WO2017093061A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer brennkraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs mit dualer kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer brennkraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs mit dualer kraftstoffeinspritzung Download PDF

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WO2017093061A1
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WO
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fuel
internal combustion
combustion engine
temperature
intake manifold
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PCT/EP2016/078314
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Thomas Kuhn
Claus Wundling
Timm Hollmann
Udo Schulz
Rainer Ecker
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/047—Taking into account fuel evaporation or wall wetting
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle with dual
  • Computer program a machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.
  • the division measure is a division of the fuel in an amount of fuel to the cylinder by means of
  • Intake manifold injection is supplied, and in a further amount of fuel that is supplied to the cylinder by means of direct fuel injection.
  • Distribution of an internal combustion engine in a said mixing operation taking into account an operating point, such as a load and / or a speed is determined. So allows such a mixed operation with one each specifically implemented division measure, an optimum for different operating conditions operation of the internal combustion engine
  • the BDE is more advantageous in a dynamic operation of the internal combustion engine or a
  • the exhaust gas load with particles and / or hydrocarbons (HC) is advantageously reduced, since due to the intake pipe length a better mixture formation takes place.
  • Exhaust gas recirculation valve is introduced into the intake manifold.
  • This residual gas consists of inert gas and in lean operation, i. in an excess of air, from unburned air.
  • the inert gas content slows the course of combustion and thus causes lower combustion end temperatures.
  • the emission of nitrogen oxides (NOx) can be reduced, wherein it should be emphasized that a three-way catalyst can basically reduce nitrogen oxides in the presence of excess air.
  • the intake manifold pressure is less than the ambient pressure and in particular smaller than the pressure in the piston rear space, since the respective
  • Pressure difference is correspondingly lower.
  • Combustor surface with fuel ultimately leads to an increased number of particles in the exhaust gas.
  • the invention is also based on the further knowledge that during dynamic load changes, in particular towards higher loads, e.g. fast
  • Load changes from a low to a high load, i. in the so-called "transient operation", it due to the higher load point at still too cold internal combustion engine or combustion chamber, piston or the like, to a
  • the method proposed by the invention is based on the idea of making use of the enthalpy or the heat content of the exhaust gas recirculated into the intake tract of the internal combustion engine via a named EGR in order to better evaporate the fuel metered or injected via SRE as a result of the increased intake duct heating.
  • the distribution factor can be shifted to a proportionately higher SRE fuel metering. This shift, in turn, can significantly reduce particulate emissions and unburned hydrocarbons in the exhaust gas.
  • the inventive method proposes in an affected here dual fuel metering with an exhaust gas recirculation, by means of the
  • Combustion formed residual gas is supplied via an intake port of a suction pipe of the internal combustion engine again, in particular, that in the inlet channel of the intake manifold metered fuel is applied in such a way with the heat of the recirculated residual gas, that in response to a caused by the heat of the recirculated residual gas
  • Fuel metering is shifted towards.
  • Temperature is detected, preferably from the group:
  • Amount of fuel is compared with the thus determined amounts of fuel and that, depending on the result of the comparison, any resulting surplus fuel quantity by a corresponding
  • Quantity increase of the metered over the intake manifold fuel metered fuel is implemented.
  • Piston temperature is important. Because with a relatively cold piston, suction pipe-based (SRE) should be increasingly metered so that the piston is less wetted by a (liquid-phase) fuel film formed in the BDE mode as described. It can be provided that it is determined based on a fuel wall film model, how much fuel is stored in a liquid in a wall film of the suction pipe and how much fuel from the wall film through the
  • Mass flow of the intake air from the wall film in the combustion chamber is liquid and discharged by evaporation in gaseous form, wherein the degree of fuel evaporation by the intake air and / or by the air-exhaust mixture from the fuel wall film depending on the temperature and the heat of the intake manifold and the temperature and heat of enthalpy the intake air and / or the air-exhaust mixture is assumed.
