-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, welches mindestens ein erstes Einspritzventil für eine Direkteinspritzung und mindestens ein zweites Einspritzventil für eine Saugrohreinspritzung aufweist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aufteilung einer Kraftstoffeinspritzung auf eine Direkteinspritzung und auf eine Saugrohreinspritzung in Abhängigkeit von einem Energiemanagement vorzunehmen.
-
Stand der Technik
-
Aus der Praxis ist es bekannt, dass Verbrennungsmotoren in einem sogenannten Dualbetrieb betrieben werden können, bei dem die Zylinder des Verbrennungsmotors parallel mittels wenigstens eines Injektors einer Saugrohreinspritzung und Injektoren einer Direkteinspritzung mit Brennstoff beaufschlagt werden. Die Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung ermöglicht die Nutzung der Vorteile beider Einspritzarten für eine optimale Gemischbildung und Verbrennung. So ist beispielsweise in Volllast und Dynamik des Motors die Nutzung der Direkteinspritzung vorteilhafter, um Klopfen zu vermeiden, wohingegen in Teillast eine Saugrohreinspritzung vorteilhafter ist, um die Rußpartikelanzahl und den Kohlenwasserstoffgehalt der bei der Verbrennung erzeugten Abgase zu verringern. Die Kraftstoffversorgung erfolgt dabei bei der Saugrohreinspritzung in einem Niederdruckkreis und bei der Direkteinspritzung in einem Hochdruckkreis. Es kommen dabei Kraftstoffversorgungssysteme mit und ohne Rücklauf sowie bedarfsgeregelte Systeme zum Einsatz. Der Betrieb der Kraftstoffversorgungssysteme erfordert Energie. Bedarfsgeregelte Systeme sind hinsichtlich ihres Gesamtenergieverbrauchs günstiger. Bei bedarfsgeregelten Systemen wird von einer Kraftstoffpumpe nur die gerade von einem Verbrennungsmotor verbrauchte und zur Einstellung eines gewünschten Drucks notwendige Kraftstoffmenge gefördert. Da in Zukunft viele Aggregate eines Fahrzeugs elektrisch realisiert werden, beispielsweise durch Elektrokraftstoffpumpen, und darüber hinaus hybride Antriebskonzepte zunehmend eine Rolle spielen werden, ist der energieoptimierte Betrieb eines Fahrzeugs von besonderer Bedeutung.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, welches eine Direkteinspritzung und eine Saugrohreinspritzung aufweist, sieht nun ein Aufteilen einer Kraftstoffeinspritzung auf die Direkteinspritzung und auf die Saugrohreinspritzung in Abhängigkeit von einem das Fahrzeug und/oder seinen Triebstrang charakterisierenden Energiemanagement vor. Die Wahl der Einspritzung, also Saugrohreinspritzung bzw. Direkteinspritzung erfolgt damit in Abhängigkeit von einem optimierten Energieverbrauch. Optimierter Energieverbrauch bedeutet dabei möglichst optimierter, insbesondere möglichst geringer, mechanischer und/oder elektrischer Energieverbrauch der Kraftstoffversorgung. Als Folge der Optimierung des Energieverbrauchs findet auch ein Optimieren des Kraftstoffverbrauchs statt, d.h. der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs sinkt.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Energiemanagement wenigstens ein Kennfeld umfasst, in welchem betriebspunktabhängig die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung in die Direkteinspritzung und die Saugrohreinspritzung hinterlegt ist.
-
Die betriebspunktabhängige Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung berücksichtigt dabei die in einem Betriebspunkt des Fahrzeugs und/oder des Triebstrangs aktuell und zukünftig verfügbare elektrische und/oder mechanische und/oder thermische Energie. Abhängig von diesen Größen wird also in dem Kennfeld die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung in die Direkteinspritzung und in die Saugrohreinspritzung vorgenommen.
-
Die betriebspunktabhängige Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung erfolgt dabei in Abhängigkeit von Abgas- und/oder Fahrbarkeits- und/oder Lebensdauer- und/oder Komfort-Anforderungen.
-
Dabei werden bevorzugterweise auch routenprädiktive Parameter berücksichtigt, die Navigationssysteme mit prädiktiven Kartendaten, Fahrerassistenzsystemen, dynamischen Straßenkarten, Floating Card Data oder einem sogenannten elektronischen Horizont entnommen werden.
-
Die Betriebspunkte des Verbrennungsmotors sind dabei gekennzeichnet durch Lastanforderungen und/Drehzahlanforderungen.
-
Das Verfahren kann als Computerprogramm realisiert sein. Das Computerprogramm ist hierzu eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung dieses Verfahrens auf einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, die Aufteilung einer Kraftstoffeinspritzung auf eine Direkteinspritzung und auf eine Saugrohreinspritzung in Abhängigkeit von einem dem Fahrzeug und/oder seinem Triebstrang zugeordneten und diese charakterisierenden Energiemanagement vorzunehmen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch einen Teil eines Verbrennungsmotors, der mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann sowie das Kraftstoffeinspritzsystem des Verbrennungsmotors.
