DE102015221914A1

DE102015221914A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102015221914A1
Application number: DE102015221914.3A
Authority: DE
Inventors: Udo Schulz; Timm Hollmann; Rainer Ecker; Thomas Kuhn; Claus Wundling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-05-11
Also published as: CN107035557A; CN107035557B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer dualen, saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung (SRE) sowie einer direkten Kraftstoffzumessung (BDE), wobei die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung und die direkte Kraftstoffzumessung in einem variablen Mischbetrieb anhand einer Kraftstoffmengenaufteilung (220) erfolgen, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass in dem genannten variablen Mischbetrieb eine von einem dynamischen Betrieb (205, 210) der Brennkraftmaschine abhängige relative Kraftstoffmengenaufteilung der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung (SRE) und der direkten Kraftstoffzumessung (BDE) erfolgt (215).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffzumessung, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Aus der Praxis ist es bekannt, dass eine Brennkraftmaschine in einem Einspritz-Reinbetrieb, bei dem ein Zylinder der Brennkraftmaschine während eines Arbeitstakts des Zylinders ausschließlich mit einem Injektor einer Saugrohreinspritzung (SRE) oder mit einem Injektor einer Direkteinspritzung (BDE) mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann, oder in einem Einspritz-Mischbetrieb betrieben werden kann, bei dem ein Zylinder der Brennkraftmaschine während seines Arbeitstakts sowohl mit dem SRE-Injektor als auch dem BDE-Injektor mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann. Ein Verhältnis bzw. eine Aufteilung zwischen einer Einspritzmenge des Kraftstoffs mittels des SRE-Injektors und einer Einspritzmenge des Kraftstoffs mittels des BDE-Injektors ist in Abhängigkeit von motorspezifischen Eigenschaften für verschiedene Lastpunkte einstellbar. Die motorspezifischen Eigenschaften müssen für verschiedene Fahrsituationen der Brennkraftmaschine möglichst genau und unter Berücksichtigung von Randbedingungen, wie Emissionsgesetzgebung (z.B. California Air Resources Board-(CARB)-Gesetzgebung), Leistung, Startverhalten und auch Diagnosen für Funktionen der Brennkraftmaschine, eingestellt und gesteuert werden.
In einem genannten Mischbetrieb ist das Maß der genannten Aufteilung der Kraftstoffmasse bekanntermaßen von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängig. So kann als Betriebsfunktion eine Bauteilschutzfunktion oder eine Notlauffunktion der Brennkraftmaschine realisiert werden, um eine Dynamikkompensation durchzuführen, um ein Heizen des Katalysators nach einem Kaltstart vorzusehen, oder um eine Gemischadaption, eine Tankentlüftung und/oder verschiedene Diagnosen durchzuführen.
Ein Verfahren zum Bestimmen eines genannten Aufteilungsmaßes bei hier betroffenen Brennkraftmaschinen geht aus DE 10 2010 039 434 A1 hervor. Dabei wird ein betriebspunktabhängiges Aufteilungsmaß bestimmt, wobei mehreren besonderen Betriebsfunktionen, die bestimmten Betriebsbedingungen zugeordnet sind, jeweils eine Priorität zugeordnet wird. Es wird ermittelt, welche besondere Betriebsfunktion(en) vorliegt(en) und abhängig von der jeweiligen Priorität eine oder mehrere Betriebsfunktionen ausgewählt. Durch mögliche Beschränkungen der zulässigen Bereiche der ausgewählten Betriebsfunktionen, z.B. einer Betriebsfunktion für einen Bauteilschutz, für das Anpassen an ein dynamisches Verhalten und/oder für das Heizen eines Katalysators, wird ein geeignetes Aufteilungsmaß bestimmt. Auf diese Weise kann auch bei Vorliegen von Betriebsbedingungen, die mehreren Betriebsfunktionen zugeordnet sind, ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
Auch im Rahmen der europäischen Gesetzgebungsnorm EURO6 werden bei Kraftfahrzeugen mit einer genannten Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffzumessung die Rußpartikelanzahl im Abgas und die Kohlenwasserstoff-(HC-)Emissionen limitiert. Daher gilt es, die internen Partikelquellen und HC-Quellen der Brennkraftmaschine möglichst zu verringern oder sogar ganz zu eliminieren. Hierzu werden fremdgezündete Brennkraftmaschinen (Ottomotoren) derzeit so bedatet, dass sie sich stationär, also in einem eingeschwungenen Lastbereich und damit entsprechenden Temperaturniveau eines Brennraums eines jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine, bezüglich der Partikelanzahl im Abgas, des Kraftstoffverbrauchs, des Fahrkomforts und der Emissionen von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid möglichst in einem optimalen Bereich befinden.