  • the cold start phase If the cold start phase is not recognized, it can be checked whether there is a transient operating state of the internal combustion engine, with the fraction of the intake pipe based on a detected transient operating state
  • Fuel metering metered fuel is increased.
  • the fuel distribution may also be based on a measured or calculated temperature of at least one piston of the
  • Internal combustion engine are determined, wherein when detected or detected, due to a transient operation increasing temperature of the at least one piston of the internal combustion engine, the fuel quantity metered by direct fuel metering is successively increased and by
  • suction meter based fuel metering metered amount of fuel is successively reduced. This is based on the finding that the influence of the piston temperature on the aforementioned Kraftstoffstromrungs- and / or
  • the invention may be dual in one
  • Fuel injection system of an internal combustion engine of a motor vehicle are used.
  • an application in the industrial field e.g. In internal combustion engine used in chemical engineering with such a dual fuel injection possible.
  • the computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the
  • the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a dual
  • FIG. 2 shows schematically the timing of fuel injections in a fuel port injection, according to the prior art.
  • Fig. 3 shows schematically the timing of fuel injections in a direct fuel injection, according to the prior art.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 5 shows an exhaust gas recirculation system of a spark-ignited
  • the internal combustion engine shown in FIG. 1 has four cylinders 11, which are covered by a cylinder head 12.
  • the cylinder head 12 defines in each cylinder 11 together with a not shown here, guided in the cylinder 11 reciprocating a combustion chamber 13, which has an inlet valve, not shown, also not shown inlet opening.
  • the inlet opening forms the mouth of a cylinder head 12
  • the illustrated fuel injector includes an air flow path 18 for supplying combustion air to the combustion chambers 13 of the cylinders 11, which has end-to-end separate flow channels 17 leading to the individual intake ports.
  • Fuel injection valves 19 which inject fuel directly into each of a combustion chamber 13 of the cylinder 11, and a second group of
  • Fuel injection valves 20 the fuel in the flow channels 17th
  • the first group of fuel injection valves 19, which inject directly into the cylinders 11, is supplied by a high-pressure fuel pump 21, while the second group of the fuel injection valves 20, which in the
  • Inject flow channels 17, from a low-pressure fuel pump 22nd be supplied.
  • a commonly arranged in a fuel tank 23 low-pressure fuel pump thereby delivers fuel from the fuel tank 23 on the one hand to the second group of fuel injection valves 20 and on the other hand to the high-pressure fuel pump 21.
  • the injection timing and the injection duration of the fuel injection valves 19, 20 are of a in one
  • Engine control unit integrated electronic control unit, controlled in dependence on operating points of the internal combustion engine, wherein the fuel injection substantially via the fuel injection valves 19 of the first group is carried out and the fuel injection valves 20 of the second group are used only supplementary to shortcomings of direct fuel injection by the fuel injection valves 19 of the first Group in particular
  • the fuel injection valves 20 of the second group are designed as multi-jet
  • Injectors formed which at least two separate, mutually angularly offset fuel jets at the same time and inject and in
  • Air flow path 18 are arranged so that the injected
  • Internal combustion engine are two dual-jet injectors 26, 27 are provided, which are placed in the air flow path 18 so that the two-jet injection valve 26 leading to the first and second cylinder 11
  • the flow channels 17 are designed so that between two directly
  • a mounting point for the two-jet injection valve 26 and 27 is present.
  • the air-fuel mixture arises outside the combustion chamber in the intake manifold.
  • the respective injection valve injects the fuel before an inlet valve, wherein the mixture flows in the intake stroke through the open inlet valve into the combustion chamber.
  • the fuel is supplied by means of a fuel delivery module, which promotes the required amount of fuel with a defined pressure from the tank to the injectors.
  • Air mass is available.
  • the injectors arranged on a fuel feeder precisely meter the desired amount of fuel into the airflow.
  • Said engine control unit regulates based on the torque as a central reference the required air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture is formed directly in the combustion chamber.
