DE102016202183A1

DE102016202183A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102016202183A1
Application number: DE102016202183.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Hummel; Benjamin Schill; Anja Blau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2017-08-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessung mit einem saugrohrbasiert zumessenden Kraftstoffpfad (20) sowie mit einem direkt zumessenden Kraftstoffpfad (19), wobei die bei saugrohrbasierter Kraftstoffzumessung und bei direkter Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Mengenaufteilung berechnet wird, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass für wenigstens eine nicht aktive oder neu aktivierte Einspritzkomponente eines der genannten Kraftstoffpfade eine Temperaturbelastung ermittelt wird (425) und dass auf der Grundlage der ermittelten Temperaturbelastung ein solcher Wert der genannten Mengenaufteilung bestimmt wird (435), dass einer möglichen Temperaturüberlastung der genannten wenigstens einen Einspritzkomponente entgegengewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer 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 Brennkraftmaschine gekoppelt und damit parallel betrieben. Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem bzw. eine entsprechende Brennkraftmaschine wird auch als sogenanntes „Dualsystem“ bezeichnet, in dessen Mischbetrieb Kraftstoff zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine parallel mittels einer Saugrohreinspritzung (SRE) und mittels einer Brennstoff- bzw. Kraftstoffdirekteinspritzung (BDE) gemäß einem wählbaren Aufteilungsmaß zuführbar ist. Dabei gibt das Aufteilungsmaß eine Aufteilung des Kraftstoffs in eine Kraftstoffmenge, die dem Zylinder mittels der Saugrohreinspritzung zuführbar ist, und in eine weitere Kraftstoffmenge an, die dem Zylinder mittels der Kraftstoffdirekteinspritzung 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 (nachfolgend „Mengenaufteilung“), einen für unterschiedliche Betriebsbedingungen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu bewerkstelligen. Durch die Nutzung der Vorteile beider Einspritzarten wird eine optimale Gemischbildung und Verbrennung ermöglicht. So ist die BDE vorteilhafter bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine oder einem Betrieb unter Volllast, da hierdurch das an sich bekannte Selbstentzünden einer Brennraumfüllung (sog. „Klopfen“) vermieden werden kann. Andererseits wird bei der SRE in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft die Abgasbelastung mit Partikeln und/oder Kohlenwasserstoffen (HC) verringert.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftstoffaufteilung bei einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzsystem mit direkter Kraftstoffzumessung (BDE) und mit saugrohrbasierter Kraftstoffzumessung (SRE) bei einer vorgegebenen Mengenaufteilung zumindest kurzzeitig so betrieben werden kann, dass nur einer der beiden Kraftstoffpfade zeitweise aktiv ist und der jeweils andere Kraftstoffpfad entsprechend zeitweise nicht aktiv ist.
Da die Einspritzkomponenten bei den beiden Kraftstoffpfaden verschieden sind, kommt es aufgrund der Nicht-Verwendung von Einspritzkomponenten bei durch die aktivierten Einspritzkomponenten des jeweils anderen Kraftstoffpfads verursachter Verbrennung zu einer insbesondere thermischen Belastung der nicht aktiven bzw. nicht verwendeten Einspritzkomponenten. Eine solche Belastung kann sich durch eine übermäßige Temperaturbelastung bzw. Temperaturüberlastung und/oder durch eine erhöhte Verkokung der jeweils nicht aktiven Einspritzkomponente auswirken. Entsprechend gilt dies auch im Fall einer erneuten Aktivierung („Wiederaktivierung“) einer Einspritzkomponente nach ihrer vorübergehenden Deaktivierung. Dieser Effekt kann vor allem im Betrieb der Brennkraftmaschine unter relativ hohen Lasten verstärkt auftreten.
