DE102014217274A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), eine solche Brennkraftmaschine (10) und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt. Die Brennkraftmaschine (10) umfasst mehrere Zylindern (12–26) und ein Einspritzsystem, das einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich mit einer Hochdruckpumpe umfasst, wobei die Zylinder (12–26) zumindest teilweise abschaltbar sind. Bei einem Start der Brennkraftmaschine (10) bei Tieftemperaturen wird mindestens einer der Zylinder (12–26) abgeschaltet, so dass eine Reduzierung einer benötigten Kraftstoffmenge erreicht wird.A method for operating an internal combustion engine (10), such an internal combustion engine (10) and a control device for carrying out the method are presented. The internal combustion engine (10) comprises a plurality of cylinders (12-26) and an injection system comprising a low-pressure region and a high-pressure region with a high-pressure pump, wherein the cylinders (12-26) are at least partially switched off. At a start of the internal combustion engine (10) at low temperatures at least one of the cylinders (12-26) is turned off, so that a reduction of a required amount of fuel is achieved.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren kommt insbesondere in einer Brennkraftmaschine zum Einsatz, die in einem Kraftfahrzeug zum Antrieb vorgesehen ist. Eine solche Brennkraftmaschine ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and to a control device for carrying out the method. The method is used in particular in an internal combustion engine, which is provided in a motor vehicle for driving. Such an internal combustion engine is also the subject of the invention.
Stand der TechnikState of the art
Brennkraftmaschinen, die bspw. zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden, sind Wärmekraftmaschinen, die chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Energie, die Bewegungsenergie des angetriebenen Kraftfahrzeugs, umwandeln. In Kraftfahrzeugen werden als Brennkraftmaschinen vornehmlich Diesel- und Benzin- bzw. Ottomotoren eingesetzt, die auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden. Internal combustion engines, which are used for example for driving motor vehicles, are heat engines that convert chemical energy of a fuel into mechanical energy, the kinetic energy of the driven motor vehicle. In motor vehicles, primarily diesel and petrol or gasoline engines are used as internal combustion engines, which are also referred to as internal combustion engines.
Zur Umwandlung der Energie wird der Kraftstoff in Brennkammern, die Zylinder, eingespritzt, in denen sich jeweils ein Kolben bewegt, der durch die Verbrennung bewegt wird. Man unterscheidet je nach Anzahl der Zylinder zwischen bspw. 4, 6, 8 und 12-Zylindermotoren. Zum Einspritzen des Kraftstoffs bzw. eines Kraftstoff-Luft-Gemisches sind Einspritzsysteme vorgesehen.To convert the energy, the fuel is injected into combustion chambers, the cylinders, in each of which a piston moves, which is moved by the combustion. It differs depending on the number of cylinders between, for example, 4, 6, 8 and 12-cylinder engines. For injecting the fuel or a fuel-air mixture injection systems are provided.
Einspritzsysteme in Brennkraftmaschinen sind dafür vorgesehen, Kraftstoff vom Tank bis in die Brennkammer, die Zylinder, der Brennkraftmaschine zu fördern. Das System besteht üblicherweise aus einem Niederdrucksystem mit Niederdruckpumpe, Kraftstofffiltern und Leitungen, gefolgt von einem Hochdrucksystem mit einer Hochdruckpumpe, Kraftstoffleitungen, Rail bzw. Verteiler sowie Einspritzventilen, die den Kraftstoff zeitlich und räumlich bedarfsgerecht der Brennkammer der Kraftmaschine zuführen.Injection systems in internal combustion engines are designed to deliver fuel from the tank to the combustion chamber, the cylinders, the engine. The system usually consists of a low-pressure system with low-pressure pump, fuel filters and lines, followed by a high-pressure system with a high pressure pump, fuel lines, rail or distributor and injectors that supply the fuel in time and space needs of the combustion chamber of the engine.
Bei modernen zeitgesteuerten Einspritzssystemen übernimmt ein Steuergerät die Berechnung von Einspritzfunktionen und die Ansteuerung von Injektoren und anderen Stellern zur Regelung des Systems und des Motors. Die Erzeugung des Einspritzdrucks übernimmt dabei eine Hockdruckpumpe, die mit einer festen mechanischen Übersetzung durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Regelung des Drucks im Verteiler erfolgt durch ein Steuergerät, das ein entsprechendes Zumessventil ansteuert, das in der Hockdruckpumpe integriert ist und nur das benötigte Kraftstoffvolumen verdichtet.In modern time-controlled injection systems, a control unit takes over the calculation of injection functions and the control of injectors and other actuators for controlling the system and the engine. The generation of the injection pressure takes on a high pressure pump, which is driven by a fixed mechanical translation by the internal combustion engine. The regulation of the pressure in the distributor is effected by a control unit which activates a corresponding metering valve, which is integrated in the high-pressure pump and compresses only the required fuel volume.
