DE102015224409A1 - Fuel metering for the operation of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Um die Zumessung von Kraftstoff für den Betrieb eines eine Mehrzahl von Zylindern (64) aufweisenden Verbrennungsmotors zu optimieren, wobei für die Zumessung von Kraftstoff eine Direkteinspritzung und eine Saugrohreinspritzung vorgesehen sind, wird vorgeschlagen, dass während des Betriebs des Verbrennungsmotors für mindestens einen Zylinder (64) individuell der über die Direkteinspritzung zuzumessende Kraftstoffanteil und der über die Saugrohreinspritzung zuzumessende Kraftstoffanteil bestimmt wird und der Kraftstoff entsprechend der so ermittelten Einspritzstrategie (61) zugemessen wird.In order to optimize the metering of fuel for the operation of an internal combustion engine having a plurality of cylinders (64), wherein a direct injection and a port injection are provided for the metering of fuel, it is proposed that during the operation of the internal combustion engine for at least one cylinder (64 ) is individually determined by the direct injection to be metered fuel fraction and the zuzumessende via the intake manifold fuel component and the fuel is metered according to the thus determined injection strategy (61).
Description
Stand der TechnikState of the art
Das Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Saugrohreinspritzung und Benzindirekteinspritzung ermöglicht die Nutzung der jeweiligen Vorteile beider Einspritzarten für eine optimierte Gemischbildung und die daraus resultierende Verbrennung, wodurch unter anderem eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs erreicht wird. Insbesondere unter Volllast und bei gesteigerter Dynamik des Verbrennungsmotors ist das Benzindirekteinspritzsystem vorteilhafter, weil hier die Klopfneigung geringer ist. Im Teillastbereich hingegen ist die Saugrohreinspritzung vorteilhafter, weil hier die Anzahl der Partikel, insbesondere der Rußpartikel, sowie die Menge an bei der Verbrennung entstehenden Kohlenwasserstoffen geringer sind. The operation of an internal combustion engine with intake manifold injection and direct gasoline injection allows the use of the respective advantages of both types of injection for optimized mixture formation and the resulting combustion, which, inter alia, a reduction in fuel consumption is achieved. Especially under full load and with increased dynamics of the internal combustion engine, the gasoline direct injection system is more advantageous because the knock tendency is lower here. In the partial load range, however, the intake manifold injection is more advantageous because here the number of particles, in particular the soot particles, as well as the amount of hydrocarbons formed during combustion are lower.
Unter einer Einspritzstrategie versteht man die für die optimale Gemischbildung und Verbrennung verwendete Einspritzart, die eine Direkteinspritzung (DI), eine Saugrohreinspritzung (PFI) oder eine Kombination hieraus (DI-PFI-Splitbetrieb) sein kann. Gemäß dem heutigen Stand der Technik orientiert sich die Einspritzstrategie an dem für den jeweiligen Betriebspunk des Verbrennungsmotors kritischsten Zylinder. Dies bedeutet, dass die Einspritzstrategie Raum für Optimierung bietet. An injection strategy is the type of injection used for optimum mixture formation and combustion, which may be direct injection (DI), port injection (PFI), or a combination thereof (DI-PFI split operation). According to the current state of the art, the injection strategy is based on the critical cylinder for the respective operating point of the internal combustion engine. This means that the injection strategy offers room for optimization.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Verbrennungsmotors, der ein DI-System und ein PFI-System aufweist, hinsichtlich Verbrauch und Emission zu optimieren. The object of the invention is to optimize the operation of an internal combustion engine, which has a DI system and a PFI system, in terms of consumption and emission.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass während des Betriebs des Verbrennungsmotors für mindestens einen Zylinder individuell der über die Direkteinspritzung zuzumessende Kraftstoffanteil und der über die Saugrohreinspritzung zuzumessende Kraftstoffanteil bestimmt und der Kraftstoff entsprechend der so ermittelten Einspritzstrategie zugemessen wird. Vorzugsweise wird für jeden Zylinder die Einspritzstrategie individuell bestimmt. The object is achieved by a method of the type mentioned in that individually determined during the operation of the internal combustion engine for at least one cylinder to be metered via the direct injection fuel fraction and the zuzumessende via the intake manifold fuel content and the fuel is metered according to the injection strategy thus determined. Preferably, the injection strategy is determined individually for each cylinder.
Erfindungsgemäß wird die Einspritzstrategie folglich nicht mehr für den gesamten Motor sondern zylinderindividuell bestimmt. Dies bedeutet insbesondere, dass ein DI-PFI-Splitbetrieb nicht mehr zylinderübergreifend für den gesamten Motor festgelegt wird, sondern separat für jeden Zylinder ein Splitfaktor ermittelt wird. Ferner ist ein Betrieb von einzelnen Zylindern im DI-Modus und anderen Zylindern im PFI-Modus realisierbar. According to the invention, the injection strategy is therefore no longer determined for the entire engine but individually for each cylinder. This means, in particular, that a DI-PFI split operation is no longer specified across cylinders for the entire engine, but a split factor is determined separately for each cylinder. Furthermore, operation of individual cylinders in DI mode and other cylinders in PFI mode is feasible.
