DE19932312A1 - Verfahren zum Betrieb einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine wird von einem Injektor (6) Kraftstoff in den Brennraum (4) eingespritzt, in dem aus dem Kraftstoff (12) und Verbrennungsluft gebildetes Gemisch durch Auslösen eines Zündfunkens zwischen den Elektroden (8) einer Zündkerze (7) gezündet und verbrannt wird. Eine Steuereinheit (10) stellt den Brennvorgang im Brennraum (4) bestimmende Parameter derart ein, daß eine klopfende Verbrennung vermieden ist. DOLLAR A Um der Bildung von Ablagerungen im Brennraum und insbesondere an dem Injektor der Zündkerze nach längerer Betriebszeit der Brennkraftmaschine entgegenzuwirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Brennkraftmaschine (1) turnusmäßig für ein vorbestimmtes Reinigungsintervall (R) mit klopfender Verbrennung zu betreiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer di­ rekteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Injektor pro Zylinder zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Das im Brennraum aus Kraftstoff und Verbrennungsluft gebil­ dete Gemisch wird durch Auslösen eines Zündfunkens zwischen den Elektroden einer Zündkerze gezündet und verbrannt. Aus der WO 97/40356 ist ein Betriebsverfahren für direktein­ spritzende Otto-Brennkraftmaschinen bekannt, bei der eine Steuereinheit die den Brennvorgang im Brennraum bestimmen­ den Parameter derart einstellt, daß eine klopfende Verbren­ nung vermieden ist. Bei klopfender Verbrennung brennt ein Teil des Kraftstoff/Luftgemischs nicht von der Zündkerze ausgehend gleichmäßig durch, sondern entzündet sich selbst und verbrennt schlagartig, wobei die dabei auftretenden Druckspitzen sich leistungsmindernd auswirken können. Bei dem bekannten Verfahren werden zur Erkennung klopfender Verbrennung Ausgangssignale von Klopfsensoren ausgewertet und von einem Mikrocomputer des Steuergerätes Steuersignale für die Zündung oder die Einspritzung berechnet. Bei er­ kanntem Klopfen wird der Zündzeitpunkt in Richtung später Zündung während des Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine verstellt. Durch die Verstellung des Zündzeitpunktes soll sichergestellt werden, daß bei den folgenden Verbrennungs­ vorgängen Klopfen vermieden wird.

Die Direkteinspritzung von Kraftstoff zur Gemischbildung ist als vorteilhaft bekannt, wobei sich jedoch immer wieder gezeigt hat, daß sich insbesondere mit fortlaufender Be­ triebsdauer der Brennkraftmaschine Verbrennungsrückstände im Brennraum abgelagert haben, welche die Funktion von In­ jektor bzw. Zündkerze beeinträchtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer direkteinspritzenden Brenn­ kraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem der Bildung von Ablagerungen oben im Brennraum, insbeson­ dere am Injektor und der Zündkerze entgegengewirkt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine turnusmäßig für ein vorbestimmtes Reinigungsintervall mit klopfender Verbrennung mit entsprechender Einstellung der Parameter durch die Steuereinheit betrieben wird. Durch die bewußt eingeleitete klopfende Verbrennung für einen be­ stimmten Betriebszeitraum werden die bei der klopfenden Verbrennung auftretenden Druckschwingungen im Brennraum ge­ nutzt, um Ablagerungen zu lösen und insbesondere die Injek­ toren beim direkteinspritzenden Otto-Motor zu reinigen.

Vorteilhaft wird der Steuereinheit dabei das Meßsignal ei­ nes an der Brennkraftmaschine angebrachten Klopfsensors eingegeben, wobei die Steuereinheit während der Reinigungs­ intervalle aus dem Meßsignal ermittelt, ob klopfende Ver­ brennung vorliegt. Bei Ausbleiben klopfender Verbrennung während des Reinigungsintervalls wird die Parametereinstel­ lung in Richtung klopfender Verbrennung korrigiert. Beson­ ders zweckmäßig werden die Zylinder der Brennkraftmaschine individuell bezüglich des Brennvorganges im Brennraum und der Reinigungsintervalle eingestellt. Bei zeitversetzter Lage der Reinigungsintervalle der einzelnen Zylinder ist die klopfende Verbrennung des sich im Reinigungsbetrieb be­ findlichen Zylinders mit klopfender Verbrennung im gesamten Betriebsverhalten aller Zylinder kaum wahrnehmbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, die klopfende Verbrennung während des Reinigungs­ intervalles durch Verstellung des Zündzeitpunktes in Rich­ tung früher Zündung während des Arbeitsspiels des jeweili­ gen Zylinders kontrolliert einzuleiten. Die gewünschte klopfende Verbrennung zur Reinigung des Brennraums und des Injektors kann jedoch auch durch gezielte Versteilung ande­ rer den Brennvorgang beeinflussenden Parameter wie etwa der Einspritzzeit oder der Einspritzmenge pro Arbeitsspiel her­ beigeführt werden.