Ein möglicher Ansatz zum Entgegenwirken einer solchen Temperaturüberlastung besteht z.B. darin, dass die Brennraumtemperatur im BDE-Betrieb, gegenüber dem SRE-Betrieb, dadurch abgesenkt werden kann, dass der Kraftstoff durch die Verdampfung des Kraftstoffs direkt im Brennraum sowie durch die aufgrund der durch den BDE-Betrieb eingebrachten kinetischen Energie der eingespritzten Kraftstoffteilchen bzw. Kraftstofftröpfchen erzeugten erhöhten Turbulenzen eine verstärkte Gemischkühlung und damit auch eine schnellere Abkühlung der betroffenen Einspritzkomponente(n) erfährt.
Im Gegensatz zu einem hier betroffenen dualen Einspritzsystem wird bei herkömmlichen Einspritzsystemen mit nur einem Kraftstoffpfad (SRE oder BDE) die Temperaturbelastung direkt mit einer einzelnen aktiven Verbrennung korreliert, was bei einem hier betroffenen Dualsystem nicht möglich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für wenigstens eine nicht aktive Einspritzkomponente oder für wenigstens eine erneut aktivierte Einspritzkomponente die Temperaturbelastung ermittelt und auf der Grundlage der so ermittelten Temperaturbelastung ein geeigneter Wert der genannten Mengenaufteilung bestimmt, um einer möglichen Temperaturüberlastung der genannten wenigstens einen Einspritzkomponente entgegenzuwirken. Die Veränderung der Mengenaufteilung erfolgt dabei bevorzugt in Richtung relativ erhöhter BDE-Kraftstoffzumessung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass zunächst festgestellt wird, ob momentan ein genannter Betriebsmodus vorliegt, bei dem nur einer der beiden Kraftstoffpfade aktiv ist, und bei Vorliegen eines solchen Betriebsmodus‘ die Mengenaufteilung des zugemessenen Kraftstoffs zwischen saugrohrbasierter Kraftstoffzumessung (SRE) und direkter Kraftstoffzumessung (BDE) abhängig von einer ermittelten Temperaturbelastung der jeweils nicht aktiven Einspritzkomponenten so zu verändern, dass der genannten Temperaturbelastung entgegengewirkt wird.
Die Ermittlung der genannten Temperaturbelastung kann auf der Grundlage eines Temperaturmodells erfolgen, bei dem insbesondere auch die Vorgeschichte von Verbrennungen, das heißt vorausgegangene bzw. zuletzt erfolgte Verbrennungen, berücksichtigt werden kann. Die Vorgeschichte der Verbrennungen kann dabei ein momentanes und/oder vorausgegangenes Transientenverhalten bzw. Verhalten der Brennkraftmaschine bzw. des Einspritzsystems im transienten Betrieb umfassen. Ein genanntes Transientenverhalten kann eine durch einen Fahrerwunsch bedingte, plötzliche Momentenanforderung bzw. einen plötzlichen Lastwechsel darstellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zusätzlich vorgesehen sein, dass ein momentaner bzw. aktueller Lastzustand der Brennkraftmaschine erfasst wird, z.B. aus einem Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgelesen wird, und erst bei einem einen empirisch vorgebbaren Schwellenwert übersteigenden Lastzustand die Mengenaufteilung in der genannten Weise verändert wird.
Die genannte Temperaturbelastung einer momentan nicht-aktiven Einspritzkomponente kann präventiv ermittelt werden, um zu gewährleisten, dass möglichst frühzeitig eine genannte Änderung der Mengenaufteilung erfolgt, wenn die Belastung einen kritischen Wert z.B. näherungsweise erreicht. Dadurch wird insbesondere wirksam verhindert, dass es überhaupt zu einer Temperaturüberlastung der jeweiligen Einspritzkomponente kommen kann und somit werden nachfolgende Fehler und/oder Schäden aufgrund dieser Temperatur präventiv vermieden.
Durch die vorgeschlagene Anpassung bzw. Verschiebung der Mengenaufteilung ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Betrieb einer hier betroffenen Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffzumessung, wobei auch über einen längeren Zeitraum einer der beiden Kraftstoffpfade vollständig deaktiviert werden kann, während der jeweils andere Kraftstoffpfad aktiv ist, ohne dass es zu einer genannten Temperaturüberlastung kommt.