Hierbei sollen alle gesetzlichen Emissionsgrenzen eingehalten werden, wobei in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine Kennfelder hinterlegt werden, welche die Einspritzung bzw. den Zeitverlauf (timing) der Einspritzung, z.B. den sogenannten Aufteilungs- bzw. Splitfaktor zur Aufteilung zwischen saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffeinspritzung (sogenannter „Mischbetrieb“), bestimmen bzw. regeln. Diese Kennfelder werden meist stationär, d.h. in einem gleichbleibenden Lastbetrieb der Brennkraftmaschine, bedatet.
Bei einem Sprung von einer geringen Last auf eine hohe Last entstehen bei einer solchen Betriebsstrategie allerdings erhöhte Partikelemissionen, die mehrere Sekunden lang andauern können, bevor sie wieder abklingen. Ein Grund für dieses Verhalten kann sein, dass der Brennraum eines jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine während des Lastsprungs und kurz nach dem Lastsprung noch deutlich kälter ist als im thermisch eingeschwungenen Zustand, d.h. nach einer bestimmten Aufheizzeit.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung geht aus von einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessvorrichtung, welche in einem genannten Mischbetrieb, insbesondere in einem hier betroffenen variablen Mischbetrieb betrieben wird, in dem eine zeitlich variable Kraftstoffaufteilung mit einem bestimmten Aufteilungsverhältnis zwischen einer genannten saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und einer genannten direkten Kraftstoffzumessung erfolgt.
Ein solcher variabler Mischbetrieb ermöglicht es, die Vorteile beider Kraftstoffzumessarten für eine optimale Gemischbildung eines Kraftstoff-Luftgemisches sowie die Verbrennung dieses Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine gleichermaßen zu nutzen. So ist eine direkte Kraftstoffzumessung in einem dynamischen oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhafter, wobei insbesondere auch eine unkontrollierte Verbrennung bzw. Selbstentzündung des zugemessenen Kraftstoffs (sogenanntes „Klopfen“) wirksam verhindert wird. Demgegenüber ist eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhafter, da sie in Bezug auf die Reduzierung von Partikeln und Kohlenwasserstoffen im Abgas wirksamer ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer eingangs beschriebenen Lastdynamik von niedriger zu hoher Last, die Kraftstoffzumessvorrichtung und das Luftsystem der Brennkraftmaschine auf die höhere Lastanforderung schneller reagieren als mechanische Bauteile im Brennraum eines jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine, welche sich daher auch noch eine bestimmte Zeit nach der Lastanforderung im Wesentlichen noch auf einem vor der Lastanforderung vorliegenden niedrigeren Temperaturniveau befinden. Daher kommt es zu Kraftstoffablagerungs-, Kondensations- und/oder Verkokungseffekten in einem genannten Brennraum der Brennkraftmaschine, welche wiederum zu erhöhten Rußemissionen und/oder Partikelemissionen und/oder HC-Konzentrationen im Abgas führen.
Darüber hinaus wurde erkannt, dass auch bei einer erst kürzlich gestarteten, noch in einem Warmlauf befindlichen und daher noch relativ kalten Brennkraftmaschine bei Vorliegen einer relativ hohen Dynamikanforderung, wiederum insbesondere von einer niedrigen Last hin zu einer hohen Last, und bei Vorliegen eines relativ hohen Anteils an direkt zugemessenem Kraftstoff, die beschriebenen Effekte gleichfalls auftreten.
Es ist hierbei allerdings anzumerken, dass die genannten nachteiligen Effekte bei Lastsprüngen von einer hohen Last zu einer niedrigeren Last hin nicht eintreten, da die bereits auf einer relativ hohen Betriebstemperatur befindlichen Brennraumoberflächen eine Verdampfung genannter Ablagerungen bewirken und somit etwa vorliegende Ablagerungen die Gemischaufbereitung nicht oder nur sehr geringfügig negativ beeinflussen können.
Der Erfindung schlägt vor, eine von einer Dynamik bzw. einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine abhängige relative Aufteilung bzw. Kraftstoffaufteilung der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung (SRE) und der direkten Kraftstoffzumessung (BDE) im insgesamt sich ergebenden variablen Mischbetrieb eines hier betroffenen Dualsystems durchzuführen. Bevorzugt wird bei einer genannten dynamikabhängigen Kraftstoffaufteilung die bei der direkten Kraftstoffzumessung maximale Kraftstoffmenge auf einen Betrag reduziert, der zu möglichst geringen Benetzungseffekten an Kolben- und/oder Injektor- und/oder Brennraumoberflächen führt. Die dabei in Anbetracht der gesamt zuzumessenden Kraftstoffmenge noch nicht berücksichtigte Kraftstoffmenge wird der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung zugeteilt.