Nach längerer Abstellzeit baut sich der Druck im System durch die prinzipbedingten Leckagen im System auf Umgebungsdruck ab. Wird das System gestartet, baut zunächst die elektrisch betriebene Niederdruckpumpe den Druck im System auf den sogenannten Vorförderdruck von ca. 6 bar auf.After a longer shutdown time, the pressure in the system is reduced to ambient pressure due to the principle-related leaks in the system. When the system is started, the electrically operated low-pressure pump initially builds up the pressure in the system to the so-called prefeed pressure of approx. 6 bar.
Um die Brennkraftmaschine zu starten, beschleunigt der elektrisch betätigte Starter das System auf eine Drehzahl deutlich unterhalb des normalen Drehzahlbereichs des befeuerten Betriebs. Während dieser Phase wird die maximale Förderleistung der Hochdruckpumpe eingesetzt, um den Druck im Verteiler möglichst schnell zu erhöhen. Die Einspritzung wird erst freigegeben, wenn der Druck im Verteiler einen Schwellwert überschreitet, der üblicherweise von der Temperatur der Umgebung oder des Motors abhängig.To start the engine, the electrically actuated starter accelerates the system to a speed well below the normal speed range of the fired operation. During this phase, the maximum capacity of the high-pressure pump is used to increase the pressure in the distributor as quickly as possible. The injection is not released until the pressure in the manifold exceeds a threshold, which is usually dependent on the temperature of the environment or the engine.
Bei sehr niedrigen Temperaturen werden bei den ersten Einspritzungen sehr hohe Mengen benötigt, da nur ein Teil des Kraftstoffs bei den im Brennraum vorhandenen Bedingungen in die gasförmige Phase übergeht und damit verbrannt werden kann. Ein Großteil des eingespritzten Kraftstoffs wird unverbrannt wieder in den Abgastrakt ausgeschoben. Durch die Erwärmung der Brennräume während der ersten Verbrennungen können die Einspritzmengen kontinuierlich reduziert werden. Nach ca. fünf bis acht Einspritzungen pro Zylinder werden Mengen benötigt, die näherungsweise den Mengen während des Normalbetriebs entsprechen. Je höher der Hubraum der Brennkraftmaschine und je tiefer die Temperatur ist, desto höher ist die benötigte Menge während der ersten Einspritzungen. Die Einspritzmengen dieser ersten fünf bis acht Einspritzungen im Tieftemperaturstart kann die maximale Fördermenge der Hochdruckpumpe überschreiten.At very low temperatures very high amounts are required in the first injections, since only a portion of the fuel passes into the gaseous phase at the conditions present in the combustion chamber and can thus be burned. Most of the injected fuel is discharged unburned back into the exhaust system. By heating the combustion chambers during the first burns, the injection quantities can be reduced continuously. After about five to eight injections per cylinder, quantities are needed that approximate the quantities during normal operation. The higher the displacement of the internal combustion engine and the lower the temperature, the higher the amount required during the first injections. The injection quantities of these first five to eight injections in the low-temperature start can exceed the maximum delivery of the high-pressure pump.
Die dargestellten Probleme können dazu führen, dass ein Starten der Brennkraftmaschine bei sehr niedrigen Temperaturen, d. h. bei Tieftemperaturen, nicht durchgeführt werden kann.The illustrated problems may cause starting of the engine at very low temperatures, i. H. at cryogenic temperatures, can not be performed.
Wenn mehr eingespritzt als nachgefördert wird, fällt der Systemdruck wieder ab und die Einspritzungen erfolgen bei niedrigen Drücken, die die Gemischaufbereitung als Voraussetzung für eine stabile Verbrennung verschlechtern. In kritischen Applikationen kann dadurch der Druck so stark absinken, dass keine Verbrennung sichergestellt werden kann.When injected more than post-pumped, the system pressure drops again and injections occur at low pressures which degrade the mixture preparation as a prerequisite for stable combustion. In critical applications, the pressure can drop so much that no combustion can be ensured.
