DE102015220403A1

DE102015220403A1 - Verfahren zur Gemischadaption bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015220403A1
Application number: DE102015220403.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Abendroth; Jan-Christian Arnold; Mario Ebeling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gemischadaption bei einer Brennkraftmaschine (100) mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung als Einspritzungsarten, wobei für jede der beiden Einspritzungsarten in jeweils wenigstens zwei verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine (100) eine Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart bei jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (100) vorgenommen wird, und wobei die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart und für den jeweiligen Betriebsbereich (B1, B2) in Abhängigkeit von einer zugeordneten Dringlichkeit (DD,1, DS,1, DD,2, DS,2, DD,3, DS,3) vorgenommen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gemischadaption bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Bei Ottomotoren sind im Allgemeinen zwei Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung bekannt, nämlich eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung. Die Saugrohreinspritzung wird jedoch zunehmend von der Direkteinspritzung abgelöst wird, da diese zu einer höheren Leistungsausbeute bei geringerem Kraftstoffverbrauch führen kann.
Weiterhin gibt es auch Ottomotoren mit einer Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, einem sog. Dualsystem. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerte vorteilhaft, da die Saugrohreinspritzung bspw. bei mittleren Lastbereichen bessere Emissionswerte zur Folge hat als eine Direkteinspritzung. Die erwähnte Leistungsausbeute ist bei höheren Drehzahlen bzw. Lasten vorteilhafter. Ebenso wird durch die Direkteinspritzung eine Verminderung der Klopfneigung erreicht.
Aus der DE 10 2006 040 743 A1 ist bspw. ein Verfahren bekannt, mit dem bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung Lambda-Werte im Abgas bei jeweils reiner Saugrohreinspritzung und reiner Direkteinspritzung ermittelt und verglichen werden, um auf einen Fehler in der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine schließen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Gemischadaption bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Gemischadaption bzw. Durchführung einer Gemischadaption bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung als Einspritzungsarten und somit zwei voneinander unabhängigen Kraftstoffsystemen und zwei unterschiedlichen Adaptionspfaden. Hierzu wird für jede der beiden Einspritzungsarten in jeweils wenigstens zwei verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine eine Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart bei jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorgenommen.
Bei der Regelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses für Verbrennungsmotoren ist es möglich, eine Vorsteuerung mit einer Regelung zu überlagern. Im Wesentlichen dient die Vorsteuerung dazu, systematische Abweichungen im Kraftstoff/Luftverhältnis mittels einer Kraftstoffmengenanpassung zu korrigieren, wohingegen die Regelung aktuelle Störungen ausregelt. Jedoch kann es – insbesondere durch Alterung bzw. Abnutzung – dazu kommen, dass aufgrund veränderter Betriebsbedingungen die Vorsteuerung Abweichungen belässt und daher die Vorsteuerung selbst nachkorrigiert bzw. "adaptiert" werden sollte. Eine Gemischadaption ist beispielsweise aus der DE 100 43 256 A1 bekannt.
Insbesondere können mit einer Gemischadaption Fehlanpassungen der Vorsteuerung, die über eine längere Betriebsdauer hinweg auftreten, kompensiert werden. Die Gemischadaption korrigiert z.B. Abweichungen des Kraftstoff/Luftverhältnisses, wenn nach der Verbrennung eine Abweichung des idealen Lambdawertes (d.h. einem Lambdawert von 1) gemessen wird und somit – nach Ausschluss eines Luftpfadfehlers – die vorausberechnete Kraftstoffmenge z.B. aufgrund von Dynamikeinflüssen oder dauerhaft in stationären Betriebspunkten vom Ideal abweicht. Somit ist eine Anpassung des Kraftstoffpfades (Kraftstoffmengenanpassung) notwendig, damit im Betrieb wieder dauerhaft ein Lambdawert von 1 erreicht wird. Während bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit bspw. reiner Direkteinspritzung