Die erfindungsgemäße Anpassung der Mengenaufteilung der beiden Kraftstoffmengen für die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung und für die direkte Kraftstoffzumessung wird bevorzugt für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt, und zwar sequenziell bzw. nacheinander.
Die Erfindung kann insbesondere in hier betroffenen dualen Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen die möglichen Betriebsbereiche auch einen reinen BDE-Betrieb und/oder einen reinen SRE-Betrieb aufweisen, zur Anwendung kommen. Darüber hinaus ist auch eine Anwendung bei im industriellen Bereich, z.B. in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzten Brennkraftmaschinen mit einer dualen Kraftstoffzumessung 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 bei einer Brennkraftmaschine 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 schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Saugrohreinspritzung, gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Direkteinspritzung, gemäß dem Stand der Technik.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
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 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. Diese beiden Gruppen von Kraftstoffeinspritzventilen entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel den eingangs genannten verschiedenen Einspritzkomponenten.
Die erste Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 19, bei denen pro Zylinder ein Hochdruckeinspritzventil angeordnet ist und welche direkt in den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 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 anzumerken, dass bei einer in 1 gezeigten Brennkraftmaschine meist bei jedem der vier Zylinder 11 jeweils ein (gezeigtes) Kraftstoffeinspritzventil 19 und jeweils ein (hier nur zweifach gezeigtes) Zweistrahl-Einspritzventil 26, 27 angeordnet sind.
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 (typischerweise mit 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-Kraftstoff-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 bei 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.
Bei einem hier betroffenen Dualsystem zur Kraftstoffzumessung werden die beschriebenen beiden Kraftstoffanteile, d.h. der SRE- und der BDE-Anteil, bekanntermaßen mittels entsprechenden, verschiedenen Einspritzkomponenten zugemessen. Bei der Kraftstoffzumessung ist 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, zur Verhinderung einer genannten Temperaturüberlastung von zeitweilig nicht aktiven Einspritzkomponenten, wird nachfolgend anhand eines in 4 gezeigten Flussdiagramms beschrieben.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren beruht auf der Anpassung eines bestehenden Modells für die Temperaturbelastung einer ersten Einspritzkomponente eines ersten Kraftstoffpfades im Falle ihrer zeitweiligen Nicht-Aktivität gegenüber einer zweiten Einspritzkomponente des jeweils anderen Kraftstoffpfades. Die Anpassung des Temperaturmodells führt im Ergebnis zu der notwendigen Anpassung der Mengenaufteilung bzw. des Aufteilungsfaktors zwischen der BDE- und der SRE-Einspritzung. Im Stand der Technik wird nur eine aktive Einspritzung mit einer aktiven Verbrennung verbunden, wobei sich die bekannten Modelle nur auf die aktiv einspritzenden Komponenten auswirken. Dieser feste Zusammenhang zwischen Einspritzung und Verbrennung wird aus den genannten Gründen vorliegend aufgegeben und durch einen möglichst eindeutigen, wie eben beschrieben geänderten Zusammenhang ersetzt.
Die in 4 gezeigte Routine wird vorliegend für alle Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell bzw. nacheinander durchgeführt, und zwar vorliegend für einen i-ten Zylinder. Zu Beginn der in 4 gezeigten Routine wird zunächst ein momentaner Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. ein aktueller Wert der Last, erfasst bzw. aus einem Steuergerät ausgelesen 400. Zusätzlich können, wie durch die Strichelung 402 angedeutet, weitere die Verbrennung bestimmende Größen, insbesondere aktuell vorliegende Umgebungsbedingungen wie z.B. der Luftdruck und/oder die Lufttemperatur, erfasst bzw. ausgelesen werden und bei den nachfolgenden Schritten berücksichtigt werden.
In Schritt 405 wird geprüft, ob der erfasste 400 Betriebszustand der Brennkraftmaschine einen im Vorfeld z.B. empirisch vorgebbaren ersten Schwellenwert überschreitet. Dieser erste Schwellenwert wird so bestimmt bzw. festgelegt, dass eine genannte Temperaturüberlastung einer genannten Einspritzkomponente bei der Verbrennung prinzipiell möglich ist. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird wieder an den Anfang der Routine zurückgesprungen 410.