-
2 zeigt schematisch eine Saugrohreinspritzung in einen Zylinder des Verbrennungsmotors gemäß 1.
-
3 zeigt schematisch eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors gemäß 1.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
-
Ein Verbrennungsmotor 1, der als Ottomotor realisiert ist, weist mehrere Zylinder 10 auf, von denen nur einer in 1 schematisch dargestellt ist. In dem Zylinder ist ein Kolben 11 angeordnet, der mit einer Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist. Der Zylinder 10 verfügt über wenigstens ein Einlassventil 13 und wenigstens ein Auslassventil 14. Das Einlassventil 13 verbindet den Innenraum des Zylinders 10 mit einem Saugrohr 15 und das Auslassventil 14 verbindet den Innenraum des Zylinders 10 mit einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors 1. Ein erstes Einspritzventil 16 für die Direkteinspritzung von Kraftstoff ist als Hochdruckeinspritzventil ausgeführt, das im Innenraum des Zylinders 10 endet. Ein zweites Einspritzventil 17 für die Saugrohreinspritzung von Kraftstoff ist im Saugrohr 15 angeordnet. Die beiden Einspritzventile 16, 17 werden von einem nachfolgend näher beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystem 2 mit Kraftstoff 21 versorgt. Zur Bevorratung des Kraftstoffs 21 ist ein Kraftstofftank 20 vorgesehen. Über eine elektrische Kraftstoffpumpe 23 wird der Kraftstoff in eine Leitung 22 gepumpt. Die Kraftstoffpumpe 23 ist eine Niederdruckpumpe. Über eine Leitung 22a wird das zweite Einspritzventil 17 für die Saugrohreinspritzung mit Kraftstoff versorgt. Eine Leitung 22b führt zu einer Hochdruckpumpe 24, welche das erste Einspritzventil 16 für die Direkteinspritzung mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Für diesen Hochdruckkreis dient die Niederdruckpumpe 23 als Kraftstoffvorförderpumpe.
-
Ein elektronisches Steuergerät 3 steuert den Verbrennungsmotor 1 und das Kraftstoffeinspritzsystem 2.
-
Bei der in 2 dargestellten Saugrohreinspritzung wird Kraftstoff 21 mittels des zweiten Einspritzventils 17 durch das Saugrohr 15 und das Einlassventil 13 in den Innenraum des Zylinders 10 eingespritzt. Bei einer Direkteinspritzung, die in 3 dargestellt ist, wird der Kraftstoff mittels des ersten Einspritzventils 16 direkt in den Innenraum des Zylinders eingespritzt. Die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung auf die Direkteinspritzung und auf die Saugrohreinspritzung erfolgt nun in Abhängigkeit von einem das Fahrzeug und/oder seinen Triebstrang charakterisierenden Energiemanagement. Dieses Energiemanagement gibt die Momentenanforderung an den Triebstrang vor. Das erfindungsgemäße Energiemanagement gibt dabei vor, ob elektrische und/oder mechanische und/oder thermische Energie ausreichend bzw. im Überfluss vorhanden ist oder nicht ausreichend vorhanden ist, weil sie beispielsweise für andere Verbraucher mit höherer Priorität benötigt wird. In dem Energiemanagement ist dabei hinterlegt, in welchen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 1, die durch Lastanforderungen und Drehzahlanforderungen charakterisiert sind, unter Einhaltung von Abgas-, Fahrbarkeits-, Lebensdauer- und Komfort-Anforderungen, welche an Einspritzstrategien möglich sind, also ob nur eine Saugrohreinspritzung und/oder nur eine Direkteinspritzung und/oder sowohl eine Direkteinspritzung als auch eine Saugrohreinspritzung (sogenannter Splitbereich) möglich sind. Dazu weist das Energiemanagement vorteilhafterweise wenigstens ein Kennfeld auf, in welchem betriebspunktabhängig die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung in die Direkteinspritzung und die Saugrohreinspritzung hinterlegt ist.
-
Daraus ergibt sich, ob in bestimmten Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 1 bzw. des Triebstrangs bzw. in Betriebsbereichen mehr als nur eine Einspritzstrategie möglich ist. So kann beispielsweise in einem Betriebsbereich nach einem „Kaltstart“ eine 100 %-ige Saugrohreinspritzung notwendig sein, um alle Anforderungen an z.B. die Gemischbildung und das Abgas (Partikelanzahl und dergleichen) zu erfüllen. Hier besteht also kein Freiheitsgrad bezüglich des Energieverbrauchs der Einspritzsysteme. Dagegen wird bei der Volllastgrenze bei betriebswarmem Verbrennungsmotor 1 eine 100 %-ige Direkteinspritzung vorgenommen. Auch hier besteht kein Freiheitsgrad im Hinblick auf eine energieverbrauchsabhängige Wahl der Aufteilung.