  • Fresh air flows in via a designated inlet valve, the fuel being injected into this air flow at high pressure (in the range of or greater than 300 bar). This allows optimal turbulence of the air-fuel mixture and improved cooling of the combustion chamber.
  • ignition is carried out at all top dead centers (TDC) immediately after starting, at least in one cylinder, wherein at certain top dead centers, in particular every second TDC, at crankshaft angles of 720 ° there is a shift in the ignition time.
  • TDC top dead center
  • the four-stroke combustion cycle according to the gasoline engine principle comprises, as is known, crankshaft angles between a first bottom dead center (UT1), a first top dead center (TDC), another bottom dead center (UT2) and another top dead center (ZOT), in which the air present in the combustion chamber Fuel mixture is ignited.
  • UT1 first bottom dead center
  • TDC first top dead center
  • ZOT top dead center
  • This additional time requirement changes, as can be seen in Fig. 2, not at changing or increasing speed of the internal combustion engine. Therefore, the injections are driven accordingly earlier, e.g. at 7000 rpm even before the UT1 past the ZOT 220 in advance, so that the constant time requirement 205 is provided at all speeds.
  • the entire time injection window for the injection cycle shown corresponds, as already mentioned, the marked bracket
  • the next ZOT following the preceding ZOT 220 is designated 215.
  • the BDE does not have constant time shares
  • the injections can take place closer to the ignition event of the ZOT 315 and are therefore calculated according to later times.
  • the end 310 of here follows shown injection cycle '325 an ignition on the subsequent ZOT 315.
  • the ZOT 315 this preceding ignition takes place on a
  • the SRE injection process also applies a large portion of the metered fuel to the inner surfaces of the draft tube.
  • the total fuel mass KM ges for a cylinder is composed as follows:
  • KMges KMSRE + KMBDE, where KMSRE is the relative fuel mass of the SRE path and KMBDE is the relative fuel mass of the BDE path.
  • KMSRE is the relative fuel mass of the SRE path
  • KMBDE is the relative fuel mass of the BDE path.
  • Transient operation is operated from lower to higher loads. If both conditions 405 and 407 are not met, then the routine is terminated 410.
  • test step 405 reveals that a cold start phase is present, at least one temperature value is initially detected 415 by means of a per se known sensor system, specifically from the following group:
  • a maximum amount of fuel for SRE operation is determined 420, which at the present temperature still results in sufficient vaporization of the fuel metered in SRE operation. It is based on a
  • Fuel wall film models determines how much fuel is stored in a liquid in a wall film of the suction pipe and how much fuel from the wall film through the Ansaug Kunststoffmassenströmung liquid and discharged from the wall film by evaporation in gaseous form into the combustion chamber.
  • the degree of fuel vaporization by intake air and / or air-exhaust gas mixture from the fuel wall film is dependent on the temperature and heat of the intake manifold and the temperature and heat of the intake air and / or the air-exhaust mixture.
  • intake manifold temperature For the mentioned evaporation of fuel located on the intake manifold wall, the following parameters are mainly relevant: intake manifold temperature,
  • the limits of fuel storage in the wall film where undesirable fuel pre-storage effects have not yet been calculated. It should be noted that it is in a
  • Wall film which is a liquid amount of fuel that accumulates directly on the closed inlet valve. Based on the distance between a current value of the fuel accumulation to a maximum limit of the fuel accumulation mentioned an amount is calculated by the
  • Intake manifold injection quantity can be increased, which is the displacement of the
  • Injection quantity splits from the direct injection to the intake manifold injection includes.
  • the maximum amount of fuel that can be supplied in the BDE mode is determined 425, which still leads to a permissible particle emission. It is determined in the present embodiment based on a Kolbentemperatur- and / or combustion chamber wall temperature model, whether the stored heat in the piston or in the combustion chamber wall is sufficient so that deposited fuel film, which wets the piston bowl or the combustion chamber walls, evaporates in time for the main combustion gets burnt and burned.
  • Combustion chamber surfaces z. B. the piston surface.