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method according to
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Reduzierung der benötigten Kraftstoffmenge im Tieftemperaturstart. Auf diese Weise werden die Pumpen, insbesondere die Hochdruckpumpe, entlastet. Insbesondere realisiert das Verfahren eine Funktion, die es ermöglicht, die benötigten Mengen der Brennkraftmaschine für einen Tieftemperaturstart zu verringern. Dabei erfolgt die Einspritzung und Verbrennung auf einer reduzierten Zylinderzahl im Start. Durch die Reduzierung der Anzahl der Einspritzungen kann die absolute eingespritzte Menge verringert werden, bei gleichbleibender, maximaler Förderung der Hochdruckpumpe. Durch die reduzierte Anzahl von Einspritzungen je Hochdruckpumpenförderhub fällt der Druck im Verteiler je nach Größe des Motors deutlich langsamer oder im Mittel gar nicht mehr ab. Je nach Pumpe und benötigter Menge ist sogar ein Druckaufbau im Verteiler möglich. Der erhöhte Druck im Verteiler führt zu einer besseren Gemischaufbereitung. Insbesondere bei tiefen Temperaturen lässt sich damit die Verbrennungsqualität deutlich erhöhen. Weiterhin werden die Schadstoffemissionen reduziert.The presented method enables a reduction of the required amount of fuel in the low-temperature start. In this way, the pumps, in particular the high pressure pump, relieved. In particular, the method realizes a function that makes it possible to reduce the required amounts of the internal combustion engine for a low-temperature start. Here, the injection and combustion takes place on a reduced number of cylinders in the start. By reducing the number of injections, the absolute injected amount can be reduced, while maintaining maximum delivery of the high-pressure pump. Due to the reduced number of injections per high-pressure pump delivery stroke, the pressure in the distributor drops significantly slower or, on average, no longer, depending on the size of the engine. Depending on the pump and the required quantity, it is even possible to build up pressure in the distributor. The increased pressure in the distributor leads to a better mixture preparation. In particular, at low temperatures can thus significantly increase the quality of combustion. Furthermore, the pollutant emissions are reduced.
Die Reduzierung der Einspritzmengen erfolgt derart, dass einzelne Kraftstoffeinspritzungen bewusst ausgelassen werden. Wenn beispielsweise bei einer 6-Zylinder Brennkraftmaschine nur auf jedem zweiten Zylinder eingespritzt wird, erhöht sich die von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge für die aktivierten Einspritzungen. Somit kann der durch die großen Einspritzmengen verursachte Druckabfall im Rail kompensiert werde, wie dies in
Die Aktivierung der vorgeschlagenen Funktion erfolgt bei Unterschreiten einer Temperaturschwelle und damit der Vorgabe bestimmter Einspritzmengen. Diese Mengenschwelle ist systemspezifisch und muss an die Hochdruckpumpenförderleistung angepasst werden. Die Funktion kann derart ausgeführt werden, dass jede zweite oder dritte Einspritzung durch die Motorsteuerung gezielt ausgelassen wird, bis eine bestimmte Motordrehzahl überschritten wird.The activation of the proposed function takes place when falling below a temperature threshold and thus the specification of certain injection quantities. This quantity threshold is system-specific and must be adapted to the high-pressure pump delivery rate. The function may be performed such that every second or third injection is selectively skipped by the engine control until a certain engine speed is exceeded.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
In dem Niederdruckbereich
Das vorgestellte Verfahren kommt insbesondere bei einem Erststart, somit beim Start nach einer längeren Ruhephase, bei Tieftemperaturen zum Einsatz. Tieftemperaturen im Kontext der Anmeldung sind Temperaturen im unteren Temperaturbereich, in dem die Brennkraftmaschine überhaupt noch betrieben werden kann.The presented method is used in particular at a first start, thus at the start after a long rest period, at low temperatures. Low temperatures in the context of the application are temperatures in the lower temperature range in which the internal combustion engine can still be operated.
Es ist nunmehr vorgesehen, dass bei einem Starten der Brennkraftmaschine
Eine erste Kurve
In einem ersten Zeitraum
Bei der Ermittlung, welche Zylinder abgeschaltet werden, können Daten einer Brennverfahren-Vorentwicklung berücksichtigt werden. Der Zeitraum
Mit dem vorgestellten Verfahren wird erreicht, den Kaltstart bei sehr niedrigen Temperaturen, d. h. bei Temperaturen von bis zu –30 °C oder gar –37 °C als Hochdruckstart mit Benzindirekteinspritzung zu ermöglichen, indem durch Reduzierung des Bedarfs die Kapazität der Hochdruckpumpe nicht überschritten wird. Bei Applikationen mit kleiner Hochdruckpumpen-Fördermenge wird so ein Hochdruckstart bei extrem niedrigen Temperaturen überhaupt erst möglich.With the presented method is achieved, the cold start at very low temperatures, d. H. at temperatures of up to -30 ° C or even -37 ° C as a high-pressure start with gasoline direct injection to allow by reducing the demand, the capacity of the high-pressure pump is not exceeded. In applications with a small high-pressure pump flow, a high-pressure start at extremely low temperatures becomes possible in the first place.
Der in der Motorsteuerung verwendete Algorithmus, der über eine Zylinderausblendung entscheidet, sollte keine generelle Freigabe umfassen. Dabei sollte die Kühlwassertemperatur unterhalb eines Schwellwerts und die Abstellzeit über einem Schwellwert liegen. Sind beide Bedingungen erfüllt, wird der Algorithmus grundsätzlich aktiviert. Der Algorithmus sollte dann in dem Zeitraum
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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