DE102015222548A1

DE102015222548A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102015222548A1
Application number: DE102015222548.8A
Authority: DE
Inventors: Anja Blau; Oliver Abendroth; Christoph Junker; Stefan Wittek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine in einem Startbetrieb, wobei die Brennkraftmaschine einen Kraftstoffhochdruckspeicher und eine duale Kraftstoffzumessung aufweist, welche eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung sowie eine über den Kraftstoffhochdruckspeicher erfolgende direkte Kraftstoffzumessung umfasst, wobei die bei der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und bei der direkten Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Kraftstoffaufteilung berechnet wird, und wobei eine Sensorik zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen ist, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nach einem Start der Brennkraftmaschine zunächst eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung erfolgt (405), dass der Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher mittels der genannten Sensorik erfasst wird (410), und dass bei einem erfassten, einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigenden (415) Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher auf eine direkte Kraftstoffzumessung oder auf eine aus saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffzumessung gemischte Kraftstoffzumessung umgeschaltet wird (425).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine 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
Bei einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessung werden eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung bei der Kraftstoffzumessung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (Ottomotor) gekoppelt bzw. parallel betrieben. Aus der Praxis ist es bekannt, dass eine solche Brennkraftmaschine als Dualsystem ausgebildet sein kann, in dessen Mischbetrieb Brennstoff zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine parallel mittels einer Saugrohreinspritzung (SRE) und mittels einer Brennstoffdirekteinspritzung (BDE) gemäß einem einstellbaren Aufteilungsmaß zuführbar ist. Dabei gibt das Aufteilungsmaß eine Aufteilung des Brennstoffs in eine Brennstoffmenge, die zum Zylinder mittels der Saugrohreinspritzung zuführbar ist, und in eine weitere Brennstoffmenge an, die zum Zylinder mittels der Brennstoffdirekteinspritzung zuführbar ist.
Beispielsweise ist in DE 10 2010 039 434 A1 beschrieben, dass das Aufteilungsmaß einer Brennkraftmaschine in einem genannten Mischbetrieb unter Berücksichtigung eines Betriebspunktes, z.B. einer Last und/oder einer Drehzahl, bestimmt wird. So erlaubt ein solcher Mischbetrieb mit jeweils einem gezielt umgesetzten Aufteilungsmaß, einen für unterschiedliche Betriebsbedingungen und insbesondere für Betriebsübergänge zwischen verschiedenen Betriebsbereichen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu bewerkstelligen.
Es besteht die Notwendigkeit, ein reproduzierbares und fehlerfreies Umsetzen eines genannten Aufteilungsmaßes in einem Mischbetrieb der Brennkraftmaschine auch in einer Startphase einer hier betroffenen Brennkraftmaschine, in der bevorzugt genannte Betriebsübergänge stattfinden, zu bewerkstelligen, um insbesondere eine Minimierung von Partikeln im Abgas der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schlägt ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Kraftstoffaufteilung bei einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessung in einem Startbetrieb einer Brennkraftmaschine vor. Dabei erfolgt die Berechnung einer möglichst optimalen Aufteilung bzw. eines möglichst optimalen Aufteilungsmaßes der mit einem saugrohrbasierten Kraftstoffzumesssystem (SRE) und einem Kraftstoff z.B. durch eine reine Direkteinspritzung direkt zumessenden Kraftstoffzumesssystem (BDE) zugemessenen Kraftstoffmenge, um nach einem Erststart oder Neustart, z.B. nach einer vorübergehenden Stopp-Phase der Brennkraftmaschine, möglichst schnell eine Gemischaufbereitung mit möglichst hoher Qualität und damit ein Startverhalten des Kraftfahrzeugs mit möglichst geringen Abgasemissionen und einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch bereitzustellen.
Dabei liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass die beiden genannten Kraftstoffzumesssysteme für sich genommen, abhängig vom Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, jeweils unterschiedliche Nachteile und Vorteile aufweisen, welche wiederum dazu genutzt werden können, das genannte Startverhalten der Brennkraftmaschine und damit auch das Gesamtverhalten bzw. die Gesamtperformance hinsichtlich der Minimierung von Emissionen und des entstehenden Abgases eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs zu verbessern.
