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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Klopfereignissen bei dem Betrieb eines Verbrennungsmotors, wobei für die Kraftstoffzumessung des Verbrennungsmotors eine Direkteinspritzung und eine Saugrohreinspritzung derart vorgesehen sind, dass ein erster Anteil des Kraftstoffs mittels der Direkteinspritzung und ein zweiter Anteil mittels der Saugrohreinspritzung zumessbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Steuerung und Regelung des Betriebs des Verbrennungsmotors sowie ein Computerprogramm, das auf dem Steuergerät ablauffähig ist.
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Es sind Verfahren zur Zumessung von Kraftstoff für den Betrieb eines Ottomotors bekannt, bei denen sowohl ein System für eine Saugrohreinspritzung als auch eine Benzindirekteinspritzung für die Gemischbildung zur Verfügung stehen. Dadurch kann beispielsweise eine Leistungssteigerung und eine schnellere Verfügbarkeit des Gesamtsystems erreicht werden. Grundsätzlich ermöglicht die Kombination von Saugrohreinspritzung und Benzindirekteinspritzung die Nutzung der Vorteile beider Einspritzarten für eine optimale Gemischbildung und Verbrennung. In Volllastbereichen und wenn eine besondere Dynamik des Verbrennungsmotors erreicht werden soll, ist die Direkteinspritzung (DI) vorteilhafter, weil dadurch beispielsweise die Klopfneigung geringer ist. In Teillastbereichen ist die Saugrohreinspritzung (PFI) vorteilhafter, weil dort weniger Partikel, insbesondere weniger Ruß, sowie weniger Kohlenwasserstoffe bei der Verbrennung entstehen.
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Die Kombination von Saugrohr- und Direkteinspritzung weitet den Betriebsbereich eines Verbrennungsmotors auf, weswegen eine hohe Anzahl von neuen Softwareanteilen notwendig ist, um die dadurch entstehenden zusätzlichen Übergänge zu regeln und zu steuern sowie, um die stationären Anteile korrekt zu berechnen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist das Reduzieren von Klopfereignissen bzw. klopfenden Verbrennungen, um einen optimierten Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Steuergerät und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der weiteren unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung näher erläutert.
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Wie oben bereits erwähnt, ist die Klopfneigung eines Verbrennungsmotors im Regelfall höher, wenn der Verbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung betrieben wird, als wenn dieser Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung betrieben wird, da eine der wesentlichen Ursachen für das Klopfen eine zu hohe Temperatur des Brennraums (Zylinderinnentemperatur) ist. In einem Dualsystem, das eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung umfasst, kann mittels einer geeigneten Strategie der Änderung des sogenannten Splitfaktors, der die über die Direkteinspritzung und die Saugrohreinspritzung zugemessenen Kraftstoffanteile angibt, so geändert werden, dass auf Basis von vorangegangenen Klopfereignissen in einem aktuellen Betriebspunkt ein Klopfen verhindert werden kann. Das wird dadurch erreicht, dass der Splitfaktor geändert wird, sobald ein aktueller Betriebspunkt einem anderen Betriebspunkt entspricht, bei dem ein Klopfereignis aufgetreten ist. Hierzu ist es vorgesehen, auftretende Klopfereignisse in geeigneter Weise abzuspeichern und darüber hinaus einen oder mehrere Parameter eines Betriebspunktes ebenfalls abzuspeichern, so dass beispielsweise mittels eines Vergleichs desjenigen oder derjenigen Parameter mit aktuellen Parametern bestimmt werden kann, ob ein aktueller Betriebspunkt mit einem Betriebspunkt, in welchem ein Klopfereignis aufgetreten ist, hinreichend übereinstimmt, so dass auch hier ein Klopfen zu erwarten ist. Durch eine geeignete Änderung des Splitfaktors kann dann das Auftreten des Klopfens verhindert werden.
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Vorzugsweise wird das Klopfereignis zusammen mit weiteren Parametern derart abgespeichert, dass die Daten auch nach einem Motorstopp abgespeichert bleiben, so dass diese bei einem erneuten Start des Verbrennungsmotors wieder zur Verfügung stehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Klopfereignis zylinderindividuell erfasst und beispielsweise in einem zylinderindividuellen Speicherbereich abgespeichert, so dass feststellbar ist, welcher Zylinder hiervor betroffen war.
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Das Klopfereignis wird vorteilhafterweise mit weiteren Information abgespeichert, die geeignet sind, den Betriebspunkt oder weitere Größen des Klopfereignisses näher zu bestimmen. Diese umfassen neben der Information des Zylinders, in welchem das Klopfen auftrat, insbesondere eine aktuelle Motortemperatur und/oder die Ansauglufttemperatur und/oder eine Temperatur am Einlassventil. Es ist besonders vorteilhaft, auch den aktuellen Splitfaktor, der für den Zylinder, bei dem das Klopfen auftrat, vorlag, abzuspeichern, um bei einem wiederholten Vorliegen dieses Betriebspunktes dieselbe Einstellung des Splitfaktors zu verhindern. Ferner ist es vorteilhaft, die aktuelle Motordrehzahl und/oder die Füllung des Zylinders bzw. die Beschreibung des aktuell anliegenden Lastpunktes abzuspeichern.