-
Im Teillastbetrieb bei betriebswarmem Verbrennungsmotor 1 kann eine Variabilität des Splitbereichs von z.B. 20 % Saugrohreinspritzung und 80 % Direkteinspritzung bis 80 % Saugrohreinspritzung und 20 % Direkteinspritzung möglich sein. In diesem letzten Betriebsbereich ist eine Variation des veränderbaren Splits zwischen Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung durch das Energiemanagement möglich, um den mechanischen und/oder elektrischen Energiebedarf zu variieren.
-
Nun ist es so, dass die Saugrohreinspritzung ausschließlich durch das Niederdrucksystem mit der elektrischen Kraftstoffpumpe 23 gespeist wird. Die Direkteinspritzung wird durch das Niederdrucksystem mit der elektrischen Kraftstoffpumpe 23 und durch das Hochdrucksystem mit der mechanisch durch den Verbrennungsmotor betriebenen Hochdruckpumpe 24 gespeist. Unter der Annahme, dass die insgesamt durch die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung einzuspritzende Menge ohnehin durch die elektrische Kraftstoffpumpe bereitgestellt werden muss, besteht die Variation des Splits zwischen Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung in der Veränderung der mechanischen Energie der Hochdruckpumpe 24. Je näher und je höher der Anteil der Direkteinspritzung ist, desto mehr mechanische Energie muss für die mechanische Hochdruckpumpe 24 aufgewendet werden. Die Direkteinspritzung erfordert mit anderen Worten einen höheren Energiebedarf zur Kraftstoffversorgung als die Saugrohreinspritzung bei angenommen gleichen Einspritzmengen. Als Konsequenz für eine Energieverbrauchsminimierung folgt daraus, dass der zulässige variable Splitbereich Saugrohreinspritzung-Direkteinspritzung immer Richtung maximalen Saugrohreinspritzungsanteil verschoben werden sollte.
-
Mit anderen Worten, die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung sollte aus energieökonomischen Gründen in Richtung Saugrohreinspritzung verschoben werden.
-
Hierzu kann beispielsweise in Beschleunigungsphasen des Fahrzeugs die Direkteinspritzung und damit der Energiebedarf der Hochdruckpumpe abgeschaltet werden. Die Aufteilung der Einspritzung erfolgt dann in Richtung maximalem Anteil an Saugrohreinspritzung, umso weniger mechanische Energie für den Antrieb der Hochdruckpumpe dem Verbrennungsmotor 1 zu entziehen. Rein prinzipiell kann auch eine fahrerwunschabhängige Verschiebung in Richtung Saugrohrdruckeinspritzung realisiert werden, beispielsweise durch eine „eco Mode-Aktivierung“. In zukünftigen Fahrzeugen, die eine Elektrifizierung der Verbrennungsmotor-Nebenaggregate vorsehen, wird die Hochdruckpumpe elektrisch angetrieben werden. Der maximale Leistungsbedarf einer Hochdruckpumpe liegt heute bei etwa 1,5 kW und der mittlere Leistungsbedarf bei wenigen hundert Watt. In diesem Fall kann z.B. bei einem Überangebot an elektrischer Energie, z.B. in oder nach Rekuperationsphasen von Hybrid-Fahrzeugen, also Fahrzeugen mit elektrischen und verbrennungsmotorischen Antriebssträngen, der zulässige variable Splitbereich, d.h. die Aufteilung zwischen Saugrohrdruckeinspritzung und Direkteinspritzung in Richtung maximaler Direkteinspritzungs-Anteil verschoben und somit mehr elektrische Energie verbraucht werden. Die nach Rekuperationsphasen üblicherweise einsetzende Beschleunigung des Fahrzeugs weist mit einer Direkteinspritzung zudem deutliche Dynamikvorteile auf, da mit einer Direkteinspritzung eine Gemischbildung schneller erfolgt als mit einer Saugrohrdruckeinspritzung. Auch bezüglich des Klopfverhaltens (Beschleunigungsklopfen) ist ein erhöhter Direkteinspritzungs-Anteil vorteilhaft.
-
Während bei an sich bekannten Fahrzeugen das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs in der Regel von einem am Triebstrang angeordneten und von diesem getriebenen Generator gespeist wird, ist bei zukünftigen Hybrid-Fahrzeugen vorgesehen, eine Speisung des Bordnetzes aus dem traktionsbatteriegestützten Bordnetz ausschließlich oder optional vorzusehen. Dies kann dazu benutzt werden, dass beispielsweise bei einer vollen Traktionsbatterie und bei einer Prädiktion, die eine Fahrstrecke mit Rekuperation vorhersagt, z.B. eine Berabfahrt und/oder ein Verzögerungsabschnitt der Fahrstrecke, der Anteil der Einspritzung in Richtung Direkteinspritzung verschoben wird und somit mehr elektrische Energie verbraucht wird, um so den elektrischen Speicher für rekuperierbare Energie zu leeren. Darüber hinaus könnten Betriebspunkte, welche einen hohen Direkteinspritzungsanteil erfordern, z.B. Heizen des Abgastraktes, Spülen der Einspritzventile zur Direkteinspritzung in derartige Betriebsphasen gelegt werden.