So zeichnet sich eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung bzw. Saugrohreinspritzung dadurch aus, dass diese vor einer eigentlichen Verbrennung zeitlich vorgelagert in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden muss, da eine bestimmte Flugzeit des zuzumessenden Kraftstoffs von den Injektoren zum Brennraum hin erforderlich ist, da die Injektoren bzw. SRE-Ventile von den Brennräumen räumlich getrennt, d.h. außerhalb der Brennräume bzw. außerhalb der jeweiligen Brennkammern, angeordnet sind. Dadurch ist es bei der Saugrohreinspritzung nicht möglich, einen starken Drehzahlanstieg, der eine schnelle Änderung der zuzumessenden Kraftstoffmenge erfordert, unmittelbar bzw. sehr zeitnah bereitzustellen, sondern erst mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung. Eine Saugrohreinspritzung weist daher eine nur relativ geringe Reaktionsfähigkeit in der Startphase der Brennkraftmaschine auf. Demgegenüber ermöglicht eine Saugrohreinspritzung eine relativ gute Gemischaufbereitung, da der Kraftstoff dabei nicht auf einen hohen Wert verdichtet werden muss, sondern der Vorförderdruck aus dem Kraftstofftank bereits ausreichend ist.
Im Gegensatz ermöglicht es eine direkte Kraftstoffzumessung bzw. Kraftstoffdirekteinspritzung, eine genannte, aufgrund eines Drehzahlanstiegs erforderliche schnelle Änderung der zuzumessenden Kraftstoffmenge unmittelbar bzw. sehr zeitnah umzusetzen und weist daher eine relativ große Reaktionsfähigkeit in der Startphase der Brennkraftmaschine auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass ein hier betroffenes duales Kraftstoffzumesssystem mit einer zeitlichen Abfolge gesteuert wird, bei der zunächst für den ersten oder die ersten angesteuerten Zylinder eine reine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung (SRE-Betrieb) erfolgt. Während des „Hochlaufens“ des Kraftstoffzumesssystems bzw. der Brennkraftmaschine in dieser frühen Startphase baut sich in dem vorliegenden Hochdrucksystem ein Kraftstoffdruck auf. Sobald der Kraftstoffdruck einen empirisch vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, d.h. in einem Hochdruckspeicher („Common Rail“) ein bestimmter, durch einen Drucksensor oder Druckbeobachter erfassbarer Hochdruck vorliegt, erfolgt eine Umschaltung vom dem SRE-Betrieb in den reinen BDE-Betrieb (bzw. BDE-Pfad) mit direkter Kraftstoffzumessung, damit dieser dann die schnellere Kraftstoffzumessung bzw. Einspritzung mit den sich während der Startphase ergebenden hohen bzw. relativ steilen Drehzahlgradienten besser bzw. optimaler berücksichtigen kann. Durch diese Umschaltung in den BDE-Betrieb kann sogar die Startphase verkürzt werden, da der für die Kraftstoffzumessung zur Verfügung stehende Zeitraum besser ausgenutzt wird, da die einzelnen Kraftstoffzumessvorgänge nicht mehr nacheinander ablaufen müssen, und vielmehr zeitlich so ineinandergreifen können, dass nahezu kein zeitlicher Versatz bzw. Verzug mehr vorliegt. Es ist hierbei anzumerken, dass das genaue Einsparpotenzial bei der genannten Verkürzung der Startphase von der Zylinderanzahl und von motorspezifischen Gegebenheiten abhängig ist.
Nachdem der erfindungsgemäße Steuerprozess für die Startphase bzw. den Erststart der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs abgeschlossen ist, wird die weitere Koordination der Kraftstoffzumessung wieder an einen üblichen Koordinator für die Berechnung des Aufteilungsfaktors übergeben.
