressure.

Vorteilhafterweise wird ein kritischer Brennraumgasdruck, bei welchem die Strömung des gasförmigen Kraftstoffes vom einem überkritischen in einen unterkritischen Bereich übergeht, aus einem Laval-Druckverhältnis und dem Kraftstoffdruck bestimmt, wobei dem kritischen Brennraumgasdruck anschließend auf der Basis eines ersten Modells ein kritischer Kurbelwellenwinkel zugeordnet wird. Dieser kritische Kurbelwellenwinkel gibt den Zeitpunkt an, bei welchem die Strömung des gasförmigen Kraftstoffes von überkritisch in unterkritisch umschlägt, weshalb entsprechend die Zumessdauer des einzublasenden gasförmigen Kraftstoffes korrigiert werden muss. Dieser Zeitpunkt lässt sich somit zuverlässig aus dem Brennraumgasdruck, dem Kraftstoffdruck und dem Lavaldruckverhältnis bestimmen.Advantageously, a critical combustion gas pressure at which the flow of the gaseous fuel transitions from a supercritical to a subcritical range is determined from a Laval pressure ratio and the fuel pressure, wherein the critical combustion gas pressure is then assigned a critical crankshaft angle on the basis of a first model. This critical crankshaft angle gives the time in which the flow of the gaseous fuel from supercritical turns into subcritical, which is why the metering period of the gaseous fuel to be injected must be corrected accordingly. This point in time can thus be reliably determined from the combustion chamber gas pressure, the fuel pressure and the Lavaldruckruckverhältnis.

In einer Variante wird der Brennraumgasdruck aus einem zweiten inversen Modell zum Zeitpunkt des Endes der Einblasung des Kraftstoffes abgeleitet und anschließend ein effektiver Brennraumgasdruck während der unterkritischen Strömung bestimmt. Mittels des zweiten inversen Modells wird der Brennraumgasdruck in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels zu Beginn oder zum Ende der Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes modelliert. In one variant, the combustion gas pressure is derived from a second inverse model at the time of the end of fuel injection, and then an effective combustion gas pressure during the subcritical flow is determined. By means of the second inverse model, the combustion gas pressure is modeled as a function of the crankshaft angle at the beginning or at the end of the injection of the gaseous fuel.

In einer Variante nimmt der modellierte Brennraumgasdruck im unterkritischen Strömungsbereich einen annähernd linearen Verlauf an. Auf der Grundlage dieser linearen Druckänderung im Brennraum lässt sich die Durchflusszahl zur Bestimmung des Durchflusszahl-abhängigen Korrekturfaktors einfach berechnen. Mit dieser Durchflusszahl wird die gesamte Einblasdauer der Brennkraftmaschine korrigiert. In one variant, the modeled combustion gas pressure in the subcritical flow region assumes an approximately linear course. Based on this linear pressure change in the combustion chamber, the flow rate for determining the flow rate-dependent correction factor can be easily calculated. With this flow rate, the entire injection duration of the internal combustion engine is corrected.

In einer Ausgestaltung wird der Durchflusszahl-abhängige Korrekturfaktor gewichtet, indem der Anteil der Einblasdauer des Kraftstoffes mit unterkritischer Strömung an der gesamten Einblasdauer des gasförmigen Kraftstoffes aus einem Verhältnis einer ersten Differenz eines Kurbelwellenwinkels zum Einblasende und dem kritischen Kurbelwellenwinkel, bei welchem der Übergang zwischen überkritischer und unterkritischer Strömung stattfindet, zu einer zweiten Differenz des Kurbelwellenwinkels bei Einblasbeginn und des Kurbelwellenwinkels bei Einblasende des gasförmigen Kraftstoffes bestimmt wird. Durch diese Gewichtung des Verhältnisses der Einblasdauer bei unterkritischer Strömung zur gesamten Einblasdauer wird erreicht, dass der Anteil der unterkritischen Strömung an der gesamten Einblasdauer von besonderem Einfluss bei der Betrachtung der zu bestimmenden Menge des einzublasenden gasförmigen Kraftstoffes ist.In one embodiment, the flow rate dependent correction factor is weighted by dividing the subcritical fuel injection duration of the total fuel injection duration from a ratio of a first difference of crankshaft angle to injection end and critical crankshaft angle at which the transition between supercritical and critical Subcritical flow takes place, is determined to a second difference of the crankshaft angle at Einblasbeginn and the crankshaft angle at Einblasende the gaseous fuel. By means of this weighting of the ratio of the injection time under subcritical flow to the total injection duration, it is achieved that the fraction of the subcritical flow over the entire injection duration is of particular influence when considering the quantity of gaseous fuel to be injected.