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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass Informationen über ein zurückliegendes Fahrverhalten abgespeichert werden, was beispielsweise in Form eines Fahrpedalwinkels und/oder des geforderten inneren Momentes der Verbrennung erfolgen kann.
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Während des Betriebs des Verbrennungsmotors wird geprüft, ob für den aktuellen Betriebspunkt ein diesem Betriebspunkt zuzuordnendes Klopfereignis abgespeichert ist. Ist dies der Fall, so wird in diesem Betriebspunkt der Splitfaktor dahingehend geändert, dass kein Klopfen mehr auftritt. Davon ausgehend, dass auch bei übereinstimmenden Betriebspunkten des Verbrennungsmotors nur dann ein Klopfen auftritt, wenn auch die Historie Ähnlichkeiten aufweist, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere die aktuelle Motortemperatur und die Abgastemperatur erfasst und mit den für die Klopfereignisse abgespeicherten Werten verglichen.
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Ist nach einer Prüfung der Parameter davon auszugehen, dass in dem aktuellen Betriebspunkt ein Klopfen auftritt, so wird präventiv der Splitfaktor derart verändert, dass ein Klopfen vermieden werden kann. Vorzugsweise wird der Splitfaktor dahingehend verschoben, dass der Anteil des über die Direkteinspritzung zugemessenen Kraftstoffs erhöht wird. Beispielsweise wird die Verschiebung des Splitfaktors berechnet, sobald eine Übereinstimmung mit einem vorangegangenen Betriebspunkt vorliegt, bei dem ein Klopfereignis aufgetreten ist. Die Verschiebung des Splitfaktors erfolgt momentenneutral, was dadurch erreicht werden kann, dass die in dem Dualsystem bereits vorhandene Logik zur Ansteuerung des Kraftstoffzumesssystems verwendet wird. Dort ist eine momentenneutrale Verschiebung des Splitfaktors üblicherweise in bestimmten Grenzen ohne weiteren Aufwand möglich.
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Erfindungsgemäß lernt das beschriebene System aus aufgetretenen Klopfereignissen und passt den Splitfaktor während des zukünftigen Betriebs des Verbrennungsmotors an, so dass kein Klopfen mehr auftritt. Diese adaptive Reduzierung von Klopfereignissen ist besonders vorteilhaft in einem Dualsystem einsetzbar, da hier gezielt die bestmöglichen Eigenschaften des jeweiligen Kraftstoffpfades genutzt werden können. Somit kann für die gesamte Motorlebensdauer durch das beschriebene adaptive Verfahren die Klopfneigung deutlich reduziert werden.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnungen erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug, der mittels einer Benzindirekteinspritzung und einer Saugrohreinsitzung betreibbar ist;
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2 ein Ablaufdiaramm, in welchem Verfahrensschritte für das Abspeichern des Klopfereignisses gezeigt sind; und
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3 ein Ablaufdiagramm, in dem Verfahrensschritte gezeigt sind, aufgrund derer das Auftreten von Klopfen während des Betriebs des Verbrennungsmotors vermieden wird.
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In 1 ist schematisiert ein Fahrzeug 1 dargestellt, das einen Verbrennungsmotor 2 zum Antrieb des Fahrzeugs 1 umfasst. In dem Fahrzeug 1 ist ein Steuergerät 3 angeordnet, das eine Steuerung und/oder Regelung des Verbrennungsmotors 2 und insbesondere eine Steuerung der Gemischbildung ermöglicht. Der Verbrennungsmotor 2 weist Zylinder 4 auf. Jedem Zylinder 4 ist mindestens ein Direkteinspritzventil 5 zugeordnet. Die Direkteinspritzventile 5 sind über eine Signalleitung 6 mit dem Steuergerät 3 und über einen Hochdruckspeicher 7 (Hochdruck-Rail) mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 8 verbunden. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 8 ist über eine Datenleitung 9 ebenfalls mit dem Steuergerät 3 verbunden. Der Verbrennungsmotor 2 weist mindestens einen Klopfsensor 28 auf. Vorzugsweise sind mehrere Klopfsensoren 28 vorgesehen, so dass ein Klopfereignis besonders einfach dem jeweiligen Zylinder zugeordnet werden kann.