Im Ergebnis wird ein neuer Startbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht bzw. bereitgestellt, bei dem durch gezielte Umschaltung des Aufteilungsfaktors noch während des Erststarts bzw. Hochlaufs nach einem Neustart der Brennkraftmaschine, z.B. in einem heute vielfach eingesetzten Start/Stopp-Betrieb eines entsprechenden Kraftfahrzeugs, eine Zieldrehzahl des Normalbetriebs schneller erreicht werden kann und damit insgesamt ein schnellerer Drehzahlhochlauf ermöglicht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die nach dem Start der Brennkraftmaschine zunächst erfolgende rein saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung für wenigstens einen ersten Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell durchgeführt wird und dass nach erfolgter Umschaltung die rein direkte Kraftstoffzumessung oder die aus saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffzumessung gemischte Kraftstoffzumessung für wenigstens einen weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell durchgeführt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass im Falle eines erfassten, den vorgebbaren Schwellenwert nicht übersteigenden Drucks die direkte Kraftstoffzumessung bzw. ein entsprechender BDE-Pfad auf „inaktiv“ gesetzt wird und eine nachfolgende saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung für einen sequenziell jeweils nachfolgenden Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch vorgesehen sein, dass geprüft wird, ob der Startbetrieb der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist und dass bei als abgeschlossen erkanntem Startbetrieb die weitere Koordination der Kraftstoffzumessung an einen z.B. in einem Steuergerät bereits vorhandenen, üblichen Koordinator für die Berechnung der Kraftstoffaufteilung übergeben wird. Die Erkennung eines abgeschlossenen Startbetriebs kann durch Vergleichen eines Zeitgebers mit einem empirisch vorgebbaren Zeitlimit oder durch Vergleichen eines Temperaturwertes der Brennkraftmaschine mit einem empirisch vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert erfolgen.
Die Erfindung kann in einem hier betroffenen dualen Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere 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 Kraftstoffzumessung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere in einer Startphase der Brennkraftmaschine 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 hier betroffene, vierzylindrige Brennkraftmaschine, gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Saugrohreinspritzung (SRE), gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Direkteinspritzung (BDE), gemäß dem Stand der Technik.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
5a, b zeigen einen schematischen Vergleich zwischen einer regulären BDE-Ersteinspritzung (5a) und einer regulären SRE-Ersteinspritzung (5b).
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prozessablaufs mit einem für beide Einspritzpfade (SRE und BDE) kombinierten Erststarts einer hier betroffenen Brennkraftmaschine.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in 1 gezeigte fremdgezündete Brennkraftmaschine (Ottomotor) 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 Einlassventil 14 gesteuerte Einlassöffnung 15 aufweist. Die Einlassöffnung 15 bildet die Mündung eines den Zylinderkopf 12 durchdringenden 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 2 sind y-Richtung bei verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgende Saugrohreinspritzungen über dem in der Einheit [Grad] gemessenen Kurbelwellenwinkel (KW) dargestellt. Der gemäß dem Ottomotorprinzip viertaktige Verbrennungszyklus umfasst bekanntermaßen Kurbelwellenwinkel zwischen einem ersten unteren Totpunkt (UT1), einem ersten oberen Totpunkt (OT), einem weiteren unteren Totpunkt (UT2) sowie einem weiteren oberen Totpunkt (ZOT), bei dem das in der Brennkammer vorliegende Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird.
Die genannten zeitlichen Bezugsmarken werden für die beiden Einspritzpfade sehr unterschiedlich vorgegeben. So wird bei einer Saugrohreinspritzung (SRE), wie in 2 schematisch dargestellt, bei nur beispielhaft vier verschiedenen Drehzahlen n = 1000, 2000, 4000 und 7000 U/min erfolgenden Einspritzungen 200 ein vor dem Ende 210 des Einspritzzyklus‘ 225 vorzusehender, konstanter zeitlicher Verzögerungsanteil 205 berücksichtigt, da die Einspritzventile bei einer SRE außerhalb der jeweiligen Brennkammer der Brennkraftmaschine angeordnet sind und der Kraftstoff daher vom Einspritzort erst in die Brennkammer gelangen muss. Dieser zusätzliche Zeitbedarf ändert sich, wie in 2 zu ersehen, nicht bei sich ändernder bzw. steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine. Daher werden die Einspritzungen entsprechend früher angesteuert, z.B. bei 7000 U/min sogar noch vor dem zeitlich hinter der im vorausgehenden ZOT 220 erfolgenden Zündung liegenden UT1, damit bei allen Drehzahlen der konstante Zeitbedarf 205 bereitgestellt wird. Das gesamte zeitliche Einspritzfenster für den gezeigten Einspritzzyklus entspricht, wie bereits erwähnt, der eingezeichneten Klammer 225. Der auf den vorausgehenden ZOT 220 nachfolgende nächste ZOT ist mit 215 bezeichnet.