In einer weiteren Ausführungsform wird aus einer Geschwindigkeit der Kurbelwelle und einer berechneten Einblasdauer des gasförmigen Kraftstoffes der Delta-Kurbelwellenwinkel berechnet. Da je nach Einblasstrategie die Bestimmung des Korrekturfaktors von einem vorgegebenen Winkel der Kurbelwelle entweder zu Beginn oder zum Ende der Einblasung ausgeht, wird mittels des errechneten Delta-Kurbelwellenwinkels der jeweils unbekannte Kurbelwellenwinkel bestimmt. In a further embodiment, the delta crankshaft angle is calculated from a speed of the crankshaft and a calculated injection duration of the gaseous fuel. Since, depending on the injection strategy, the determination of the correction factor starts from a predetermined angle of the crankshaft either at the beginning or at the end of the injection, the respectively unknown crankshaft angle is determined by means of the calculated delta crankshaft angle.

In einer Ausgestaltung wird ausgehend von dem Delta-Kurbelwellenwinkel auf der Grundlage des Kurbelwellenwinkels des Einblasbeginnes oder des Kurbelwellenwinkels des Einblasendes der Kurbelwellenwinkel des Einblasendes oder der Kurbelwellenwinkel des Einblasbeginns errechnet, woraus sich eine Kurbelwellenwinkeldifferenz ermitteln lässt. Beispielsweise wird bei Vorgabe des Kurbelwellenwinkels zum Einblasbeginn der Kurbelwellenwinkel zum Einblasende berechnet oder umgekehrt. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Einblasdauer eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bei einer Direkteinblasung, bei welcher die Einblasdauer in Abhängigkeit eines Druckverhältnisses zwischen Brennraumgasdruck und Kraftstoffdruck bestimmt wird. Bei einer Vorrichtung, welche eine exakte Einstellung der Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches erlaubt, sind Mittel vorhanden, welche die Einblasdauer bei einer Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine mittels eines Korrekturfaktors korrigieren. Dies hat den Vorteil, dass bei der gasförmigen Direkteinblasung in den Brennraum der Brennkraftmaschine das sich ändernde Druckverhältnis zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Brennraumgasdruck während der gesamten Einblasdauer des gasförmigen Kraftstoffes in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel berücksichtigt wird. Die Einblasdauer des gasförmigen Kraftstoffes wird mittels des Durchflusszahlabhängigen Korrekturfaktors so korrigiert, dass die eingebrachte Kraftstoffmenge der Kraftstoffmenge, die für ein gewünschtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis notwendig ist, entspricht.In one embodiment, based on the crankshaft angle of the injection start or the crankshaft angle of the injection end, the crankshaft angle of the injection end or the crankshaft angle of the injection start is calculated from the delta crankshaft angle, from which a crankshaft angle difference can be determined. For example, when the crankshaft angle is specified for the start of injection, the crankshaft angle is calculated at the end of injection or vice versa. A development of the invention relates to a device for determining a blowing time of a gaseous fuel in an internal combustion engine in a direct injection, in which the injection duration is determined in dependence on a pressure ratio between the combustion chamber gas pressure and fuel pressure. In a device which allows an exact adjustment of the amount of fuel-air mixture, means are provided which correct the injection duration at a blowing of the gaseous fuel directly into the combustion chamber of the internal combustion engine by means of a correction factor. This has the advantage that in the gaseous direct injection into the combustion chamber of the internal combustion engine, the changing pressure ratio between the fuel pressure and the combustion chamber gas pressure is taken into account during the entire injection duration of the gaseous fuel as a function of the crankshaft angle. The blowing time of the gaseous fuel is corrected by means of the flow rate-dependent correction factor so that the amount of fuel introduced corresponds to the amount of fuel necessary for a desired air-fuel ratio.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. The invention allows numerous embodiments. One of them will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.