eine Gemischadaption bspw. in insgesamt zwei verschiedenen Betriebsbereichen vorgenommen werden kann, ist dies bei einem Dualsystem mit Saugrohr- und Direkteinspritzung in der Regel nicht mehr oder nur in wenig zufriedenstellender Weise möglich, da in jedem Betriebspunkt die Abweichung durch unterschiedliche Ursachen des jeweils aktiven (oder nicht aktiven) Kraftstoffpfades, d.h. der Einspritzungsart, bewirkt werden kann. Das vorgeschlagene Verfahren, d.h. für jede der beiden Einspritzungsarten wenigstens zwei Betriebsbereiche vorzusehen, innerhalb welcher die Gemischadaption vorgenommen wird, ermöglicht hingegen auch für ein Dualsystem eine einfache und zufriedenstellende Gemischadaption. Insbesondere kann somit durch eine geeignete separate Gemischadaption für beide Einspritzungsarten auch eine Kraftstoffmengenanpassung für einen Mischbetrieb, bei dem beide Einspritzungsarten gleichzeitig verwendet werden, vorgenommen werden. Hierzu kann bspw. eine geeignete Interpolation zwischen diesen beiden reinen Kraftstoffpfaden verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart und für den jeweiligen Betriebsbereich in Abhängigkeit von einer zugeordneten Dringlichkeit vorgenommen. Je wichtiger bzw. dringender das Durchführen der Gemischadaption ist (z.B. weil seit der letzten Adaption viel Zeit vergangen ist oder weil Verbrennungsfehler auftreten), desto höher wird die Dringlichkeit gesetzt und umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass der zugehörige Aufteilungsfaktor, d.h. die Aufteilung auf Saug- und Direkteinspritzung, für diesen Bereich der Gemischadaption umgesetzt wird und somit die Gemischadaption im bevorzugten Einspritzpfad bzw. der bevorzugten Einspritzungsart durchgeführt werden kann.
Auf diese Weise kann zwar einerseits sehr einfach eine Gemischadaption vorgenommen werden, wenn dies nötig ist, andererseits können jedoch bspw. auch andere Funktionen, die gewisse Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine benötigen, durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, als die Gemischadaption sinnvollerweise nur bei bestimmten Betriebsbedingungen (Betriebspunkt) der Brennkraftmaschine vorgenommen werden sollte, während andere Funktionen möglicherweise andere Betriebsbedingungen benötigen oder zwar den gleichen Betriebspunkt, aber einen anderen Aufteilungsfaktor für ihren optimalen Betrieb benötigen würden.
Werden insbesondere auch konkurrierenden Funktionen, d.h. Funktionen, die andere Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfordern, wie z.B. eine Tankentlüftung, eine Diagnosefunktion bzgl. der Kraftstoffsysteme, insbesondere eine Onboard-Diagnose, oder ein Fahrerwunsch bzgl. einer Leistungsanforderung, Dringlichkeiten zugeordnet, kann immer die Funktion mit der höchsten Dringlichkeit ausgeführt werden. Somit gibt es also auch Systembedingungen und vom Fahrer ausgelöste Bedingungen, welche einen abweichenden Aufteilungsfaktor im Vergleich zu demjenigen bevorzugen würden, welcher gerade durch die Gemischadaption vorliegt. Die Tankentlüftung bedeutet dabei, dass Kraftstoff aus dem Kraftstofftank, der nicht zur Verbrennung verwendet wurde, trotzdem in das System "gezogen" wird, bzw. im System vorhanden ist, bevor es aufgrund von Überdruck zu einer Systembeeinträchtigung kommt und die Kraftstoffzumessung nicht mehr stimmt.
Zweckmäßigerweise wird dabei die Dringlichkeit, mit welcher die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart in dem jeweiligen Betriebsbereich vorgenommen wird, jeweils nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer und/oder nach Auftreten eines Fehlers erhöht. Im Falle des Auftretens des Fehlers, bspw. eines Zündaussetzers aufgrund einer falsch vorgegebenen Kraftstoffmenge, kann so bspw. sehr schnell eine nötige Gemischadaption vorgenommen werden. Insbesondere können dabei bspw., je nach Dringlichkeit, andere Funktionen zurückgestellt werden. Im Falle des Ablaufs einer vorgebbaren Zeitdauer, bspw. in Form eines oder mehrerer sog. Timer, welche in der Regel je Kraftstoffpfad unterschiedlich sein müssen, kann bspw. eine erfahrungsgemäß während des Betriebs der Brennkraftmaschine auftretende Abweichung der Kraftstoffzumessung korrigiert werden, wobei jedoch bspw. zunächst auf mögliche dringendere Funktionen wie Diagnosen oder kurzfristige Anforderungen zum Systemschutz noch Rücksicht genommen werden kann.