Durch das vorgeschlagene Verfahren werden genannte, insbesondere lastwechselabhängige Ablagerungen bzw. Ablagerungseffekte und damit einhergehende erhöhte Abgasemissionen von Kohlenwasserstoffen (HC) und/oder Partikeln wirksam verhindert. Erhöhte Abgasemissionen werden dabei insbesondere bei einer in einem genannten variablen Mischbetrieb betriebenen Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffzumessung, insbesondere auch im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs und auch unter Einhaltung der von der eingangs genannten Gesetzgebung geforderten Abgasemissionen der Brennkraftmaschine, wirksam verhindert. Zusätzlich wird durch Vermeidung einer durch Zylinderwandbenetzung mit Kraftstoff verursachten Ölverdünnung ein verbesserter Komponentenschutz insbesondere von Zylinderbauteilen ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer hier betroffenen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffzumessung umfasst die Überwachung wenigstens einer zeitlichen Änderung einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus der Motorlast, der Motortemperatur, der Öltemperatur, der Wassertemperatur, dem Lastgradienten der Brennkraftmaschine, der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, einem Gaspedalwert des Kraftfahrzeugs, einer Einlassventilerhebungskurve der Brennkraftmaschine, einer Änderung eines Drosselklappenwinkels der Brennkraftmaschine, einer Änderung eines Saugrohrdruckes der Brennkraftmaschine, einem Aufbau eines Ladedrucks der Brennkraftmaschine, sofern die Brennkraftmaschine einen Turbolader- oder Kompressor aufweist, und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Bei der genannten Überwachung einer zeitlichen Änderung wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs kann ferner vorgesehen sein, dass bei erkannter zeitlicher Änderung der wenigstens einen Betriebsgröße auch geprüft wird, ob die zeitliche Änderung eine empirisch vorgebbare Dynamikschwelle überschreitet. Durch diesen Prüfschritt wird insbesondere die Stabilität des Verfahrens erheblich verbessert. Eine weitere Verbesserung der Stabilität des Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass der Wert der genannten Dynamikschwelle von der jeweils überwachten Betriebsgröße selbst abhängig gemacht wird.
Bei erkannter Überschreitung der genannten Dynamikschwelle kann vorgesehen sein, dass eine vorliegende Kraftstoffmengenaufteilung so verändert wird, dass der Beitrag der saugrohrbasierten (SRE-)Kraftstoffzumessung relativ zur direkten (BDE-)Kraftstoffzumessung erhöht wird. Diese Änderung kann in Richtung einer für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraftstoffmengenaufteilung erfolgen. Die Kraftstoffmengenaufteilung kann dabei bevorzugt so verändert werden, dass der Beitrag der direkten (BDE-)Kraftstoffzumessung in Richtung erhöhter saugrohrbasierter (SRE-)Kraftstoffzumessung verstellt wird. Die genannte, empirisch vorgebbare Dynamikschwelle kann bevorzugt einer Änderung einer Motorlast von einer niedrigen Last hin zu einer hohen Last entsprechen.
Zudem kann die Änderung der Kraftstoffmengenaufteilung mittels Mengeninkrementen erfolgen, welche in Abhängigkeit von einer Temperaturerhöhung von mechanischen Komponenten des Brennraums der Brennkraftmaschine gewählt werden. Diese Mengeninkremente können rampenförmig oder stufenförmig ausgebildet werden. Die vorgenannten Maßnahmen dienen alle zur Verbesserung der Stabilität des Verfahrens.
Es ist noch anzumerken, dass ein genannter variabler Mischbetrieb eine ausschließlich saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung, eine ausschließlich direkte Kraftstoffzumessung sowie eine beliebige, variable Aufteilung zwischen den beiden Betriebsarten umfasst. Zudem kann ein solcher Mischbetrieb in der Startphase der Brennkraftmaschine angewendet werden und dadurch verschiedene Startarten ermöglichen.
Die Erfindung kann insbesondere in einem hier betroffenen dualen Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommen. Darüber hinaus ist auch eine Anwendung bei im industriellen Bereich, z.B. in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzten Brennkraftmaschinen mit einer solchen dualen Kraftstoffeinspritzung möglich.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene duale Kraftstoffzumessvorrichtung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer dualen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine, gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms.
3 zeigt anhand eines Diagramms einer im Stand der Technik bekannte Betriebsstrategie für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, deren Einspritzung stationär bedatet ist.
4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsstrategie zum Betreiben einer hier betroffenen Brennkraftmaschine.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer genannten erfindungsgemäßen Betriebsstrategie.