Es zeigt:It shows:

1: schematische Darstellung eines Systems zur Einblasung eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine 1 : schematic representation of a system for injecting a gaseous fuel into an internal combustion engine

2: grafische Darstellung zur Ermittlung der Durchflusskorrektur bei der Einblasung eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine 2 : Graphical representation for determining the flow correction in the injection of a gaseous fuel in an internal combustion engine

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Systems zur direkten Einblasung eines gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Gassteuergerät 1. Ein mit dem Gassteuergerät 1 verbundener Einblasinjektor 2 ist über einen Gasdruckregler 3 und ein Gasabsperrventil 4 mit einem Gastank 5 verbunden, wobei der Gasinjektor 2 in den Brennraum 6 eines nicht weiter dargestellten Zylinders der Brennkraftmaschine hineinragt. Vor dem Brennraum 6 der nur angedeuteten Brennkraftmaschine ist ein Saugrohr 7 angeordnet. Durch das Saugrohr 7 wird die Frischluft zur Erzeugung des Kraftstoff-Luft-Gemisches dem Brennraum 6 der Brennkraftmaschine zugeführt. 1 shows a schematic diagram of a system for direct injection of a gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine with a gas control unit 1 , One with the gas control unit 1 connected injection injector 2 is via a gas pressure regulator 3 and a gas shut-off valve 4 with a gas tank 5 connected, the gas injector 2 in the combustion chamber 6 protrudes a not shown cylinder of the internal combustion engine. In front of the combustion chamber 6 the only indicated internal combustion engine is a suction tube 7 arranged. Through the suction pipe 7 the fresh air for generating the fuel-air mixture is the combustion chamber 6 supplied to the internal combustion engine.

2 zeigt das Prinzip der Bestimmung der Durchflusskorrektur, welche im Gassteuergerät 1 mittels eines Mikroprozessors berechnet wird. Grundlage für die Bestimmung einer Durchflusszahl-abhängigen Einblasdauerverlängerung Δwk ist dabei ein, in einem Modell abgelegter Brennraumgasdruck p, der modelliert ist. Auf der Basis des modellierten Brennraumgasdruckes p wird der kritische Zeitpunkt bzw. ein kritischer Kurbelwellenwinkel wkrit bestimmt, ab dem die Strömung des gasförmigen Kraftstoffes von einem überkritischen in den unterkritischen Zustand übergeht. 2 shows the principle of determining the flow correction, which in the gas control unit 1 is calculated by means of a microprocessor. The basis for the determination of a flow rate-dependent injection duration extension Δw k is a combustion chamber gas pressure p stored in a model, which is modeled. On the basis of the modeled combustion chamber gas pressure p, the critical time or a critical crankshaft angle w crit is determined, from which the flow of the gaseous fuel passes from a supercritical to the subcritical state.

In 2 ist der Verlauf des Brennraumgasdruckes p über dem Kurbelwellenwinkel w dargestellt. Dabei ist die Drehrichtung der Kurbelwelle vom hohen Kurbelwellenwinkel w zum niedrigen Kurbelwellenwinkel w zu betrachten (Pfeil A). Zunächst wird der Gasdruck pGas am Einblasinjektor 2 gemessen. Aus diesem Gasdruck pGas am Einblasinjektor 2 wird ein kritischer Brennraumgasdruck pkrit aus dem Laval-Druckverhältnis bestimmt (pkrit = ζ·pgas). Der zum kritischen Brennraumgasdruck pkrit gehörige kritische Kurbelwellenwinkel wkrit wird aus einem ersten Modell in Abhängigkeit des Gasdruckes, des Saugrohrdruckes und einem Nockenwellenwinkel bestimmt. In 2 the course of the combustion chamber gas pressure p over the crankshaft angle w is shown. The direction of rotation of the crankshaft from the high crankshaft angle w to the low crankshaft angle w must be considered (arrow A). First, the gas pressure p gas at Einblasinjektor 2 measured. From this gas pressure p gas at the injection injector 2 a critical combustion gas pressure p crit is determined from the Laval pressure ratio (p crit = ζ · p gas ). The critical crank angle w crit associated with the critical combustion chamber gas pressure p krit is determined from a first model as a function of the gas pressure, the intake manifold pressure and a camshaft angle.