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In 1 ist ferner ein Kraftstofftank 10 gezeigt, dem eine Kraftstoffniederdruckpumpe 11 zugeordnet ist. Die Kraftstoffniederdruckpumpe 11 ist über eine Datenleitung 12 mit dem Steuergerät 3 verbunden. Der von der Kraftstoffniederdruckpumpe 11 aus dem Kraftstofftank 10 geförderte Kraftstoff gelangt über eine Kraftstoffniederdruckleitung 13 zu der Kraftstoffhochdruckpumpe 8, die den für die Benzindirekteinspritzung notwendigen Druck erzeugt.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel stellt die Kraftstoffniederdruckpumpe 11 darüber hinaus den für die Saugrohreinspritzung notwendigen Druck zur Verfügung. Hierbei gelangt der Kraftstoff über die Kraftstoffniederdruckleitung 13 zu einem Kraftstoffniederdruckspeicher 15 (Kraftstoffniederdruck-Rail). Der Kraftstoffniederdruckspeicher 15 ist mit Saugrohreinspritzventilen 16 (PFI-Ventile) verbunden.
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Das Steuergerät 3 weist einen Prozessor 22 und ein Speicherelement 23 auf. In dem Speicherelement 23 ist beispielsweise ein Computerprogramm 24 abgespeichert, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann mittels des Steuergeräts 3 ausgeführt, wenn das Computerprogramm 24 auf dem Prozessor 22 abläuft.
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In dem Speicherelement 23 ist ferner für jeden Zylinder 4 ein Speicherbereich 25 vorgesehen, in welchem Klopfereignisse und die zugehörigen Parameter abgespeichert werden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm, in welchem Schritte beispielhaft gezeigt sind, die für das Abspeichern eines Klopfereignisses sowie der weiteren Parameter gemäß einer möglichen Ausführungsform durchgeführt werden können.
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Das Verfahren beginnt in einem Schritt 100, beispielsweise mit dem Starten des Verbrennungsmotors. In einem Schritt 101 wird der Verbrennungsmotor betrieben und in einem Schritt 102 wird geprüft, ob an einem Zylinder 4 ein Klopfen auftritt. Die Überprüfung des Klopfens erfolgt kontinuierlich. Tritt ein Klopfen auf, so wird in einem Schritt 103 das Klopfereignis in dem Speicherbereich 25 abgespeichert, der dem Zylinder, in welchem das Klopfen auftrat, zugeordnet ist. Hierzu werden weitere Parameter abgespeichert, die den aktuellen Betriebspunkt beschreiben und/oder aus denen sich eine Historie ableiten lässt. Diese Parameter umfassen insbesondere die Betriebsparameter wie Luftfüllung und Drehzahl, sowie die aktuelle Motortemperatur und/oder die Abgastemperatur. Ferner können der Fahrpedalwinkel und das geforderte innere Moment der Verbrennung abgespeichert werden, um auf ein zurückliegendes Fahrverhalten zu schließen. Weitere Parameter, mit deren Hilfe der aktuelle Betriebspunkt in einer gewünschten Genauigkeit bestimmt werden kann, umfassen beispielsweise die Drehzahl sowie die Füllung des Zylinders, in welchem das Klopfen auftrat. Des Weiteren wird der aktuelle Splitfaktor abgespeichert.
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In 3 sind Verfahrensschritte gezeigt, die ausgeführt werden können, um während des Betriebs des Verbrennungsmotors mit den abgespeicherten Klopfereignissen das weitere Auftreten von klopfenden Verbrennungen zu reduzieren. Das Verfahren startet in einem Schritt 110, beispielsweise mit dem Starten des Verbrennungsmotors.
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In einem Schritt 111 werden aktuelle Parameter beobachtet bzw. Werte erfasst, die den Betriebspunkt beschreiben. In einem Schritt 112 wird einer dieser Parameter daraufhin überprüft, ob der Wert dieses Parameters mit einem Wert übereinstimmt, für den ein Klopfereignis abgespeichert ist. Ist dies nicht der Fall, so wird dieser Parameter weiterhin beobachtet. Entspricht der aktuelle Parameter jedoch einem Wert, für den ein Klopfereignis abgespeichert ist, so wird in einem Schritt 113 ein weiterer Parameter, der den aktuellen Betriebspunkt beschreibt, daraufhin untersucht, ob für diesen Parameter ein Wert zusammen mit einem aufgetretenen Klopfereignis abgespeichert worden ist. Ist dies nicht der Fall, wird zur Überprüfung in den Schritt 112 zurückverzweigt. Auf dieselbe Art und Weise kann eine Mehrzahl weiterer Größen bzw. Parameter, die den Betriebspunkt beschreiben, geprüft werden. Entspricht in einem Schritt 114 ein letzter Parameter, der zu überprüfen ist, ebenfalls einem Parameter, der zusammen mit einem Klopfereignis abgespeichert worden ist, so wird zu einem Schritt 115 verzweigt und der aktuelle Splitfaktor derart angepasst, dass keine klopfende Verbrennung auftritt. Der Splitfaktor kann in dem Schritt 115 berechnet werden. Es ist ebenso vorstellbar, dass der Splitfaktor bereits zusammen mit dem Klopfereignis abgespeichert worden ist, so dass dieser nicht erneut berechnet werden muss.
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Selbstverständlich ist eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungsformen vorstellbar, insbesondere sind unterschiedliche Anordnungen der abzuarbeitenden Verfahrensschritte möglich.