  • a sudden change from a lower load point to a higher load point is typically accompanied by an increase in the injection quantity and an increase in the combustion temperature.
  • Load jump is e.g. the piston due to the thermal inertia still at a previous or lower temperature level, whereby the above-described Anlagers monoe still amplify, and that until the piston has reached its end load temperature corresponding to the respective load.
  • Fuel quantity is not sufficient, the exhaust gas recirculation rate can be increased, which is vaporized again more intake manifold injection amount.
  • the opening times and / or the lift of the intake valve can also be increased.
  • the models mentioned describe the respective underlying physical relationships, e.g. by means of parameterized formulas and / or characteristic curves or characteristic diagrams or by means of numerical methods (for example the Gauss method known per se).
  • Characteristic curves / maps can be prerecorded at test benches.
  • the mentioned numerical models can be trained, e.g. based on a desired output behavior of one or more output variables of the input variables to be influenced.
  • the model data thus trained can be stored in a control unit, based on which the respective
  • Model can be calculated at runtime of the internal combustion engine or the motor vehicle.
  • step 407 If, in the above-described test step 407, a named transient operating state of the internal combustion engine is detected, then according to the following step 440, the proportion of fuel metered over the SRE operation is increased relative to the BDE mode and the external EGR is increased -Rück slaughterrate in the manner described also increases 445, provided that the amount of heat present in the intake pipe for the evaporation of the additionally attributed in SRE operation fuel is not sufficient.
  • a regeneration valve 515 is arranged with a variable valve opening cross-section.
  • a throttle valve 520 is known, by means of which the air supplied to a combustion chamber 525 of the internal combustion engine is adjustable over an adjustment angle ⁇ .
  • ⁇ In front of the throttle valve 520 is therefore a
  • Throttle 520 in the region of an inlet channel 535 an air mass flow with an intake manifold pressure ps.
  • the internal combustion engine cylinder shown here is known to include a piston 540 and an intake valve 545 and an exhaust valve 550.
  • the exhaust gas exhausted via the exhaust valve 550 is directed via an exhaust passage 565 to an exhaust line (not shown) known per se.
  • Exhaust gas recirculation (EGR) line 560 arranged in the recirculated exhaust gas is again supplied to the combustion chamber 525 and the combustion.
  • Return rate or EGR rate can be adjusted or controlled or regulated by means of an exhaust gas recirculation valve (EGR valve) 555 with a variable valve opening cross section.
  • EGR valve exhaust gas recirculation valve
  • the method described can be implemented in the form of a control program for an electronic control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs).
  • ECUs electronice control units

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer dualen, saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung sowie einer direkten Kraftstoffzumessung, wobei die bei der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und bei der direkten Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Kraftstoffaufteilung berechnet wird (440), und mit einer Abgasrückführung (560), mittels der bei der Verbrennung gebildetes Restgas über einen Einlasskanal (535) eines Saugrohres (505) der Brennkraftmaschine erneut zugeführt wird,und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass in den Einlasskanal (535) des Saugrohres (505) zugemessener Kraftstoff mit der Wärme des rückgeführten Restgases beaufschlagt wird und dass, abhängig von einer durch die Wärme des rückgeführten Restgases hervorgerufenen Temperaturerhöhung desin den Einlasskanal (535) des Saugrohres (505) zugemessenen Kraftstoffs, die Kraftstoffaufteilung zu einer anteilig höheren saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung hin verschoben wird (440).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs 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 bzw. parallel betrieben. Aus der Praxis ist es bekannt, dass eine solche Brennkraftmaschine als Dualsystem ausgebildet sein kann, in dessen Mischbetrieb Kraftstoff zu einem Zylinder der
Brennkraftmaschine parallel mittels einer Saugrohreinspritzung (SRE) und mittels einer Brennstoff- bzw. Kraftstoffdirekteinspritzung (BDE) gemäß einem
Aufteilungsmaß zuführbar ist. Dabei gibt das Aufteilungsmaß eine Aufteilung des Kraftstoffs in eine Kraftstoffmenge, die zum Zylinder mittels der
Saugrohreinspritzung zuführbar ist, und in eine weitere Kraftstoffmenge an, die zum Zylinder mittels der Kraftstoffdirekteinspritzung zuführbar ist.