Mittels der Winkelgeschwindigkeit w . der Kurbelwelle und einer vorher berechneten Einblasdauer wird ein Delta-Kurbelwellenwinkel Δw ermittelt. Die Einblasdauer wird dabei aus dem gemessenen Kraftstoffdruck und dem Brennraumgasdruck korrigiert. Aus der Differenz eines festgesetzten Kurbelwellenwinkel wbeginn und eines ermittelten Kurbelwellenwinkels wende ist eine Einblasdauer Δwges bekannt, die für alle Einspritzarten und Einspritzlagen, wie Saughub oder Kompressionshub, gilt. By means of the angular velocity w. of the crankshaft and a previously calculated injection duration, a delta crankshaft angle Δw is determined. The injection duration is corrected from the measured fuel pressure and the combustion chamber gas pressure. From the difference a fixed crankshaft angle w beginning and a determined crankshaft angle w is an end Einblasdauer .DELTA.w ges known which applies to all injection modes and injection layers, as the intake stroke or compression stroke.

Der ermittelte zweite Kurbelwellenwinkel wende wird durch Addition des errechneten Delta-Kurbelwellenwinkel Δw zu dem ersten, festgesetzten Kurbelwellenwinkel wbeginn bestimmt, woraus sich die gesamte Einblasdauer Δwges im unkorrigierten Zustand ergibt. Alternativ kann aber auch der zweite Kurbelwellenwinkel wende festgesetzt werden und durch Subtraktion des Delta-Kurbelwellenwinkels Δw der erste Kurbelwellenwinkel wbeginn berechnet werden. Im Weiteren soll aber der Einfachheit halber nur der Fall betrachtet werden, dass der erste Kurbelwellenwinkel wbeginn festgesetzt wird und der zweite Kurbelwellenwinkel wende berechnet wird. Die Differenz aus dem Kurbelwellenwinkel wende und dem kritischen Kurbelwellenwinkel wkrit, bei dem der Übergang von überkritischer in unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes stattfindet und welche der ersten Kurbelwellenwinkelteildifferenz Δwukr entspricht, in welcher eine unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt, wird in ein Verhältnis zur Winkeldifferenz des ersten Kurbelwellenwinkels wbeginn und des zweiten Kurbelwellenwinkels wende gesetzt, welche der gesamten Einblasdauer Δwges entspricht. The determined second crankshaft angle wende end is determined by adding the calculated delta crankshaft angle .DELTA.w to the first, fixed crankshaft angle w start , resulting in the total injection duration .DELTA.ge ges in the uncorrected state. Alternatively, however, the second crankshaft angle w may be determined by subtracting the end and delta crank angle .DELTA.w the first crankshaft angle w is calculated beginning. In addition, only the case will be considered for simplicity's sake, is that the first crankshaft angle w beginning fixed and the second end of crankshaft angle w is calculated. The difference between the crankshaft angle w end and the critical crankshaft angle w crit at which the transition from supercritical takes place in sub-critical flow of the gaseous fuel and which corresponds to the first crankshaft angle portion difference .DELTA.w UKR in which a subcritical flow of the gaseous fuel occurs, is in a ratio to the angular difference of the first crankshaft angle w beginning and second crankshaft angle w border set, which corresponds to the total Einblasdauer .DELTA.w sat.