Es ist hervorzuheben, dass die Schritte 400–410 nur bevorzugt sind und daher die Routine auch nur die Schritte 415 ff. umfassen kann.
Ist die Bedingung gemäß Prüfschritt 405 jedoch erfüllt, dann wird ein den Betriebszustand der Einspritzung und der Zündung charakterisierendes Statusbit ausgelesen 415. Das vorliegend binäre Statusbit mit den Werten ‚00‘, ‚01‘, ‚10‘ und ‚11‘ umfasst unter anderem, ggf. neben anderen Betriebszuständen, insbesondere die in der folgenden Tabelle gezeigten vier Betriebszustände. Bei diesen Betriebszuständen ist die Zündung für beide Pfade „aktiv“ gesetzt, wobei hervorzuheben ist, dass die Zündung grundsätzlich nicht pfad-spezifisch ist, da bei den meisten Brennkraftmaschinen mit hier betroffener Dualeinspritzung für die beiden Kraftstoffpfade nur eine Zündung bzw. Zündspule vorgesehen ist.

Einspritzpfad Einspritzzustand Zündzustand Statusbit

SRE aktiv aktiv 00

nicht aktiv (*) aktiv 01

BDE aktiv aktiv 10

nicht aktiv (*) aktiv 11

Tabelle
In der Tabelle sind insbesondere die mit (*) markierten Zustände (entsprechend auch den nachfolgenden Zuständen b) und d)) von Bedeutung, bei denen aufgrund der fehlenden Kühlung über den jeweiligen Einspritzpfad eine besonders hohe Temperaturbelastung zu erwarten ist, welche sich im Detail erst aus einer beschriebenen Modellrechnung ergibt bzw. mittels dieser genauer festgestellt oder verifiziert werden kann.
Insgesamt ergeben sich in diesem Ausführungsbeispiel die folgenden unterschiedlichen Betriebszustände bzw. Betriebszustandspaare:

a) Einspritzung_SRE aktiv / Zündung aktiv, d.h. eine Beteiligung des SRE-Kraftstoffpfads an einer momentanen Einspritzung;
b) Einspritzung_SRE nicht aktiv / Zündung aktiv, d.h. der SRE-Pfad ist deaktiviert, aber eine Einspritzung (über den BDE-Pfad) und damit eine beschriebene Temperaturbelastung vorhanden;
c) Einspritzung_BDE aktiv / Zündung aktiv, d.h. eine Beteiligung des BDE-Kraftstoffpfads an einer momentanen Einspritzung;
d) Einspritzung_BDE nicht aktiv / Zündung aktiv, d.h. der BDE-Pfad ist deaktiviert, aber eine Einspritzung (über den SRE-Pfad) und damit eine beschriebene Temperaturbelastung vorhanden

Zusätzlich existiert ein Mischzustand e), bei dem die Zündung aktiv ist und beide Kraftstoffpfade ebenfalls aktiv sind. Auch dieser Betriebszustand kann durch ein entsprechendes logisches Statusbit abgedeckt werden und ggf. in die Modellrechnung eingehen.
Dabei wird eine an sich bekannte Modellrechnung um die (zusätzliche) Temperaturbelastung der Einspritzventile erweitert, welche insbesondere im Fall d) eintritt, da der genannte besondere Kühlungseffekt bei einer BDE-Einspritzung wegfällt. Die Berechnung dieser geänderten Temperaturbelastung beruht in diesem Ausführungsbeispiel auf einer entsprechenden Erhöhung des Temperaturgradienten, der sich aufgrund der SRE-Einspritzung einstellt. Dazu kann ein bisheriges Temperaturbelastungsmodell, bei dem die Spitze eines Einspritzventils bzw. Injektors einen temperaturkritischen Punkt darstellt, so modifiziert bzw. erweitert werden, dass der genannte, z.B. von der jeweiligen Durchsatzmenge des Kraftstoffs abhängige Kühleffekt nicht mehr berücksichtigt bzw. eingerechnet wird.