Demgegenüber werden bei einer Benzindirekteinspritzung (BDE) bei den jeweiligen Einspritzungen 300 als Bezugsmarken (konkrete) Winkelmarken empirisch vorgegeben, wie in 3 schematisch dargestellt ist. D.h. im Gegensatz zur SRE werden bei der BDE keine konstanten Zeitanteile berücksichtigt, wie sich z.B. aus dem Verlauf 305 der jeweiligen Einspritzenden ersehen lässt. Daher können hier die Einspritzungen näher am Zündereignis des ZOT 315 erfolgen und werden daher entsprechend zu späteren Zeitpunkten berechnet. In dem vorliegenden Beispiel folgt auf das Ende 310 des hier gezeigten Einspritzzyklus‘ 325 eine Zündung am nachfolgenden ZOT 315. Der diesem ZOT 315 vorausgehende Zündzeitpunkt erfolgt an einem vorausgehenden ZOT 320.
In einem eingangs genannten 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 folgt 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. Ein entsprechender Prozessablauf zur Berechnung bzw. Aufteilung der bei einer Einspritzung in einem solchen Dualsystem erforderlichen Kraftstoffmasse während einer Startphase einer hier betroffenen fremdgezündeten Brennkraftmaschine (Ottomotor) wird nachfolgend anhand eines in 4 gezeigten Flussdiagramms beschrieben.
Die nachfolgend beschriebene Routine wird sukzessive für alle Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt, und zwar vorliegend anhand eines Zylinder-Hochzählers 400 vorliegend zunächst für einen ersten Zylinder. Für den ersten Zylinder erfolgt 405 zunächst eine reine SRE-Einspritzung. In Schritt 410 wird der Raildruck bzw. Kraftstoffdruck in dem genannten Hochdruckspeicher mittels eines an sich bekannten Raildrucksensors gemessen und im nachfolgenden Prüfschritt 415 geprüft, ob der gemessene Raildruck einen empirisch vorgebbaren Schwellenwert übersteigt. Ist dies nicht der Fall, dann wird gemäß Schritt 420 der BDE-Pfad auf „inaktiv“ gesetzt und wieder an den Anfang 400 der Routine zurückgesprungen und die Zylinderzahl um 1 erhöht, wodurch eine nachfolgende SRE-Einspritzung auch für den zweiten Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.
Ist die Schwellenwert-Bedingung in Prüfschritt 415 allerdings erfüllt, dann erfolgt eine Umschaltung 425 vom SRE-Betrieb in den BDE-Betrieb. Dabei wird mittels des genannten Zählers die Zylinderzahl erneut um 1 erhöht 430 und es erfolgt 435 eine BDE-Einspritzung in den nun vorliegenden Zylinder. Danach wird geprüft 440, ob die Startphase beendet ist, z.B. durch Vergleich eines Zeitgebers mit einem empirisch vorgebbaren Zeitlimit oder durch Vergleich eines Temperaturwertes der Brennkraftmaschine mit einem empirisch vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert. Ist dies nicht der Fall, d.h. die Brennkraftmaschine befindet sich noch in der Startphase, wird wieder zum Zähler 430 zurückgesprungen und die Zylinderzahl erneut um 1 erhöht und für den nun vorliegenden Zylinder wieder eine BDE-Einspritzung durchgeführt 435. Ergibt die Prüfung 440 jedoch, dass die Startphase beendet ist, wird im nachfolgenden Schritt 445 die weitere Koordination des Aufteilungsfaktors zwischen SRE- und BDE-Einspritzung an einen genannten Koordinator übergeben.