Mittels des berechneten Kurbelwellenwinkels wende wird mit Hilfe eines zweiten inversen Modells ein Brennraumgasdruck p1 zum Zeitpunkt des Einblasendes (Kurbelwellenwinkel wEnde) bestimmt. Aus dem Mittelwert der Brennraumgasdrücke p1, pkrit wird ein effektiver Brennraumgasdruck pm ermittelt, welcher für die Korrektur der gesamten Einblasdauer Δwges genutzt wird. Der effektive Brennraumgasdruck pm wird dabei unter der Annahme, dass ein linearer Zusammenhang zwischen den Brennraumdrücken p1, pkrit besteht, berechnet.Using the calculated crankshaft angle w border is determined by means of a second inverse model, a combustion chamber gas pressure p 1 at the time of Einblasendes (crank angle end w). From the mean value of the combustion chamber gas pressures p 1 , p crit , an effective combustion chamber gas pressure p m is determined, which is used for the correction of the total injection duration Δw ges . The effective combustion chamber gas pressure p m is calculated on the assumption that there is a linear relationship between the combustion chamber pressures p 1 , p crit .

Anschließend wird die erste Kurbelwellenwinkelteildifferenz Δwukr, in welcher die unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt, ins Verhältnis zur gesamten Einblasdauer Δwges gesetzt. Für die zweite Kurbelwellenwinkelteildifferenz Δwükr, bei welcher die überkritische Strömung auftritt, wird keine Korrektur benötigt, da der gasförmige Kraftstoff hier mit Schallgeschwindigkeit strömt und somit jederzeit eine konstante Menge des gasförmigen Kraftstoffes eingeblasen wird.Subsequently, the first crankshaft angle difference Δw ukr , in which the subcritical flow of the gaseous fuel occurs, is set in relation to the total injection duration Δw ges . For the second crankshaft angle difference Δw ükr , at which the supercritical flow occurs, no correction is needed, since the gaseous fuel flows here at the speed of sound and thus at any time a constant amount of the gaseous fuel is blown.

Die ermittelte erste Kurbelwellenwinkelteildifferenz Δwukr der unterkritischen Strömung des gasförmigen Kraftstoffes soll nun in Abhängigkeit der Durchflusszahl ψ korrigiert werden. Der aus der Durchflusszahl ψ abgeleitete Korrekturfaktor fwk ist dabei abhängig vom Druckverhältnis zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Brennraumgasdruck und wird daher aus dem effektiven Brennraumgasdruck pm während der ersten Kurbelwellenwinkelteildifferenz Δwukr, bei welcher die unterkritische Strömung auftritt und unter der Annahme der nahezu linearen Druckänderung im Brennraum berechnet. Mit dieser Durchflusszahl ψ wird die gesamte Einblasdauer Δwges für den Anteil der unterkritischen Strömung um den Korrekturfaktor fwk korrigiert, wobei Δwk = fwk·Δwges The determined first crankshaft angle difference Δw ukr of the subcritical flow of the gaseous fuel is now to be corrected as a function of the flow rate ψ. The correction factor fw k derived from the flow rate ist is dependent on the pressure ratio between the fuel pressure and the combustion chamber gas pressure and therefore becomes the effective combustion chamber gas pressure p m during the first crankshaft angle difference Δw ukr at which the subcritical flow occurs and assuming the almost linear pressure change calculated in the combustion chamber. With this flow rate ψ, the total injection duration Δw ges for the portion of the subcritical flow is corrected by the correction factor fw k , where .DELTA.w k = fw k · .DELTA.w ges

Weiterhin gilt:

Figure DE102012211966A1_0002
wobei

m .
Massedurchsatz des gasförmigen Kraftstoffes
A
Querschnitt des Injektors
p1
Kraftstoffdruck
R
spezifische Gaskonstante
T1
Temperatur in der Kraftstoffleitung
Ψ
Durchflusszahl
und
Figure DE102012211966A1_0003
wobei
p2
Brennraumgasdruck
κ
Isentropenexponent
Furthermore:
Figure DE102012211966A1_0002
in which
m.
Mass flow rate of the gaseous fuel
A
Cross section of the injector
p 1
Fuel pressure
R
specific gas constant
T 1
Temperature in the fuel line
Ψ
Flow number
and
Figure DE102012211966A1_0003
in which
p 2
Combustion chamber gas pressure
κ
isentropic