Vorzugsweise wird die Dringlichkeit aus wenigstens zwei unterschiedlich hohen Dringlichkeitsstufen ausgewählt. Dies erlaubt bereits bei einfacher Implementierung eine ausreichende Unterscheidung zwischen unterschiedlich hohen Dringlichkeiten.
Als eine erste (niedrige) Dringlichkeitsstufe kann bevorzugt jeweils eine solche verwendet werden, bei welcher die jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen nicht aktiv eingestellt werden, und bei der insbesondere die Gemischadaption nur dann vorgenommen wird, wenn keine weitere Funktion der Brennkraftmaschine dadurch eingeschränkt wird. Diese Dringlichkeitsstufe kann bspw. ganz zu Beginn einer Fahrt eines zugehörigen Kraftfahrzeugs und/oder zu Beginn der Lebensdauer der Brennkraftmaschinegewählt werden, wenn noch von keiner oder keiner großen Abweichung bei der Kraftstoffzumessung auszugehen ist. In diesem Fall ist es daher sinnvoll, eine Gemischadaption nur dann vorzunehmen, wenn zufällig die Betriebsbedingungen für die Gemischadaption vorliegen und keine andere Funktion dadurch eingeschränkt wird. Die Gemischadaption kann somit noch zusätzlich zur eigentlichen Betriebsanforderung durchgeführt werden.
Als eine zweite (mittlere) Dringlichkeitsstufe kann bevorzugt jeweils eine solche verwendet werden, bei welcher die jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen aktiv eingestellt werden können, wenn keine weitere vorbestimmte Funktion der Brennkraftmaschine dadurch eingeschränkt wird. Diese Dringlichkeitsstufe kann bspw. im Rahmen der Erhöhung der Dringlichkeitsstufe nach Zeitablauf nach der ersten Dringlichkeitsstufe verwendet werden. Nach einer gewissen Betriebszeit der Brennkraftmaschine nach Fahrtbeginn, bspw. auch unter Berücksichtigung verschiedener Fahrzyklen, Stopp-Phasen und Abschaltungen der Brennkraftmaschine, nach ihrer Herstellung und/oder nach der zuletzt vorgenommen Gemischadaption kann bspw. bereits von einer gewissen Abweichung der Kraftstoffzumessung von einem Sollwert ausgegangen werden, bspw. aufgrund von Ablagerungen am bzw. im Kraftstoffinjektor, so dass mit einer gewissen Priorität bzw. Dringlichkeit eine Gemischadaption durchgeführt werden sollte. Jedoch können hierbei immer noch andere Funktionen, bspw. die oben erwähnten Diagnosefunktionen der Kraftstoffsysteme, wichtiger bzw. dringender sein als die Gemischadaption. Gegenüber einer Funktion, die hingegen weniger dringend als die Gemischadaption ist, bspw. eine Tankentlüftung, kann dann die Gemischadaption bevorzugt werden.
Als eine dritte (hohe) Dringlichkeitsstufe kann bevorzugt jeweils eine solche verwendet werden, bei welcher die jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen aktiv eingestellt werden, um eine Gemischadaption vornehmen zu können. Diese Dringlichkeitsstufe kann bspw. im Rahmen der Erhöhung der Dringlichkeit nach Zeitablauf nach den beiden zuvor genannten Dringlichkeitsstufen verwendet werden. Insbesondere kann diese Dringlichkeitsstufe dann auch als letzte Dringlichkeitsstufe im Rahmen des Zeitablaufs verwendet werden. Auch kann diese Dringlichkeitsstufe bei Fehlern, insbesondere solchen mit Einfluss auf die Emissionswerte oder den Verbrauch, gewählt werden. Bei dieser Dringlichkeitsstufe werden dann aktiv, insbesondere so bald als möglich, die für die Gemischadaption benötigten Betriebsbedingungen hergestellt und die Gemischadaption wird durchgeführt.
Durch solche unterschiedlichen Dringlichkeitsstufen ist eine besonders einfache und effektive Durchführung der Gemischadaption unter gleichzeitiger Berücksichtigung weiterer Funktionen in Bezug auf die Brennkraftmaschine möglich. Insbesondere können die Dringlichkeitsstufen und/oder deren Wahl auch für die beiden Einspritzungsarten unterschiedlich sein, was eine möglichst gute Anpassung an die jeweilige Brennkraftmaschine und deren Charakteristika ermöglicht. Dazu gehören insbesondere auch unterschiedliche Ausprägungen der Aufteilungsfaktoren.