Die 5a und 5b zeigen einen schematischen Vergleich zwischen einer regulären BDE-Ersteinspritzung (5a) und einer regulären SRE-Ersteinspritzung (5b) am Beispiel einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine über der Zeit t, d.h. ohne Vorliegen eines genannten dualen Einspritzsystems. Es ist anzumerken, dass die in 5 und 6 gezeigten Abläufe bei Brennkraftmaschinen mit mehr oder weniger Zylindern entsprechend anwendbar sind. Die in 5a und 5b gezeigte Zeitachse dient nur dem qualitativen Vergleich der beiden Ablaufdauern, wobei an beiden Zeitachsen in dem vorliegenden Beispiel innerhalb eines durch die senkrechte Linie 545 abgegrenzten Einspritzzyklus‘ maximal für drei Zylinder der Brennkraftmaschine eingetragen ist, wann in einen ersten Zylinder theoretisch eingespritzt werden kann und wann bzw. wie schnell in nachfolgende weitere Zylinder eingespritzt werden kann.
Wie aus 5a zu ersehen, findet nach einem BDE-Erststart zunächst ein Druckanstieg bzw. Druckaufbau 500 in einem genannten Common-Rail statt, da eine BDE-Einspritzung einen bestimmten Mindestdruck erfordert. Erst nach Vorliegen dieses Mindestdrucks erfolgen sequenziell mehrere Einspritzungen, und zwar innerhalb des Einspritzzyklus‘ 545 für einen ersten Zylinder 505, einen zweiten Zylinder 510 und einen dritten Zylinder 515. In einem nachfolgenden Einspritzzyklus erfolgt dann eine Einspritzung für einen vierten Zylinder 520.
Wie dagegen aus 5b zu ersehen, wird in dem gezeigten Einspritzzyklus 545 bei einem SRE-Erststart vorliegend in die ersten drei Zylinder 530, 535, 540 nacheinander eingespritzt, wobei die erste Einspritzung in den ersten Zylinder 530 im Gegensatz zu einer BDE-Einspritzung bereits sehr früh erfolgen kann, da bei dieser Art der Kraftstoffzumessung kein vorheriger Druckaufbau im Common-Rail erforderlich ist.
Durch einen Vergleich der beiden 5a und 5b ergibt sich demnach, dass es aufgrund des bei einer BDE-Einspritzung erforderlichen Aufbaus eines Hochdrucks im Common-Rail 500 zu einer Verzögerung bis zur ersten Einspritzung in den ersten Zylinder 505 kommt und daher eine SRE-Einspritzung in dieser Hinsicht vorteilhafter ist. Jedoch führen die bei den ersten SRE-Einspritzungen 530, 535 auftretenden hohen Drehzahlgradienten zu einer durch die zeitlichen Abständen 550, 555 zwischen den Einspritzungen 530 und 535 bzw. 535 und 540 hervorgerufenen Verlangsamung des gesamten Verbrennungsvorganges, da in der Berechnung und aufgrund der konstanten Flugzeit des einzuspritzenden Kraftstoffs von einem Injektor bis zu einer Brennkammer auf diese Änderungen nicht verzögerungsfrei reagiert werden kann.
Dennoch liegt in der frühen Phase des Starts der Vorteil auf Seiten der SRE-Einspritzung, wobei in Abhängigkeit von dem genannten Drehzahlgradienten in einem Dualsystem eine möglichst schnelle Umschaltung des genannten Aufteilungsfaktors vom SRE-Pfad in den BDE-Pfad erfolgen sollte, damit die Gesamtstartzeit bis zum Erreichen einer Normdrehzahl (z.B. Leerlaufdrehzahl) und bis zur Einbringung der dafür notwendigen Kraftstoffmenge, bezogen auf sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine, am schnellsten und damit am effizientesten erfolgen kann.
In 6 ist, in ähnlicher Darstellung wie in 5, ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prozessablaufs mit einem für beide Einspritzpfade (SRE und BDE) kombinierten Erststarts einer hier betroffenen Brennkraftmaschine veranschaulicht. Dieser Prozessablauf setzt einen in einem Common-Rail etwa vorhandenen oder neu zu implementierenden Drucksensor bzw. Druckbeobachter voraus, welcher an die bei einem Common-Rail bereits vorliegende Hochdruckpumpe sowie deren Steuerung daten- bzw. steuerungstechnisch angebunden ist.