Die Erfindung hat unter anderem den Vorteil, den Betriebsbereich der Saugrohreinspritzung zu erweitern, der teilweise durch Klopfanfälligkeit oder Verbrennungsstabilität von einzelnen Zylindern eingeschränkt ist, was eine weitere Optimierung des Motors hinsichtlich Verbrauch und Emission ermöglicht. The invention has, inter alia, the advantage of expanding the operating range of the intake manifold injection, which is in part limited by the knockability or combustion stability of individual cylinders, which allows further optimization of the engine in terms of consumption and emission.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist der optimale Betrieb der Einspritzpfade für jeden Zylinder in entsprechenden Kennfeldern hinterlegt, mittels derer die Einspritzstrategie zylinderindividuell ermittelt wird. Dies erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors, beispielsweise der Motordrehzahl, der Motorlast, der Ansauglufttemperatur, der Motortemperatur, der Betriebsart (Homogenbetrieb, Schichtbetrieb, Zwischenbetrieb), der AGR-Rate, den Ventilsteuerzeiten, den Ventilhubkurven, der Kraftstoffart (beispielsweise Oktanzahl und/oder Alkoholgehalt). Je nach Verfügbarkeit, angestrebter Genauigkeit und dem gewollten Aufwand können unterschiedliche Kombinationen der vorgenannten Betriebsparameter für die Ermittlung der zylinderindividuellen Einspritzstrategie herangezogen werden. According to one possible embodiment, the optimal operation of the injection paths for each cylinder is stored in corresponding characteristic diagrams, by means of which the injection strategy is determined individually for each cylinder. This is preferably done as a function of engine operating parameters such as engine speed, engine load, intake air temperature, engine temperature, operating mode (homogeneous, stratified, intermittent), EGR rate, valve timing, valve lift curves, fuel type (eg, octane number and / or alcohol content). Depending on availability, desired accuracy and the desired effort, different combinations of the aforementioned operating parameters can be used to determine the cylinder-specific injection strategy.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann bei thermischen Problemen des Motors im Außenbereich, die beispielsweise durch den Einbauort oder Ansaugluft Temperaturunterschiede bedingt sind, eine Umschaltung des oder der zu heiß werdenden Zylinder auf Direkteinspritzung erfolgen beziehungsweise es kann der DI-Anteil erhöht werden. Dadurch entsteht eine stärkere Zylinderinnenkühlung auf Grund des Entzugs von Wärme des verdampfenden Kraftstoffs direkt im Zylinder, so dass die Klopfneigung maßgeblich durch eine Erhöhung des DI-Einspritzmengenanteils abgesenkt wird. By means of the method according to the invention or the device according to the invention, in the case of thermal problems of the motor in the outside area, which are caused for example by the installation location or intake air temperature differences, a switch of the cylinder or cylinders to be hot on direct injection or it can be the DI proportion increased. This results in a stronger internal cylinder cooling due to the withdrawal of heat of the evaporating fuel directly in the cylinder, so that the tendency to knock is significantly lowered by increasing the DI injection amount fraction.
Um im Zuge einer Klopfregelung ein Klopfen zu verhindern, wird aktuell eine Spätverstellung des Zündwinkels durchgeführt. Je weiter der Zündwinkel in Richtung spät gestellt ist, desto später ist die Verbrennungsschwerpunktlage und desto geringer ist die Klopfneigung. In order to prevent knocking in the course of a knock control, a retardation of the ignition angle is currently being carried out. The farther the firing angle is set to late, the later the center of gravity of the combustion and the lower the tendency to knock.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Splitfaktor zylinderindividuell angepasst und in Richtung Benzindirekteinspritzung verschoben, um dadurch die Klopfneigung zu verringern. Dadurch ist zumindest für einzelne Zylinder eine Zurücknahme der Zündwinkelreserve, also dem Abstand des gewählten Zündwinkels zu dem für diesen Zylinder optimalen Zündwinkel, bei dem die Verbrennung an der Klopfgrenze stattfindet, möglich. Dadurch ist ein weiterer Verbrauchsvorteil realisierbar. Gemäß einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Klopfregelung auf zwei Pfaden: einem schnellen Eingriff über die Verstellung des Zündwinkels und einen langsameren Eingriff über das Ändern des Splitfaktors und des teilweise Rückführen des Zündwinkels. According to one embodiment of the invention, the split factor is adjusted for each cylinder and moved in the direction of direct fuel injection, thereby reducing the tendency to knock. As a result, a retraction of the ignition angle reserve, that is to say the distance of the selected ignition angle from the optimum ignition angle for this cylinder, at which the combustion takes place at the knock limit, is possible, at least for individual cylinders. As a result, a further consumption advantage can be realized. According to one possible embodiment, the knock control takes place on two paths: a quick intervention via the adjustment of the ignition angle and a slower one Intervention on changing the split factor and the partial return of the ignition angle.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, Klopfeingriffe und daraus resultierende Änderungen des Splitfaktors zu lernen und für jedes Motorexemplar die optimale Einspritzstrategie zu adaptieren. Die Grundapplikation des Motors kann sich damit auf den sogenannten Best-Case abstützen und muss nicht mehr den Betriebsbereich für PFI auf das sogenannte Worst-Case-Verhalten einzelner Zylinder einschränken. According to a particularly advantageous embodiment, it is provided to learn knock interventions and resulting changes in the split factor and to adapt the optimum injection strategy for each engine copy. The basic application of the engine can thus be based on the so-called best case and no longer has to restrict the operating range for PFI to the so-called worst case behavior of individual cylinders.