Vorteilhafterweise umfassen die wenigstens zwei verschiedenen Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine Bereiche mit unterschiedlichen Last- und/oder Drehzahlanforderungen mit jeweils reiner Saugrohreinspritzung oder reiner Direkteinspritzung und/oder einen Leerlaufbereich. Abhängig vom spezifischen Aufteilungsfaktor der Brennkraftmaschine kann dann eine Kraftstoffmengenanpassung in einem Mischbetrieb mit einem zugehörigen Interpolationsfaktor zwischen den beiden reinen Einspritzungsarten erfolgen. Durch Unterscheidung dieser Bereiche ist eine einfache und schnelle Gemischadaption möglich. Insbesondere kann dabei berücksichtigt werden, dass bspw. im Leerlaufbereich ein additiver Fehler dominiert, während in anderen Bereichen bspw. ein multiplikativer Fehler dominiert. Bei einem additiven Fehler wird zu einem Wert für die Gemischadaption ein Korrekturwert addiert, während bei einem multiplikativen Fehler der Wert für die Gemischadaption mit einem Korrekturwert multipliziert wird. Die Unterscheidung wird hier in der Regel in der Entwicklung in Abhängigkeit von der verwendeten Hardware und der Geometrie der Brennkraftmaschine getroffen.
Es ist von Vorteil, wenn die vorgegebenen Betriebsbedingungen einen Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine umfassen. Bei einem Homogenbetrieb, d.h. einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum, mit insbesondere einem Lambda-Wert von Eins ist eine Gemischadaption besonders schnell und effektiv möglich, da eine einfache Regelung auf den Lambda-Wert möglich ist und die Gemischadaption im Zuge einer solchen Regelung erfolgen kann.
Vorzugsweise wird die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart in dem jeweiligen Betriebsbereich jeweils nur für eine reine Saugrohreinspritzung oder eine reine Direkteinspritzung vorgenommen. Auf diese Weise ist eine besonders genaue Gemischadaption für jede der beiden Einspritzungsarten möglich. Zudem kann auf diese Weise eine genaue Zuordnung eines möglichen Fehlers auf die jeweilige Einspritzungsart erfolgen.
Vorteilhafterweise wird eine Kraftstoffmengenanpassung für Einspritzvorgänge mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung (d.h. Mischbetrieb) unter Berücksichtigung der Gemischadaption der jeweiligen reinen Einspritzungsarten ermittelt. Insbesondere wird die Kraftstoffmengenanpassung für Einspritzvorgänge mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung weiterhin unter Berücksichtigung von vorgenommenen Umschaltvorgängen zwischen den beiden Einspritzungsarten in Bezug auf den jeweils aktuellen Betriebsbereich und/oder die aktuellen vorgegebenen Betriebsbedingungen ermittelt. Die Betriebsbedingungen hängen dabei von der Brennkraftmaschine und deren Charakteristika ab. Insbesondere kann berücksichtigt werden, welche Verbrennungsgrenzen die jeweilige Brennkraftmaschine hat, wie groß ist die maximale Füllung (Hubraum und Anzahl der Zylinder) ist und welche Durchsatzmenge (Minimum bzw. Maximum) der verwendeten Kraftstoffinjektoren möglich ist. Diese Grenzen werden verwendet, um den Bereich, in dem die Gemischadaption "durchlaufen“ wird, applikativ während der Entwicklung spezifizieren zu können. Auf diese Weise ist eine einfache Kraftstoffmengenanpassung auch für den Mischbetrieb möglich.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a und 1b zeigen schematisch zwei Brennkraftmaschinen, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden können.
2 zeigt schematisch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann.
3 zeigt schematisch zwei Betriebsbereiche einer Brennkraftmaschine für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
4 zeigt schematisch verschiedene Dringlichkeitsstufen für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1a ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.
Das Saugrohr 106 weist dabei für jeden Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 107 auf, der in dem jeweiligen Abschnitt des Saugrohrs kurz vor dem Brennraum angeordnet ist. Die Kraftstoffinjektoren 107 dienen somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung auf.