Die Reinigung des Brennraumes durch das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft bei solchen direktein­ spritzenden Otto-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, dessen Motorsteuerungen eine Klopfregelung aufweisen und unter Berücksichtigung des Ausgangssignals des Klopfsensors im Grenzgebiet der klopfenden Verbrennung betrieben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer direktein­ spritzenden Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Zündzeitpunkt-Ver­ stellung während des Reinigungsintervalles.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Brennkraftmaschine 1, in deren Zylinder ein Kolben 3 längsbeweglich als Bestand­ teil eines Kurbeltriebes 5 angeordnet ist. Der Boden des Kolbens 3 begrenzt in dem Zylinder 2 einen Brennraum 4, in dem zum Antrieb des Kolbens 3 Kraftstoff verbrannt wird. Der Kraftstoff 12 wird von einem Injektor 6 direkt in den Brennraum 4 eingespritzt, wobei mit separat zugeführter Verbrennungsluft ein brennbares Kraftstoff/Luft-Gemisch ge­ bildet wird, welches durch einen Zündfunken gezündet wird. Der Zündfunke springt dabei nach Anlegen der erforderlichen überschlagsspannung zum Zündzeitpunkt zwischen den Elektro­ den 8 einer Zündkerze 7 über. Der Zündzeitpunkt wird von einer Steuereinheit 10 durch Zuleitung eines Zündsignals 11 zur Zündkerze 7 und Anlegen der entsprechenden Zündspannung bestimmt. Die Steuereinheit 10 erzeugt desweiteren ein Ein­ spritzsignal 14 für den Injektor 6 und stellt so die Ein­ spritzparameter wie Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt oder -dauer ein, um die für den jeweils vorliegenden Be­ triebspunkt vorgesehene Gemischkonfiguration zu erreichen. Die entsprechenden Sollwerte 16 für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sind in einem Kennfeldspeicher 13 elektronisch abgespeichert.

Die Gemischbildung im Brennraum 4 mit den entsprechenden Einspritzparametern und der Zündzeitpunkt werden unter Be­ rücksichtigung eines Klopfsignals 15 eines an der Brenn­ kraftmaschine 1 angebrachten Klopfsensors 9 so eingestellt, daß im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 eine klop­ fende Verbrennung vermieden ist. Mit dieser Klopfregelung kann die Brennkraftmaschine 1 unter Berücksichtigung des Meßsignals 15 des Klopfsensors 9 nahe der Klopfgrenze be­ trieben werden.

Um dauerhaft optimale Gemischbildungsverhältnisse und Brennverhalten des Kraftstoff/Luft-Gemisches zu erhalten, ist vorgesehen, die Brennkraftmaschine turnusmäßig für ein bestimmtes Reinigungsintervall mit klopfender Verbrennung zu betreiben. Dabei entstehen Druckspitzen im Brennraum, mittels derer Ablagerungen am Injektor 6 und an der Zünd­ kerze 7 entfernt werden. Im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ist vorgesehen, die klopfende Verbrennung durch Ver­ stellung des Zündzeitpunktes in Richtung früher Zündung während des Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine einzulei­ ten.

Fig. 2 zeigt in grafischer Darstellung die Verstellung des Zündzeitpunktes ZZP während des turnusmäßig durchgeführten Reinigungsintervalles R für den Brennraum. Die turnusmäßige Durchführung des Reinigungsintervalles R wird von der Steu­ ereinheit nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer oder auch vorteilhaft nach Ablauf einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine 1 veranlaßt, sofern sich die Brennkraftmaschine 1 in unteren Lastbereichen be­ findet. Wird die Brennkraftmaschine zu Beginn des vorgese­ henen Reinigungsintervalles in oberen Kennfeldbereichen be­ trieben, wobei eine klopfende Verbrennung schädliche Aus­ wirkungen auf die Bauteile haben kann, so wird die Reini­ gung mit Hilfe klopfender Verbrennung aufgeschoben, bis günstige Verhältnisse für die Durchführung der Reinigung vorliegen.