Eine mögliche Realisierung dieser Adaption kann über einen gezielten Adaptionsmodus als Sonderbetrieb erfolgen. Hierzu werden beispielsweise alle Zylinder in einem reinen DI-Modus betrieben, an einem bezüglich des Klopfens kritischen Betriebspunkt. Alternativ hierzu kann eine gezielte Verstellung des Zündwinkels erfolgen, um einen hinsichtlich des Klopfens kritischen Betriebspunkt zu erreichen. In einem nächsten Schritt erfolgt für einen ausgewählten Zylinder eine Veränderung des Splitfaktors in Richtung Saugrohreinspritzung (PFI), bis eine klopfende Verbrennung feststellbar ist. Der Splitfaktor wird dann für diesen Zylinder gespeichert. Vorzugsweise erfolgt diese Speicherung betriebspunktabhängig. Dieses Verfahren wird dann für die weiteren Zylinder durchgeführt. Somit kann für jeden Zylinder die Klopfregelung individuell optimiert werden. A possible realization of this adaptation can take place via a specific adaptation mode as a special operation. For this purpose, for example, all cylinders are operated in a pure DI mode, at a critical operating point with regard to knocking. Alternatively, a targeted adjustment of the ignition angle can be made in order to achieve a critical operating point in terms of knocking. In a next step, a change in the split factor in the direction of intake manifold injection (PFI) takes place for a selected cylinder until a knocking combustion can be detected. The split factor is then saved for this cylinder. Preferably, this storage is operating point dependent. This procedure is then carried out for the other cylinders. Thus, the knock control can be individually optimized for each cylinder.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, den Adaptionsmodus im reinen PFI-Betrieb zu starten. In einem kritischen Betriebspunkt wird der Zündwinkel für einen Zylinder so verstellt, dass gerade ein Klopfen auftritt. Anschließend wird der DI-Anteil erhöht, bis keine klopfende Verbrennung mehr stattfindet. Hierbei sind Eingriffe auf dem Zündwinkel und den Splitfaktor vorteilhaft, da im Wechsel der Zündwinkel in Richtung "früh" und der Splitfaktor in Richtung "DI" gestellt werden soll, um die optimalen Parameter zu ermitteln. Alternatively, it may be provided to start the adaptation mode in pure PFI mode. At a critical operating point, the firing angle for a cylinder is adjusted so that knocking just occurs. Subsequently, the DI content is increased until no more knocking combustion takes place. In this case, interventions on the ignition angle and the split factor are advantageous, since in alternation the ignition angle in the direction of "early" and the split factor in the direction of "DI" is to be determined in order to determine the optimal parameters.
Für die Bestimmung der zylinderindividuellen Einspritzstrategie ist es weiterhin vorteilhaft, eine oder mehrere der folgenden Größen, Zusammenhänge und/oder Funktionalitäten miteinzubeziehen:
- – Ein Wandfilmmodell zur Berechnung und/oder Korrektur des Wandfilmflusses, sowohl für das Saugrohr als auch den Brennraum;
- – Die Abhängigkeit der zylinderindividuellen Berechnung der Zündung von der gewählten Einspritzung, also beispielsweise dem aktuellen Splitfaktor;
- – Ein Warmlauffaktor;
- – Ein Momentenmodell zur Korrektur der Drehmomentunterschiede, die sich über den Zündwinkeleingriff und/oder zylinderindividuelle Ventilhubeingriffe ergeben.
- - A wall film model for the calculation and / or correction of the wall film flow, both for the intake manifold and the combustion chamber;
- The dependence of the cylinder-specific calculation of the ignition on the selected injection, thus, for example, the current split factor;
- - a warm-up factor;
- - A torque model for correcting the torque differences, which result from the Zündwinkeleingriff and / or cylinder-individual valve lift interventions.
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 explizit hingewiesen wird. Es zeigen:Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments, which are explained with reference to the drawings, wherein the features both alone and in different combinations for the invention may be important, without being explicitly noted. Show it:
In
Die Direkteinspritzventile
Der von der Kraftstoffniederdruckpumpe
Das Steuergerät
Die Brennkraftmaschine
In dem in
Die Funktionalitäten und Eingabegrößen
Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Wechselwirkungen möglich und vorteilhafterweise zu realisieren, die in
Das Verfahren beginnt in einem Schritt
In einem Schritt
In
In einem Schritt
Selbstverständlich sind die in den
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