6a, b zeigen zwei Varianten eines dritten Ausführungsbeispiels einer genannten erfindungsgemäßen Betriebsstrategie.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine weist vier Zylinder 11 auf, die von einem Zylinderkopf 12 abgedeckt sind. Der Zylinderkopf 12 begrenzt in jedem Zylinder 11 zusammen mit einem hier nicht dargestellten, im Zylinder 11 geführten Hubkolben einen Brennraum 13, der eine von einem hier nicht gezeigten Einlassventil 14 gesteuerte, hier ebenfalls nicht gezeigte Einlassöffnung 15 aufweist. Die Einlassöffnung 15 bildet die Mündung eines den Zylinderkopf 12 durchdringenden, in 1 ebenfalls nicht gezeigten Einlasskanals 16.
Die gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst einen Luftströmungsweg 18 zum Zuführen von Verbrennungsluft zu den Brennräumen 13 der Zylinder 11, der endseitig voneinander getrennte, zu den einzelnen Einlasskanälen 16 führende Strömungskanäle 17 aufweist. Zudem sind eine erste Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 19, die Kraftstoff direkt in jeweils einen Brennraum 13 der Zylinder 11 einspritzen, sowie eine zweite Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 20, die Kraftstoff in die Strömungskanäle 17 einspritzen, angeordnet.
Die erste Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 19, welche direkt in die Zylinder 11 einspritzen, wird von einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 21 versorgt, während die zweite Gruppe der Kraftstoffeinspritzventile 20, welche in die Strömungskanäle 17 einspritzen, von einer Kraftstoff-Niederdruckpumpe 22 versorgt werden. Eine üblicherweise in einem Kraftstofftank 23 angeordnete Kraftstoff-Niederdruckpumpe fördert dabei Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 23 einerseits zu der zweiten Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 20 und andererseits zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 21. Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer der Kraftstoffeinspritzventile 19, 20 werden von einer in einem Motorsteuergerät integrierten elektronischen Steuereinheit, in Abhängigkeit von Betriebspunkten der Brennkraftmaschine gesteuert, wobei im Wesentlichen die Kraftstoffeinspritzung über die Kraftstoffeinspritzventile 19 der ersten Gruppe erfolgt und die Kraftstoffeinspritzventile 20 der zweiten Gruppe nur ergänzend eingesetzt werden, um Unzulänglichkeiten der Kraftstoffdirekteinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzventile 19 der ersten Gruppe in bestimmten Betriebsbereichen zu verbessern und um zusätzliche Freiheitsgrade bzw. Einspritzstrategien zu nutzen.
Die Kraftstoffeinspritzventile 20 der zweiten Gruppe sind als Mehrstrahl-Einspritzventile ausgebildet, die mindestens zwei getrennte, zueinander winkelversetzte Kraftstoffstrahlen gleichzeitig ab- bzw. einspritzen und im Luftströmungsweg 18 so angeordnet sind, dass die eingespritzten Kraftstoffstrahlen 24, 25, die üblicherweise die Form eines Spraykegels aufweisen, in verschiedene Strömungskanäle gelangen. Bei dieser Brennkraftmaschine sind zwei Zweistrahl-Einspritzventile 26, 27 vorgesehen, die im Luftströmungsweg 18 so platziert sind, dass das eine Zweistrahl-Einspritzventil 26 in die zum ersten und zweiten Zylinder 11 führenden Strömungskanäle 17 und das zweite Zweistrahl-Einspritzventil 27 in die zu dem dritten und vierten Zylinder 11 führenden Strömungskanäle 17 einspritzen. Hierzu sind die Strömungskanäle 17 so gestaltet, dass zwischen zwei direkt benachbarten Strömungskanälen 17 ein Einbaupunkt für das Zweistrahl-Einspritzventil 26 bzw. 27 vorhanden ist.
Es ist auch bekannt, dass bei einer genannten Kraftstoff-Saugrohreinspritzung einer hier betroffenen Brennkraftmaschine das Luft-Kraftstoff-Gemisch außerhalb des Brennraums im Saugrohr entsteht. Das jeweilige Einspritzventil spritzt den Kraftstoff dabei vor ein Einlassventil, wobei das Gemisch im Ansaugtakt durch das geöffnete Einlassventil in den Verbrennungsraum strömt. Die Kraftstoffversorgung erfolgt mittels eines Kraftstofffördermoduls, welches die benötigte Kraftstoffmenge mit definiertem Druck vom Tank zu den Einspritzventilen fördert. Eine Luftsteuerung sorgt dafür, dass der Brennkraftmaschine in jedem Betriebspunkt die richtige Luftmasse zur Verfügung steht. Die an einem Kraftstoffzuteiler angeordneten Einspritzventile dosieren die gewünschte Kraftstoffmenge präzise in den Luftstrom. Das genannte Motorsteuergerät regelt auf der Grundlage des Drehmoments als zentrale Bezugsgröße das jeweils benötigte Luft-Kraftstoff-Gemisch ein. Eine wirksame Abgasreinigung wird mit einer Lambda-Regelung erreicht, mittels der immer ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) eingeregelt wird.