Nach dem Erststart wird wiederum zunächst der Hochlauf bzw. Anstieg des im Common-Rail vorliegenden Drucks 600 mittels eines genannten Drucksensors erfasst. Solange noch kein für eine BDE-Einspritzung erforderlicher, vollständiger Hochdruck bzw. Einspritzdruck vorliegt, wird die Einspritzung über den BDE-Pfad ausgesetzt bzw. auf „inaktiv“ gesetzt und es erfolgen reine SRE-Einspritzungen, und zwar vorliegend für den ersten Zylinder 605 und den zweiten Zylinder 610 der Brennkraftmaschine. Erkennt der Drucksensor bzw. ein entsprechender Druckbeobachter, dass der Druck im Common-Rail einen empirisch vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, dann wird eine Umschaltungsanforderung an einen genannten Koordinator des Dualsystems übergeben, wonach der Raildruck nunmehr ausreichend hoch ist und BDE-Einspritzungen anteilig oder vollständig hinzugeschaltet werden können. In dem vorliegenden Beispiel erfolgen dann in der frühen Startphase drei weitere reine BDE-Einspritzungen, und zwar für den dritten Zylinder 615, den vierten Zylinder 620 und danach wieder für den ersten Zylinder 625 usw.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem bis zum Ende der Startphase ein bestimmter, vorab empirisch festgelegter Aufteilungsfaktor umgesetzt wird, bleibt bei dem vorliegenden Prozessablauf der Aufteilungsfaktor mit vollständiger SRE-Einspritzung nur solange konstant, bis der genannte Hochdruck im Common-Rail aufgebaut wurde. Nach erfasstem Vorliegen eines ausreichenden Hochdrucks findet schon in der frühen Startphase eine Umschaltung von reinem SRE-Betrieb auf einen reinen BDE-Betrieb oder einen gemischten SRE-/BDE-Betrieb statt.
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 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine in einem Startbetrieb, wobei die Brennkraftmaschine einen Kraftstoffhochdruckspeicher und eine duale Kraftstoffzumessung aufweist, welche eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung sowie eine über den Kraftstoffhochdruckspeicher erfolgende direkte Kraftstoffzumessung umfasst, wobei die bei der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und bei der direkten Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Kraftstoffaufteilung berechnet wird, und wobei eine Sensorik zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Start der Brennkraftmaschine zunächst eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung erfolgt (405), dass der Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher mittels der genannten Sensorik erfasst wird (410), und dass bei einem erfassten, einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigenden (415) Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher auf eine direkte Kraftstoffzumessung oder auf eine aus saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffzumessung gemischte Kraftstoffzumessung umgeschaltet wird (425).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Start der Brennkraftmaschine zunächst erfolgende saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung (405) für wenigstens einen ersten Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell (400) durchgeführt wird und dass nach erfolgter Umschaltung (425) die direkte Kraftstoffzumessung (435) oder die aus saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffzumessung gemischte Kraftstoffzumessung für wenigstens einen weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffhochdruckspeicher einen Drucksensor oder einen Druckbeobachter umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines erfassten, den vorgebbaren Schwellenwert nicht übersteigenden Drucks die direkte Kraftstoffzumessung auf „inaktiv“ gesetzt wird (420) und eine nachfolgende saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung für einen sequenziell jeweils nachfolgenden Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird (440), ob der Startbetrieb der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist und dass bei als abgeschlossen erkanntem Startbetrieb die weitere Koordination der Kraftstoffzumessung an einen Koordinator für die Berechnung der Kraftstoffaufteilung übergeben wird (445).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen eines abgeschlossenen Startbetriebs durch Vergleichen eines Zeitgebers mit einem empirisch vorgebbaren Zeitlimit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen eines abgeschlossenen Startbetriebs durch Vergleichen eines Temperaturwertes der Brennkraftmaschine mit einem empirisch vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert erfolgt.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine duale Kraftstoffzumessung mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zu steuern.