Dieser modellierte, erhöhte Temperaturanstieg wird im Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem empirisch vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert verglichen, der wiederum für verschiedene Injektoren unterschiedlich sein kann, und bei Übersteigen einer momentanen Temperaturbelastung dieses Schwellenwertes eine Aktivierung des BDE-Kraftstoffpfades des jeweils betrachteten bzw. aktiven Zylinders angefordert bzw. erzwungen. Dadurch wird der Injektor, der aufgrund der Nicht-Aktivierung und gemäß Fall a) ebenfalls modifizierten Temperaturmodells eine kritische Belastung erfährt, durch die BDE-Einspritzung aktiv gekühlt.
Die Aktivierung des BDE-Kraftstoffpfades kann mittels eines eigenen Anforderungsbits, ggf. einschließlich einer Verknüpfung mit einer Dringlichkeit, implementiert werden, wobei dieses Anforderungsbit nach einem Überschreiten des genannten Temperatur-Schwellenwertes als neue Anforderung in einen bestehenden Koordinator des Dualsystems eingebunden werden kann.
Bei der genannten Modifikation des Temperaturbelastungsmodells wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die aufgrund des Wärmeeintrags sich ergebende Erhöhung der Temperatur, d.h. der Gesamttemperaturanstieg in der jeweiligen Einspritzkomponente während des Betriebs, zugrunde gelegt. Dabei erfolgt ein einfacher Vergleich zwischen einer aus Sensordaten der Umgebungstemperatur sich ergebenden Anfangstemperatur und einer sich je erfolgter Verbrennung unter Berücksichtigung der Thermodynamik aufgrund der Abkühlung z.B. durch den Fahrtwind sich ergebenden Betriebs- bzw. Endtemperatur. Die bei der Modifikation zu berücksichtigenden, erforderlichen Temperaturunterschiede zwischen einer BDE- und einer SRE-Verbrennung an sich werden dabei bevorzugt aus Literaturwerten entnommen, da sie ansonsten nur mittels Berechnung aufwändiger Wärmeintegrale bzw. entsprechender Simulationsrechnungen zu ermitteln wären.
In den oben genannten Fällen b) und c) kann das bisherige Temperaturbelastungsmodell weiterhin verwendet werden, da die Aktivierung des BDE-Kraftstoffpfades bereits für den genannten Kühlungseffekt sorgt und die SRE-Beteiligung keinen maßgeblichen Einfluss auf die Temperaturbelastung hat. In den Fällen a) und e) kann zusätzlich geprüft werden, ob auch Fall d) vorliegt bzw. erfüllt ist, wobei bei Erfülltsein von d), d.h. sowohl SRE- als auch BDE-Pfad sind aktiv, eine beschriebene Berechnung gemäß Fall d) und wobei bei Erfülltsein von Fall e) (genannter „Mischbetrieb“) eine genannte, auf dem Kühleffekt beruhende Temperaturberechnung erfolgen kann. Es ist ferner anzumerken, dass zusätzlich zu einer genannten Temperaturbelastung einer Einspritzkomponente (z.B. Injektor) auch weitere Belastungseffekte, z.B. eine übermäßige Verkokung an einer nicht-aktiven Einspritzkomponente, bestimmt und ausgewertet werden können.
Auf der Grundlage des, wie oben beschrieben, ausgelesenen 415 Statusbits wird eine genannte Modellrechnung durchgeführt 420. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die modellbasierte Berechnung der Temperaturbelastung einer einzelnen Einspritzkomponente nicht direkt an einen einzelnen Verbrennungsvorgang gebunden, sondern es erfolgt eine genannte Fallunterscheidung, welche z.B. auf den in der obigen Tabelle gezeigten unterschiedlichen Betriebszuständen bzw. Statusbits beruht.