Demgegenüber wird bei einer Kraftstoff-Direkteinspritzung das Luft-Kraftstoff-Gemisch direkt im Brennraum gebildet. Über ein genanntes Einlassventil strömt dabei Frischluft ein, wobei in diesen Luftstrom mit hohem Druck (bis zu 200 bar) der Kraftstoff eingespritzt wird. Dies ermöglicht eine optimale Verwirbelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches sowie eine verbesserte Kühlung des Brennraums.
Es ist ferner bekannt, dass bei einer viertaktigen Brennkraftmaschine (Ottomotor) das Arbeitsspiel die Vorgänge Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen umfasst, wobei sich jeder Zylinder zweimal auf und abwärts bewegt und dabei in zwei oberen Totpunkten (OT) und zwei unteren Totpunkten (UT) zum Stillstand kommt. Die Kurbelwelle führt also bei einem Arbeitsspiel zwei Umdrehungen aus, die Nockenwelle eine Umdrehung. Die Zündung des in einen Zylinder verbrachten Gas-Brennstoff-Gemisches erfolgt bei einem oberen Totpunkt, in dem das Gemisch gerade verdichtet ist. Hier spricht man vom Zünd-OT (ZOT). Demgegenüber gibt es noch einen Überschneidungs-OT (ÜOT), bei dem beim Übergang vom Ausstoßen zum Ansaugen sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile geöffnet sind.
Demgemäß wird unmittelbar nach dem Starten zumindest in einem Zylinder eine Zündung bei allen oberen Totpunkten (OT) durchgeführt, wobei bei bestimmten oberen Totpunkten, insbesondere bei jedem zweiten OT, bei Kurbelwellenwinkeln von 720° jeweils eine Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt. Je nachdem, ob bei dem oberen Totpunkt (OT), bei dem die Zündzeitpunktverschiebung durchgeführt wird, oder aber beim einem um 360 verschobenen Kurbelwellenwinkel, das Luft-Kraftstoff-Gemisch tatsächlich gezündet wird, ist eine Minderung der im jeweiligen Zylinder erfolgten physikalischen Arbeit festzustellen.
In einem beschriebenen Dualsystem werden die beschriebenen beiden Anteile bekanntermaßen in Form von Systemen bzw. Systemkomponenten kombiniert. Dabei ist insbesondere eine korrekte Aufteilung der zur Verfügung stehenden bzw. zuzumessenden gesamten Kraftstoffmasse erforderlich. Die Gesamtkraftstoffmasse KM_ges für einen Zylinder setzt sich wie in der folgenden Gleichung zusammen: KM_ges = KM_SRE + KM_BDE, wobei KM_SRE die relative Kraftstoffmasse des SRE-Pfades und KM_BDE die relative Kraftstoffmasse des BDE-Pfades bezeichnen.
Wie nachfolgend beschrieben, erfolgt die Berechnung eines für eine vorliegende Betriebssituation der Brennkraftmaschine geeigneten Aufteilungsfaktors zwischen SRE- und BDE-Betrieb. Dabei werden zunächst mögliche Betriebszustände und/oder aktuell vorliegende Betriebsanforderungen einer hier betroffenen Brennkraftmaschine bzw. eines eine solchen Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs erfasst. Die so erfassten Betriebszustände bzw. anforderungen werden zunächst den folgenden, beispielhaften Kategorien zugeordnet:

– Temperatur der Brennkraftmaschine bzw. des/der jeweiligen Brennraums/-räume
– Hochdruck im BDE-Betrieb einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessvorrichtung
– Vorliegender Fehlerfall
– Ergebnis einer On-Board-Diagnose
– Etwa durchgeführte Adaptionen bei der Kraftstoffzumessung bzw. -einspritzung
– Besondere Fahrsituationen, z.B. fahrerseitige Aktivierung eines „Kick-down“ an einem Fahrpedal oder fahrerseitiges Zurückschalten eines Zwischengangs

So kann, je nach vorliegender Temperatur der Brennkraftmaschine, ein optimaler Betriebsbereich beim Start einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung z.B. hinsichtlich Schnelligkeit, Partikelbildung oder Ansprechverhalten ermittelt werden, anhand dessen eine genannte Priorisierung durchgeführt werden kann. Weitere Erfassungsmöglichkeiten für die genannten, unterschiedlichen Startarten sind, neben der Temperatur, der für einen Hochdruckstart oder einen Start/Stopp-Betrieb mit schnellem Wiederstart erforderliche Hochdruck in einem genannten BDE-Betrieb.