In 1b ist schematisch und vereinfacht eine weitere Brennkraftmaschine 200 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 206 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.
Das Saugrohr 206 weist dabei für alle Brennräume 103 einen gemeinsamen Kraftstoffinjektor 207 auf, der im Saugrohr bspw. kurz nach einer hier nicht gezeigten Drosselklappe angeordnet ist. Der erste Kraftstoffinjektor 207 dient somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung.
Beide gezeigten Brennkraftmaschinen 100 und 200 verfügen somit über ein sog. Dualsystem, d.h. über Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung. Der Unterschied besteht lediglich in der Art der Saugrohreinspritzung. Während bspw. die in 1a gezeigte Saugrohreinspritzung eine Kraftstoffzumessung individuell für jeden Brennraum erlaubt, wie dies bspw. für höherwertige Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, ist die in 1b gezeigte Saugrohreinspritzung einfacher in ihrem Aufbau und ihrer Ansteuerung. Bei den beiden gezeigten Brennkraftmaschinen kann es sich insbesondere um Ottomotoren handeln.
In 2 ist ein Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 schematisch und vereinfacht, jedoch detaillierter als in 1a dargestellt. Der Zylinder 102 hat einen Brennraum 103, der durch Bewegung eines Kolbens 104 vergrößert oder verkleinert wird. Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um einen Ottomotor handeln.
Der Zylinder 102 weist ein Einlassventil 105 auf, um Luft oder ein Luft-Kraftstoffgemisch in den Brennraum 103 einzulassen. Die Luft wird über das Saugrohr 106 eines Luftzuführungssystems zugeführt, an dem sich der Kraftstoffinjektor 107 befindet. Angesaugte Luft wird über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen. Eine Drosselklappe 112 in dem Luftzuführungssystem dient zum Einstellen des erforderlichen Luftmassenstroms in den Zylinder 102. Mittels eines Luftmassenmessers 120 kann die dabei in den Brennraum eingebrachte Luftmenge ermittelt werden.
Die Brennkraftmaschine kann im Zuge einer Saugrohreinspritzung betrieben werden. Mit Hilfe des Kraftstoffinjektors 107 wird im Zuge dieser Saugrohreinspritzung Kraftstoff in das Saugrohr 106 eingespritzt, so dass sich dort ein Luft-Kraftstoffgemisch bildet, das über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen wird.
Die Brennkraftmaschine kann auch im Zuge einer Direkteinspritzung betrieben werden. Zu diesem Zweck ist der Kraftstoffinjektor 111 an dem Zylinder 102 angebracht, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 103 einzuspritzen. Bei dieser Direkteinspritzung wird das zur Verbrennung benötigte Luft-Kraftstoffgemisch direkt im Brennraum 103 des Zylinders 102 gebildet.
Der Zylinder 102 ist weiterhin mit einer Zündeinrichtung 110 versehen, um zum Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 103 einen Zündfunken zu erzeugen.
Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 102 über ein Abgasrohr 108 ausgestoßen. Das Ausstoßen erfolgt abhängig von der Öffnung eines Auslassventils 109, das ebenfalls an dem Zylinder 102 angeordnet ist. Ein- und Auslassventile 105, 109 werden geöffnet und geschlossen, um einen Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine 100 in bekannter Weise auszuführen. Im Abgasrohr ist ein Lambda-Sensor 121 vorgesehen, mittels dessen ein Lambda-Wert und damit ein Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im Brennraum ermittelt werden kann.
Die Brennkraftmaschine 100 kann mit Direkteinspritzung, mit Saugrohreinspritzung oder in einem Mischbetrieb betrieben werden. Dies ermöglicht die Wahl der jeweils optimalen Betriebsart zum Betreiben der Brennkraftmaschine 100 abhängig von dem momentanen Betriebspunkt. So kann die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise in einem Saugrohreinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie bei niedriger Drehzahl und niedriger Last betrieben wird, und sie kann in einem Direkteinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird. Über einen großen Betriebsbereich hinweg ist es jedoch sinnvoll, die Brennkraftmaschine 100 in einem Mischbetrieb zu betreiben, bei dem die dem Brennraum 103 zuzuführende Kraftstoffmenge anteilig durch Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung zugeführt wird.