In dem nachfolgenden Prüfschritt 425 wird dann geprüft, ob die aus der Modellrechnung sich ergebende Temperaturbelastung einer Einspritzkomponente vorliegend des SRE-Kraftstoffpfades aufgrund ihrer zeitweiligen Nicht-Aktivität gegenüber einer Einspritzkomponente des BDE-Kraftstoffpfades den genannten, empirisch vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert übersteigt. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird an den Anfang der Routine zurückgesprungen 430. Andernfalls wird in Schritt 435 die Kraftmengenaufteilung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hin zu erhöhter BDE-Einspritzung verschoben, d.h. das arithmetische Verhältnis aus den beiden oben beschriebenen Größen KM_BDE / KM_SRE, der so genannte „Aufteilungsfaktor“, wird um einen ebenfalls empirisch vorgegebenen Wert erhöht.
Auf der Grundlage des so geänderten Aufteilungsfaktors bzw. der anteiligen Kraftstoffmenge des BDE-Pfades werden für den vorliegenden i-ten Zylinder eine genannte BDE-Einspritzung und für die im Hinblick auf die gesamte zuzumessende Kraftstoffmenge jeweils übrige Kraftstoffmenge eine SRE-Einspritzung durchgeführt 440. Danach wird wieder an den Anfang der Routine zurückgesprungen und die beschriebenen Schritte 400–440 für den nächsten, d.h. vorliegend den i + 1-ten Zylinder, durchgeführt.
Es ist anzumerken, dass das beschriebene Statusbit auch durch einen logischen Ereigniszähler bzw. Einspritzzähler implementiert werden kann, da die Temperaturbelastung mit zunehmender Anzahl an oben beschriebenen Einspritzereignissen zunimmt. Dabei kann pro Kraftstoffpfad ein eigener Zähler vorgesehen sein, wobei bei einer aktiven Anforderung einer Kraftstoffzumessung beide logischen Zähler auf den Wert „wahr“ gesetzt werden, damit sichergestellt ist, dass zumindest einer der beiden Kraftstoffpfade aktiv ist.
Es ist ferner anzumerken, dass es auf die genauen Werte der genannten Änderungen der Mengenaufteilung sowie der genauen Schwellenwerte vorliegend nicht ankommt, da diese Werte von der jeweiligen Brennkraftmaschine bzw. der verbauten Kraftstoffzumessung individuell abhängen.
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 Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessung mit einem saugrohrbasiert zumessenden Kraftstoffpfad (20) sowie mit einem direkt zumessenden Kraftstoffpfad (19), wobei die bei saugrohrbasierter Kraftstoffzumessung und bei direkter Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Mengenaufteilung berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens eine nicht aktive oder neu aktivierte Einspritzkomponente eines der genannten Kraftstoffpfade eine Temperaturbelastung ermittelt wird (425) und dass auf der Grundlage der ermittelten Temperaturbelastung ein solcher Wert der genannten Mengenaufteilung bestimmt wird (435), dass einer möglichen Temperaturüberlastung der genannten wenigstens einen nicht aktiven oder neu aktivierten Einspritzkomponente entgegengewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass nur einer der beiden Kraftstoffpfade aktiv ist, die Mengenaufteilung des zugemessenen Kraftstoffs zwischen saugrohrbasierter Kraftstoffzumessung (20) und direkter Kraftstoffzumessung (19), abhängig von einer ermittelten Temperaturbelastung der jeweils nicht aktiven Einspritzkomponente, verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbelastung auf der Grundlage eines Temperaturbelastungsmodells (420) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Temperaturbelastungsmodell eine Erhöhung eines Temperaturgradienten, der sich aufgrund einer saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung einstellt, berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Temperaturbelastung die Vorgeschichte von Verbrennungen berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Temperaturbelastung ein momentanes und/oder vorausgegangenes Transientenverhalten der Brennkraftmaschine und/oder der dualen Kraftstoffzumessung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Transientenverhalten durch eine durch einen Fahrerwunsch bedingte Momentenanforderung verursacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbelastung einer nicht aktiven oder neu aktivierten Einspritzkomponente präventiv ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der beiden Kraftstoffmengen für die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung und für die direkte Kraftstoffzumessung für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt, und zwar sequenziell bzw. nacheinander durchgeführt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 10 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine duale Kraftstoffzumessung mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zu steuern.