Aufgrund der genannten Vielzahl von Möglichkeiten für den Aufteilungsfaktor, die zwar physikalisch gleichwertig möglich sind, jedoch unter den genannten, verschiedenen Betriebsaspekten im realen Fahrbetrieb zu bevorzugen sind, ist es erforderlich, eine eindeutige Bestimmung bzw. Festlegung eines Aufteilungsfaktors zu ermöglichen, damit nicht ständig zwischen verschiedenen Aufteilungsfaktoren gewechselt werden muss. Solche häufigen Wechsel sind deshalb zu vermeiden, da eine Änderung des Aufteilungsfaktors zum Einen mit einem erhöhten applikativen Aufwand verbunden ist, um die Änderung im realen Betrieb möglichst momenten- und gemischneutral einstellen zu können.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Nach dem Start 200 der in 2 gezeigten Prozessroutine wird zunächst geprüft bzw. überwacht 205, ob eine zeitliche Änderung einer vorab empirisch festgelegten Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs eintritt. Diese Betriebsgröße kann aus der folgenden Gruppe möglicher Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (des Motors) bzw. des Kraftfahrzeugs ausgewählt werden: Der Motorlast, der Motortemperatur, der Motoröltemperatur, der Wassertemperatur des Motors, dem Gradienten der Motorlast der Brennkraftmaschine, der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, einem Gaspedalwert des Kraftfahrzeugs, einer Einlassventilerhebungskurve der Brennkraftmaschine, einer Änderung eines Drosselklappenwinkels der Brennkraftmaschine, einer Änderung eines Saugrohrdruckes der Brennkraftmaschine, einem Aufbau eines Ladedrucks der Brennkraftmaschine, sofern die Brennkraftmaschine einen Turbolader- oder Kompressor aufweist, und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Wird eine solche zeitliche Änderung wenigstens einer oder mehrerer der genannten Betriebsgrößen erkannt, wird weiter geprüft 210, ob die in Schritt 205 erfasste Änderung eine empirisch vorgebbare Dynamikschwelle überschreitet. Der Wert dieser Schwelle kann für die oben genannten Betriebsgrößen verschieden ausfallen. Liegt eine solche Überschreitung vor, dann wird eine vorliegenden Kraftstoffmengen- bzw. Einspritzmengenaufteilung so verändert 215, dass der Beitrag der saugrohrbasierten (SRE-)Kraftstoffeinspritzung relativ zur direkten (BDE-)Einspritzung erhöht wird. Dabei wird der entsprechende Aufteilungsfaktor insbesondere so verändert, dass die Änderung in Richtung eines für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine geeigneten bzw. vorgesehenen Aufteilungsfaktor erfolgt. Hierbei wird ein vorbekannter, bevorzugt vorab in einem Kennfeld abgelegter und für den Stationärbetrieb optimierten Aufteilungsfaktor zugrunde gelegt 220.
Es ist anzumerken, dass es nicht zwingend erforderlich ist, dass nach einem Überschreiten einer genannten Dynamikschwelle die jeweilige Betriebsgröße anschließend auf einen geringeren Wert zurückkehrt. Vielmehr kann auch ein weiterer Sprung zu einem noch höheren Wert der Betriebsgröße erfolgen, bei welchem gegebenenfalls erneut ein genanntes Verschieben des Aufteilungsfaktors für eine oder mehrere Einspritzungen erfolgt. Die Betriebsgröße kann allerdings auch auf dem Wert verbleiben, welche sie nach dem Überschreiten der Dynamikschwelle erreicht hat.
Im Falle einer noch im Warmlauf befindlichen und daher noch nicht betriebswarmen Brennkraftmaschine kann der Aufteilungsfaktor mit der Temperatur der Brennkraftmaschine korrelierend, ausgehend von einer gegebenen Kraftstoffmengenaufteilung, z.B. sukzessive, in Richtung sich erhöhender Direkteinspritzung (BDE) verstellt werden. Dadurch erhöht sich der BDE-Anteil mit steigender Temperatur.
Bei Lastsprüngen von niedrigen Lasten hin zu hohen Lasten kann der Aufteilungsfaktor sprunghaft bzw. schnell in Richtung sich erhöhender Saugrohreinspritzung (SRE) verstellt werden. Die entsprechenden Mengeninkremente können dabei in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur von mechanischen Komponenten des Brennraums gewählt werden. Diese jeweilige Oberflächentemperatur kann anhand eines Temperaturmodells bestimmt werden.
Hierbei liegt der technische Effekt zugrunde, dass bei Überschreitung der genannten Dynamikschwelle der SRE-Anteil des Aufteilungsfaktors gesteigert wird, damit eine Bauteilbenetzung mit Kraftstoff im jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch die BDE vermindert bzw. vermieden wird. Umgekehrt wird erst dann, wenn die Brennraumoberflächen durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches warm geworden sind, wieder zurück in Richtung erhöhtem BDE-Anteil des Aufteilungsfaktors verstellt.