Weiterhin ist eine als Steuergerät 115 ausgebildete Recheneinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Das Steuergerät 115 kann die Brennkraftmaschine 100 in der Direkteinspritzung, der Saugrohreinspritzung oder dem Mischbetrieb betreiben. Weiterhin ist das Steuergerät 115 dazu eingerichtet, Messwerte vom Luftmassenmesser 120 und vom Lambda-Sensor 121 zu erfassen.
Die in Bezug auf 2 näher erläuterte Funktionsweise der Brennkraftmaschine 100 lässt sich auch auf die Brennkraftmaschine 200 gemäß 1b übertragen, nur mit dem Unterschied, dass für alle Brennräume bzw. Zylinder nur ein gemeinsamer Kraftstoffinjektor vorgesehen ist. Bei einer Saugrohreinspritzung bzw. bei einem Mischbetrieb wird daher der Kraftstoffinjektor im Saugrohr angesteuert.
In 3 sind schematisch zwei Betriebsbereiche einer Brennkraftmaschine für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu ist eine Lastanforderung L über einer Drehzahl n in 1/min aufgetragen.
Die Betriebsbereiche umfassen hierbei einen Leerlaufbereich B₁, welcher bei einer der verwendeten Brennkraftmaschine entsprechenden Leerlaufdrehzahl und entsprechend ohne Lastanforderung liegt. Die Betriebsbereiche umfassen weiterhin einen Bereich B₂, welcher beispielhaft in einem Drehzahlbereich von n₁ bis zur maximalen Drehzahl und bei einer Lastanforderung unterhalb einer maximalen Lastanforderung liegt.
Diese beiden Betriebsbereiche können in dieser Weise für beide Einspritzungsarten, d.h. Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar, die beiden Betriebsbereiche für die unterschiedlichen Einspritzungsarten individuell anzupassen. In den gezeigten Betriebsbereichen B₁ und B₂ ist jedoch in der Regel jeweils eine einfache und möglichst genaue Gemischadaption möglich.
In 4 sind schematisch verschiedene Dringlichkeitsstufen für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Blockdiagramm dargestellt. Hierzu sind für jede der beiden Einspritzungsarten jeweils drei Dringlichkeitsstufen über der Zeit t aufgetragen.
Zum Zeitpunkt t₁ werden die Dringlichkeit für die Saugrohreinspritzung auf die erste Dringlichkeitsstufe D_S,1 und die Dringlichkeit für die Direkteinspritzung auf die erste Dringlichkeitsstufe D_D,1 gesetzt. Bei dem Zeitpunkt t₁ kann es sich bspw. um den Zeitpunkt der erstmaligen Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine nach Herstellung oder nach einer Reparatur oder nach einer erfolgten Gemischadaption (es sei darauf hingewiesen, dass die Dringlichkeiten für die beiden Einspritzarten unabhängig voneinander sind und dementsprechend nach einer Gemischadaption für eine Einspritzart auch nur für diese die Dringlichkeit auf die erste Dringlichkeitsstufe gesetzt wird) handeln. Es ist auch denkbar, dass ein hierzu verwendeter Timer nach einer vorgenommenen Gemischadaption wieder von vorne beginnt.
Zum Zeitpunkt t₂, d.h. nach Ablauf der Zeitdauer t₂–t₁, wird die Dringlichkeit für die Saugrohreinspritzung auf die zweite Dringlichkeitsstufe D_S,2 gesetzt. Die zweite Dringlichkeitsstufe D_D,2 für die Direkteinspritzung hingegen beginnt erst zum Zeitpunkt t'₂, d.h. nach Ablauf der Zeitdauer t'₂–t₁.
Zum Zeitpunkt t₃, d.h. nach Ablauf der Zeitdauer t₃–t₁, wird die Dringlichkeit für die Saugrohreinspritzung auf die dritte Dringlichkeitsstufe D_S,3 gesetzt. Die dritte Dringlichkeitsstufe D_D,3 für die Direkteinspritzung hingegen beginnt bereits zum Zeitpunkt t'₃, d.h. nach Ablauf der Zeitdauer t'₃–t₁. Der Zeitpunkt t₃ kann bspw. dann als erreicht angesehen werden, wenn ein einstellbarer Timer bzw. Countdown abgelaufen ist.