Bei der vorliegenden Lösung wird die Einblasdauer Δwges in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels w betrachtet. Alternativ kann aber auch eine Einblaszeit txyz verwendet werden, die sich aus dem Kurbelwellenwinkel w und der Winkelgeschwindigkeit w . der Kurbelwelle bestimmen lässt.In the present solution, the injection duration Δw ges is considered as a function of the crankshaft angle w. Alternatively, however, it is also possible to use a blow-in time t xyz , which consists of the crankshaft angle w and the angular velocity w. the crankshaft can be determined.

Es gilt:

Figure DE102012211966A1_0004
The following applies:
Figure DE102012211966A1_0004

Claims (11)

Verfahren zur Bestimmung einer Einblasdauer eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bei einer Direkteinblasung, bei welchem die Einblasdauer (Δwges) in Abhängigkeit eines Druckverhältnisses zwischen Brennraumgasdruck und Kraftstoffdruck bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasdauer (Δwges) bei einer Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine mittels eines Korrekturfaktors (fwk) korrigiert wird.Method for determining a blowing time of a gaseous fuel in an internal combustion engine in a direct injection, in which the injection duration (Δw ges ) is determined in dependence on a pressure ratio between combustion chamber gas pressure and fuel pressure, characterized in that the injection duration (.DELTA.w ges ) at a gaseous injection of the gas is corrected directly into the combustion chamber of the internal combustion engine by means of a correction factor (fw k ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (fwk) Durchflusszahl-abhängig ist.A method according to claim 1, characterized in that the correction factor (fw k ) is flow rate-dependent. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusszahl-abhängige Korrekturfaktor (fwk) eine erste Kurbelwellenwinkelteildifferenz (Δwukr) korrigiert, in welchem eine unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt.A method according to claim 2, characterized in that the flow rate-dependent correction factor (fw k ) corrects a first crankshaft angle difference (Δw ukr ) in which a subcritical flow of the gaseous fuel occurs. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Durchflusszahl-abhängigen Korrekturfaktor (fwk) zugrundeliegende Durchflusszahl (ψ), welche von dem Druckverhältnis zwischen dem Kraftstoffdruck des gasförmigen Kraftstoffes und dem Brennraumgasdruck des gasförmigen Kraftstoffes abhängt, aus einem effektiven Brennraumgasdruck (pm) ermittelt wird, welcher während der ersten Kurbelwellenwinkelteildifferenz (Δwukr), bei welcher eine unterkritische Strömung des gasförmigen Kraftstoffes auftritt, bei der Einblasung bestimmt wird. A method according to claim 2 or 3, characterized in that the flow rate-dependent correction factor (fw k ) underlying flow rate (ψ), which depends on the pressure ratio between the fuel pressure of the gaseous fuel and the combustion chamber gas pressure of the gaseous fuel, from an effective combustion gas pressure ( p m ) which is determined during the injection during the first crankshaft angle difference (Δw ukr ), at which a subcritical flow of the gaseous fuel occurs. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kritischer Brennraumgasdruck (pkrit), bei welchem die Strömung des gasförmigen Kraftstoffes von einem überkritischen in einen unterkritischen Zustand übergeht, aus einem Laval-Druckverhältnis bestimmt wird, wobei dem kritischen Brennraumgasdruck (pkrit), anschließend auf der Basis eines ersten Modells ein kritischer Kurbelwellenwinkel (wkrit) zugeordnet wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a critical combustion chamber gas pressure (p crit ), at which the flow of the gaseous fuel passes from a supercritical to a subcritical state, is determined from a Laval pressure ratio, the critical combustion gas pressure (p Crit ), then on the basis of a first model, a critical crankshaft angle (w crit ) is assigned. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraumgasdruck (p) aus einem zweiten inversen Modell zum Zeitpunkt des Kurbelwellenwinkelendes (wEnde) der Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes abgeleitet und anschließend der effektive Brennraumgasdruck (pm) während des Auftretens der unterkritischen Strömung bestimmt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the combustion gas pressure (p) derived from a second inverse model at the time of the crankshaft angle end (w end ) of the gaseous fuel injection and then the effective combustion chamber gas pressure (p m ) during the occurrence of the subcritical Flow is determined. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein modellierter Brennraumgasdruck im unterkritischen Strömungsbereich einen annähernd linearen Verlauf annimmt.A method according to claim 6, characterized in that a modeled combustion chamber gas pressure in the subcritical flow region assumes an approximately linear course. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusszahl-abhängige Korrektorfaktor (fwk) gewichtet wird, indem der Kurbelwellenwinkelteildifferenz (Δwukr), in welcher der Kraftstoff mit unterkritischer Strömung eingeblasen wird, an der Einblasdauer (Δwges) des gasförmigen Kraftstoffes aus einem Verhältnis einer ersten Differenz eines Kurbelwellenwinkels zum Einblasende (wEnde) und dem kritischen Kurbelwellenwinkel (wkrit), bei welchem der Übergang zwischen überkritischer und unterkritischer Strömung stattfindet, zu einer zweiten Differenz des Kurbelwellenwinkels bei Einblasbeginn (wBeginn) und des Kurbelwellenwinkels bei Einblasende (wEnde) des gasförmigen Kraftstoffes bestimmt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the flow rate-dependent correction factor (fw k ) is weighted by the crankshaft angle difference (Δw ukr ), in which the subcritical flow fuel is injected, at the injection duration (Δw ges ) of the gaseous fuel (crit w) of a ratio of a first difference between a crank angle for Einblasende (w end) and the critical crankshaft angle at which the transition between supercritical and subcritical flow takes place, to a second difference of the crankshaft angle at Einblasbeginn (w beginning) and the Crankshaft angle at Einblasende (w end ) of the gaseous fuel is determined. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Geschwindigkeit der Kurbelwelle und einer berechneten Einblasdauer der Delta-Kurbelwellenwinkel (Δw) bestimmt wird.A method according to claim 8, characterized in that from a speed of the crankshaft and a calculated injection duration of the delta crankshaft angle (Δw) is determined. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem Delta-Kurbelwellenwinkel (Δw) auf der Grundlage des Kurbelwellenwinkels des Einblasbeginns (wBeginn) oder des Kurbelwellenwinkels des Einblasendes (wEnde) der Kurbelwellenwinkel des Einblasendes (wEnde) oder der Kurbelwellenwinkel des Einblasbeginns (wBeginn) ermittelt wird. A method according to claim 9, characterized in that starting from the delta crankshaft angle (Δw) on the basis of the crankshaft angle of the injection start (w start ) or the crankshaft angle of the injection end (w end ), the crank angle of the blowing end (w end ) or Crankshaft angle of Einblasbeginns (w beginning) is detected. Vorrichtung zur Bestimmung der Einblasdauer eines gasförmigen Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bei einer Direkteinblasung, bei welcher die Einblasdauer (Δwges) in Abhängigkeit eines Druckverhältnisses zwischen einem Brennraumgasdruck und einem Kraftstoffdruck bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (1) vorhanden sind, welche die Einblasdauer (Δwges) bei einer Einblasung des gasförmigen Kraftstoffes direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine mittels eines Korrekturfaktors (fwk) korrigieren.Device for determining the blowing time of a gaseous fuel in an internal combustion engine in direct injection, in which the injection duration (Δw ges ) is determined as a function of a pressure ratio between a combustion gas pressure and a fuel pressure, characterized in that 1 ) are present, which correct the injection duration (.DELTA.w ges ) with an injection of the gaseous fuel directly into the combustion chamber of the internal combustion engine by means of a correction factor (fw k ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019200963A1 (en) * 2019-01-25 2020-07-30 Mtu Friedrichshafen Gmbh Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine, set up to carry out such a method

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DE102019200963A1 (en) * 2019-01-25 2020-07-30 Mtu Friedrichshafen Gmbh Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine, set up to carry out such a method

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