Es ist zudem anzumerken, dass bei Erreichen der genannten Dynamikschwelle der Aufteilungsfaktor bevorzugt relativ schnell bzw. möglichst schnell in Richtung SRE-Betrieb verschoben wird. Das Zurückverstellen des Aufteilungsfaktors in Richtung BDE-Betrieb, welches mit der Erwärmung der Brennraumoberflächen einhergeht, kann dagegen relativ langsam, wie in den 5 und 6 angedeutet, z.B. stufen- oder rampenförmig, erfolgen.
Entsprechende mögliche Betriebsstrategien sind in den nachfolgend beschriebenen 4–6 gezeigt. Hierbei ist anzumerken, dass nach einem erfolgten, genannten Lastsprung und dem genannten, entsprechenden sprunghaften Verschieben des Aufteilungsfaktors in Richtung SRE, im weiteren Verlauf des Betriebs der Brennkraftmaschine die Oberflächentemperaturen der jeweiligen Brennräume ansteigen. Entsprechend diesen Oberflächentemperaturen werden die genannten Betriebsstrategien angewandt bzw. eingestellt.
In 3 ist zuvor eine herkömmliche Betriebsstrategie eines (nur) direkteinspritzenden Ottomotors, d.h. einer Brennkraftmaschine mit einer reinen bzw. fixen BDE-Kraftstoffzumessung 305 gezeigt. Bei einem sprungartigen Anstieg 300 des in dem Diagramm oben dargestellten Lastverlaufs L des Ottomotors über die Zeit t, steigt die Partikelkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine im Zeitpunkt des Lastsprungs 300, ausgehend von einem Ausgangswert 321, stark an 310 bis auf einen Spitzenwert (Peakwert) 322, um dann über eine gewisse Zeit wieder abzuklingen 315. Nach einem nachfolgenden Rückgang bzw. Rücksprung 320 des Lastverlaufs L auf den Ausgangswert geht die Partikelkonzentration entsprechend auf den genannten Ausgangswert 321 zurück 325.
Die 4 bis 6 zeigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von möglichen Betriebsstrategien für eine hier betroffene Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffzumessung, die mittels dreier verschiedener Verfahren gemäß der Erfindung betrieben werden.
So zeigt 4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der im Unterschied zu der herkömmlichen Betriebsstrategie gemäß 3 im Zeitpunkt eines Lastsprungs 400 eine Änderung 405 der Mengenaufteilung der Kraftstoffzumessung von einer BDE-Zumessung zu einer SRE-Zumessung erfolgt 420. Nach erneuter Absenkung 410 der Last L auf ihren Anfangswert wird die Mengenaufteilung der Kraftstoffzumessung von der SRE-Zumessung wieder auf eine BDE-Zumessung bzw. in Richtung einer BDE-Zumessung geändert 415. Die Partikelemissionen steigen in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren gemäß 3 von einem Ausgangswert 419 nur geringfügig an 420 und bleiben über den gesamten Zeitraum der erhöhten Last auf diesem geringfügig erhöhten Wert 420. Nach der Absenkung 410 des Lastverlaufs L auf den Ausgangswert geht auch die Partikelkonzentration entsprechend auf den genannten Ausgangswert 419 zurück 422.
5 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der nach einem Lastsprung 500 und gleichzeitiger Änderung 505 der Mengenaufteilung der Kraftstoffzumessung in Richtung SRE-Kraftstoffzumessung die Mengenaufteilung wieder rampenförmig 510 bis auf einen Wert für den Stationärbetrieb 512 angehoben bzw. erhöht wird. Es ist anzumerken, dass der gezeigte Kurvenverlauf über die Zwischenwerte 505, 510 und 512 zumindest qualitativ die Änderung der Mengenaufteilung bzw. des entsprechenden Aufteilungsfaktors in einem genannten Mischbetrieb zwischen einem reinen BDE- und SRE-Betrieb wiedergibt. Nach erneuter Absenkung 515 des Lastverlaufs L wird die Mengenaufteilung ebenfalls wieder auf den Ausgangswert zurückgesetzt 520. Es ist anzumerken, dass die in 5 gezeigte Änderung 505, 510, 512 der Mengenaufteilung auch in Richtung eines sich erhöhenden BDE-Anteils erfolgen kann, z.B. bei einer noch nicht betriebswarmen Brennkraftmaschine. Dabei erhöht sich der BDE-Anteil demnach mit steigender Temperatur.