Zu Beginn des Reinigungsintervalles R zum Zeitpunkt 1 wird der Zündzeitpunkt um einen vorgegebenen Wert ΔZZP, bei­ spielsweise 3° Kurbelwinkel in Richtung früher Zündung ver­ stellt. Die Steuereinheit 10 wertet anschließend das Klopf­ signal 15 des Klopfsensors 9 an der Brennkraftmaschine 1 aus, um festzustellen, ob die beabsichtigte klopfende Ver­ brennung zur Reinigung 4 eingetreten ist. Der Zündzeitpunkt wird von der Klopfregelung gegebenenfalls mehrfach um den Wert ΔZZP verstellt, bis beispielsweise zum Zeitpunkt 3 wie in Fig. 2 die gewünschte klopfende Verbrennung auftritt. Erkennt die Klopfregelung der Motorsteuerung während des Reinigungsintervalls R eine vorgegebene Anzahl klopffreier Verbrennungen aufgrund eines entsprechenden Meßsignals des Klopfsensors an der Brennkraftmaschine, so wird der Zünd­ zeitpunkt wie zum Zeitpunkt 4 weiter verstellt, bis erneut klopfende Verbrennung eintritt. Am Ende des Reinigungsin­ tervalls R zum Zeitpunkt 5 wird der Zündzeitpunkt wieder auf den Wert für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ohne klopfende Verbrennung eingestellt.

Die Differenzwerte ΔZZP zur Verstellung des Zündzeitpunktes während des Reinigungsintervalles R werden als Sollwerte 16 (Fig. 1) aus dem Kennfeldspeicher 13 ausgelesen und können für unterschiedliche Kennfeldbereiche der Brennkraftmaschi­ ne 1 unterschiedlich vorgegeben sein.

Die Zündzeitpunkte der jeweiligen Zylinder werden individu­ ell von der Steuereinheit eingestellt, wobei die Reinigung der Brennräume durch zeitweilige klopfende Verbrennung nacheinander durchgeführt wird. Das Betriebsverhalten der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine wird durch zeitweiligen Betrieb eines der Zylinder mit klopfender Verbrennung und zeitversetzter Lage der Reinigungsintervalle nicht beein­ trächtigt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Injektor (6) pro Zylin­ der (2) zur Kraftstoffeinspritzung in einen innerhalb des Zylinders (2) von einem längsbeweglichen Kolben (3) begrenzten Brennraum (4), in dem ein aus dem Kraftstoff (12) und Verbrennungsluft gebildetes Ge­ misch durch Auslösen eines Zündfunkens zwischen den Elektroden (8) einer Zündkerze (7) gezündet und ver­ brannt wird, wobei eine Steuereinheit den Brennvor­ gang im Brennraum (4) bestimmende Parameter (ZZP) derart einstellt, daß eine klopfende Verbrennung ver­ mieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) turnusmäßig für ein vorbestimmtes Reinigungsin­ tervall (R) mit klopfender Verbrennung mit entspre­ chender Einstellung der Parameter (ZZP) durch die Steuereinheit (10) betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit (10) das Meßsignal (15) eines in der Brennkraftmaschine (1) angebrachten Klopfsensors (9) eingegeben wird und die Steuereinheit (10) aus dem Meßsignal (15) ermit­ telt, ob klopfende Verbrennung vorliegt und bei Aus­ bleiben klopfender Verbrennung während des Reini­ gungsintervalls (R) die Parametereinstellung in Rich­ tung klopfender Verbrennung korrigiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer und der Zeitab­ stand der Reinigungsintervalle (R) der Steuereinheit (10) vorgegeben sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Reinigungs­ intervalle (R) auf eine vorgegebene Anzahl von Ar­ beitsspielen der Brennkraftmaschine (1) begrenzt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (2) der Brennkraftmaschine individuell bezüglich des Brennvor­ ganges im Brennraum (4) und der Reinigungsintervalle (R) eingestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsintervalle (R) der einzelnen Zylinder (2) zeitversetzt liegen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10) den Betrieb mit klopfender Verbrennung während der Reini­ gungsintervalle (R) bei Vorliegen von Betriebspunkten unterhalb eines vorgegebenen Maximalwertes im Be­ triebskennfeld der Brennkraftmaschine (1) freigibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Reinigungsin­ tervalles (R) mit klopfender Verbrennung der Zündzeit­ punkt (ZZP) in Richtung früher Zündung während des Ar­ beitsspiels der Brennkraftmaschine (1) verstellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Reinigungs­ intervalles (R) und bei jedem folgenden Arbeitsspiel der Zündzeitpunkt um einen vorgegebenen Wert (ΔZZP) verstellt wird, bis klopfende Verbrennung eintritt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten einer vorge­ gebenen Anzahl klopffreier Verbrennungen während des Reinigungsintervalles (R) der Zündzeitpunkt (ZZP) wei­ ter in Richtung früher Zündung verstellt wird.