Weiterhin ist es bspw. auch möglich, in eine der Dringlichkeitsstufen unabhängig vom Zeitablauf mit Auftreten eines bestimmten Fehlers, insbesondere in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzung, zu wechseln. Die Dringlichkeitsstufe, in welche gewechselt wird, kann dabei bspw. in Abhängigkeit von der Art des Fehlers sein.
In der jeweils ersten Dringlichkeitsstufe kann die Dringlichkeit so niedrig gesetzt sein, dass die Gemischadaption fast verboten ist. Sie ist nur dann erlaubt bzw. möglich, wenn keine konkurrierende Funktion aktiv ist und Homogenbetrieb als Betriebsbedingung zufällig vorliegt. Ein aktives Anfordern der vorgegebenen Betriebsbedingungen bzw. Beenden von konkurrierenden Funktionen ist in dieser Dringlichkeitsstufe bspw. nicht möglich.
In der jeweils zweiten Dringlichkeitsstufe wird die Dringlichkeit auf einen mittleren Wert festgelegt, so dass es möglich ist, andere weniger dringende Funktionen, wie bspw. die Tankentlüftung, aktiv zu beenden und die vorgegebenen Betriebsbedingungen anzufordern. Dringendere Funktionen, bspw. Diagnosefunktionen der Kraftstoffsysteme oder Onboad-Diagnosen, hingegen können bspw. nicht aktiv beendet werden.
Bei der Direkteinspritzung, insbesondere bei einer Anbindung der Gemischadaption an ein Diagnose-Management-System (DSM), kann es jedoch vorteilhaft sein, die zweite Dringlichkeitsstufe wegzulassen oder deren Dringlichkeit so gering auszubilden, dass nicht aktiv zu den vorgegebenen Betriebsbedingungen gewechselt wird. Das bedeutet, die Gemischadaption kann immer dann eine Freigabe vom DSM erhalten, wenn durch eine andere Funktion die vorgegebenen Betriebsbedingungen, d.h. Homogenbetrieb, gefordert ist und eine jeweilige physikalische Laufbereitschaft möglich ist. Der Grund hierfür ist, dass der Homogenbetrieb derjenige Betrieb ist, bei dem eine Synchronisation des Dualsystems korrekt die Kraftstoffmenge je Zylinder berechnen kann. Ein Schichtbetrieb führt zu Fehlern in der Kraftstoffberechnung. Auf einen fehlerhaften Wert wird nicht und sollte auch nicht adaptiert werden, da sonst der Fehler erhöht wird.
In der zweiten Dringlichkeitsstufe kann die Gemischadaption nur so lange aktiv sein, wie der Homogenbetrieb angefordert wird und auch tatsächlich verwendet wird. Ändern sich die Betriebsbedingungen, dann kann eine Freigabe für die Gemischadaption zurückgenommen werden. Auch kann vorgesehen sein, dass vor einer Freigabe der Gemischadaption durch den DSM, wenn vorhanden, die jeweilige physikalische Laufbereitschaft gemeldet sein muss.
In der dritten Dringlichkeitsstufe wird, wiederum getrennt für die beiden Betriebsbereiche, die Dringlichkeit auf einen hohen Wert gesetzt, so dass dies als Hinweis verstanden werden kann, dass dringend eine Gemischadaption stattfinden muss und die neuen Adaptionswerte dann wiederum gespeichert werden sollten. In dieser Dringlichkeitsstufe ist dann die Dringlichkeit so hoch, dass aktiv in den Homogenbetrieb gewechselt wird.
Nach einer vorgenommen Gemischadaption kann dann bspw. wieder in die erste Dringlichkeitsstufe gewechselt werden. Es ist jedoch auch denkbar, erst nach einer vorgegebenen Zeitdauer bzw. Laufleistung der Brennkraftmaschine oder nach einem bestimmten Ereignis, wie bspw. einem Werkstattbesuch, in die erste Dringlichkeitsstufe zu wechseln und den beschriebenen Ablauf zur Gemischadaption zu wiederholen.
Die hier beschriebene Ablaufsteuerung mit den Betriebsbereichen je Einspritzungsart bzw. je Kraftstoffpfad ermöglicht eine kontinuierliche Kraftstoffmengenanpassung von Einzel- und Mischbereichen (Mischbereiche mittels Interpolation zwischen den beiden Einzelbereichen), um in einem Dualsystem die gesamte Bandbreite der möglichen Einspritzungsarten und auch im gesamten Betriebsbereich abzudecken.