Die 6a und 6b zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen nach einem jeweiligen Lastsprung 600, 630 eine ähnlich der in 5 gezeigten (Wieder-)Anhebung der zuvor abgesenkten 605, 635 Mengenaufteilung vorliegend stufenförmig 610, 640 erfolgt. So erfolgt in 6a die Anhebung mittels einer Stufe 610 und in 6b mittels zweier Stufen 640. Nach erfolgter Anhebung liegt dann jeweils eine für den Stationärbetrieb geeignete Mengenaufteilung 612, 642 vor. Nach erneuter jeweiliger Absenkung 615, 645 des Lastverlaufs L werden die jeweiligen Mengenaufteilungen ebenfalls wieder auf ihren Ausgangswert zurückgesetzt 620, 650. Es ist auch hier anzumerken, dass die in den 6a und 6b gezeigten Änderungen 605, 610, 612 sowie 635, 640, 642 der Mengenaufteilung jeweils auch in Richtung eines sich erhöhenden BDE-Anteils erfolgen können, wiederum z.B. bei einer noch nicht betriebswarmen Brennkraftmaschine.
Es ist anzumerken, dass auch hier die gezeigten Kurvenverläufe über die Zwischenwerte 605, 610 und 612 bzw. 635, 640, 642 zumindest qualitativ die Änderung der Mengenaufteilung bzw. des entsprechenden Aufteilungsfaktors in einem genannten Mischbetrieb zwischen einem reinen BDE- und SRE-Betrieb wiedergeben.
Es ist ferner anzumerken, dass bezüglich der Änderung der Mengenaufteilung weitere Ausführungsformen möglich sind, z. B. mehrstufige Treppen, unterbrochene Rampen, oder dergleichen, da die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung bzw. einen bestimmten zeitlichen Verlauf einer solchen Änderung beschränkt ist.
Das beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft einsetzbar bei Kraftstoffzumesssystemen, bei denen der Ventiltrieb nicht oder nur stufenweise verstellbar ist, und zwar sowohl hinsichtlich entsprechender Öffnungszeitpunkte, Öffnungsdauern und veränderlicher Ventilhübe.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010039434 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung, bei der eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung (SRE) und eine direkte Kraftstoffzumessung (BDE) in einem variablen Mischbetrieb anhand einer Kraftstoffmengenaufteilung (220) erfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem genannten variablen Mischbetrieb eine von einem dynamischen Betrieb (205, 210) der Brennkraftmaschine abhängige relative Kraftstoffmengenaufteilung der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung (SRE) und der direkten Kraftstoffzumessung (BDE) erfolgt (215).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer genannten dynamikabhängigen Kraftstoffmengenaufteilung die bei der direkten Kraftstoffzumessung maximal zugemessene Kraftstoffmenge auf einen Betrag reduziert wird, der zu einer minimalen Benetzung von Komponenten der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff führt, wobei bei dieser Kraftstoffmengenaufteilung etwa noch nicht berücksichtigte Kraftstoffmenge der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung zugeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines genannten dynamischen Betriebs (205, 210) der Brennkraftmaschine eine zeitliche Änderung einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betriebsgröße aus der Gruppe bestehend aus der Motorlast (L), der Motortemperatur, der Öltemperatur, der Wassertemperatur, dem Gradienten der Motorlast der Brennkraftmaschine, der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, einem Gaspedalwert des Kraftfahrzeugs, einer Einlassventilerhebungskurve der Brennkraftmaschine, einer Änderung eines Drosselklappenwinkels der Brennkraftmaschine, einer Änderung eines Saugrohrdruckes der Brennkraftmaschine, einem Aufbau eines Ladedrucks der Brennkraftmaschine, sofern die Brennkraftmaschine einen Turbolader- oder Kompressor aufweist, und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine, ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter zeitlicher Änderung wenigstens einer Betriebsgröße geprüft wird (210), ob die zeitliche Änderung eine empirisch vorgebbare Dynamikschwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der genannten Dynamikschwelle von der jeweiligen Betriebsgröße abhängt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Überschreitung der Dynamikschwelle eine vorliegende Kraftstoffmengenaufteilung so verändert wird (215), dass der Beitrag der saugrohrbasierten (SRE-)Kraftstoffzumessung relativ zur direkten (BDE-)Kraftstoffzumessung erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die empirisch vorgebbare Dynamikschwelle einer Änderung einer Motorlast von einer niedrigen Last hin zu einer hohen Last entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmengenaufteilung so verändert wird, dass die Änderung in Richtung einer für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraftstoffmengenaufteilung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmengenaufteilung so verändert wird, dass der Beitrag der direkten (BDE-)Kraftstoffzumessung in Richtung erhöhter saugrohrbasierter (SRE-)Kraftstoffzumessung verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung (215) der Kraftstoffmengenaufteilung mittels Mengeninkrementen (510, 610, 640) erfolgt, welche in Abhängigkeit von einer Temperaturerhöhung von mechanischen Komponenten des Brennraums der Brennkraftmaschine gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengeninkremente (510, 610, 640) rampenförmig oder stufenförmig ausgebildet werden.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine Brennkraftmaschine bzw. eine Kraftstoffzumessvorrichtung mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zu steuern.