Die Interpolation hängt hierbei direkt mit dem Aufteilungsfaktor zusammen. Es wird jeweils auf reine Saugrohreinspritzung und reine Direkteinspritzung die Korrektur durch Anforderung des reinen Betriebs ermittelt. Wenn nun ein Mischbetrieb mit beliebigem Aufteilungsfaktor angefordert wird, ist der Interpolationsfaktor entsprechend dem Aufteilungsfaktor zu stellen und einzurechnen. Wenn bspw. ein Aufteilungsfaktor von 70 % einem Anteil von 70 % an Saugrohreinspritzung und einem Anteil von 30 % an Direkteinspritzung entspricht, dann sollte der Adaptionswert zu 30% aus Direkteinspritzungs-Adaptionswerten bestehen und zu 70% aus Saugrohreinspritzungs-Adaptionswerten (des reinen Betriebs), damit hier eine korrekte Korrelation erreicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006040743 A1 [0004]
DE 10043256 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Gemischadaption bei einer Brennkraftmaschine (100, 200) mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung als Einspritzungsarten, wobei für jede der beiden Einspritzungsarten in jeweils wenigstens zwei verschiedenen Betriebsbereichen (B₁, B₂) der Brennkraftmaschine (100, 200) eine Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart bei jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (100, 200) vorgenommen wird, und wobei die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart und für den jeweiligen Betriebsbereich (B₁, B₂) in Abhängigkeit von einer zugeordneten Dringlichkeit (D_D,1, D_S,1, D_D,2, D_S,2, D_D,3, D_S,3) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dringlichkeit (D_D,1, D_S,1, D_D,2, D_S,2, D_D,3, D_S,3), mit welcher die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart und für den jeweiligen Betriebsbereich (B₁, B₂) vorgenommen wird, jeweils nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer und/oder nach Auftreten eines Fehlers erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dringlichkeit (D_D,1, D_S,1, D_D,2, D_S,2, D_D,3, D_S,3) auf eine Dringlichkeitsstufe von wenigstens zwei unterschiedlich hohen Dringlichkeitsstufen gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei in einer ersten Dringlichkeitsstufe (D_D,1, D_S,1) der wenigstens zwei unterschiedlich hohen Dringlichkeitsstufen die jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen nicht aktiv eingestellt werden und insbesondere die Gemischadaption nur dann vorgenommen wird, wenn keine weitere Funktion der Brennkraftmaschine (100, 200) dadurch eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei in einer zweiten Dringlichkeitsstufe (D_D,2, D_S,2) der wenigstens zwei unterschiedlich hohen Dringlichkeitsstufen die jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen aktiv eingestellt werden können, wenn keine weitere vorbestimmte Funktion der Brennkraftmaschine (100, 200) dadurch eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei in einer dritten Dringlichkeitsstufe (D_D,3, D_S,3) der wenigstens zwei unterschiedlich hohen Dringlichkeitsstufen die jeweils vorgegebenen Betriebsbedingungen aktiv eingestellt werden, um eine Gemischadaption vornehmen zu können.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei verschiedenen Betriebsbereiche (B₁, B₂) der Brennkraftmaschine (100, 200) Bereiche mit unterschiedlichen Last- und/oder Drehzahlanforderungen mit jeweils reiner Saugrohreinspritzung oder reiner Direkteinspritzung und/oder einen Leerlaufbereich (B₁) umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Betriebsbedingungen einen Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine (100, 200) umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gemischadaption für die jeweilige Einspritzungsart und für den jeweiligen Betriebsbereich (B₁, B₂) jeweils nur für eine reine Saugrohreinspritzung oder eine reine Direkteinspritzung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kraftstoffmengenanpassung für Einspritzvorgänge mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung unter Berücksichtigung der Gemischadaption der jeweiligen reinen Einspritzungsarten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Kraftstoffmengenanpassung für Einspritzvorgänge mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung weiterhin unter Berücksichtigung von vorgenommenen Umschaltvorgängen zwischen den beiden Einspritzungsarten in Bezug auf den jeweils aktuellen Betriebsbereich (B₁, B₂) und/oder die aktuellen vorgegebenen Betriebsbedingungen ermittelt wird.
Recheneinheit (115), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (115) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (115) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.