Beispielsweise ist in DE 10 2010 039 434 AI beschrieben, dass das
Aufteilungsmaß einer Brennkraftmaschine in einem genannten Misch betrieb 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 optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu
bewerkstelligen. Durch 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„Klopfen" vermieden werden kann. Andererseits wird bei der SRE in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft die Abgasbelastung mit Partikeln und/oder Kohlenwasserstoffen (HC) verringert, da aufgrund der Saugrohrlänge eine bessere Gemischbildung stattfindet.
Es sind ferner Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bei denen bei der Verbrennung gebildetes Restgas mittels einer Abgasrückführung (AGR) der Brennkraftmaschine erneut zugeführt wird. Dabei unterscheidet man zwischen internem Restgas (interne Abgasrückführung), welches nach der Verbrennung im oberen Totraum eines jeweiligen Zylinders verbleibt oder bei gleichzeitig offenen Einlass- und Auslassventilen in ein genanntes Saugrohr zurückgesaugt wird und beim nachfolgenden Arbeitstakt wieder in den jeweiligen Brennraum strömt, sowie externem Restgas (externe Abgasrückführung), das über ein
Abgasrückführventil in das Saugrohr eingeleitet wird. Dieses Restgas besteht aus Inertgas und im Magerbetrieb, d.h. bei einem Luftüberschuss, aus nicht verbrannter Luft. Der Inertgasanteil verlangsamt den Verlauf der Verbrennung und verursacht damit niedrigere Verbrennungsendtemperaturen. Dadurch kann mittels des Restgasanteils die Emission von Stickoxiden (NOx) reduziert werden, wobei hervorzuheben ist, dass ein Dreiwegekatalysator bei Luftüberschuss grundsätzlich keine Stickoxide reduzieren kann.
Auch treten sog.„Drosselverluste" auf, wenn in der Ansaugphase der
Brennkraftmaschine der Saugrohrdruck kleiner als der Umgebungsdruck und insbesondere kleiner als der Druck im Kolbenrückraum ist, da der jeweilige
Kolben gegen diese Druckdifferenz arbeiten muss. Darüber hinaus treten sog. „Ausschiebeverluste" auf, wenn bei hohen Drehzahlen und Lasten beim
Ausstoßen des verbrannten Gases während der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Brennraum ein Staudruck entsteht, gegen den der Kolben Arbeit aufwenden muss, um diesen Staudruck zu überwinden. Die genannten Drosselverluste können bekanntermaßen im BDE-Betrieb, und zwar bei Vorliegen eines Schichtbetriebs bei geöffneter Drosselklappe und damit vorliegendem
Luftüberschuss oder im homogenen Betrieb mit einem Kraftstoffdampf-Luft- Verhältnis bzw. einem entsprechenden Lambdawert von <= 1 , durch den Einsatz einer hohen bzw. erhöhten Abgasrückführung reduziert werden, da dann der Saugrohrdruck höher ist und dadurch die über dem Kolben anliegende
Druckdifferenz entsprechend geringer ist.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur
Kraftstoffaufteilung bei einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine mit einer internen und/oder externen Abgasrückführung (AGR). Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine, z.B. beim Start bzw. in der Startphase der
Brennkraftmaschine, der im SRE-Betrieb in den Einlasskanal eingebrachte
Kraftstoff relativ schlecht verdampft, was wiederum zu Kraftstoffeinlagerungsbzw. Kraftstoffvorlagerungseffekten und damit zu einem erhöhten Anteil an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas führt. Entsprechend wird auch im BDE-Betrieb der direkt in den Brennraum eingebrachte Kraftstoff relativ schlecht verdampft, was aufgrund der dadurch verursachten Benetzung der
Brennraumoberfläche mit Kraftstoff letztlich zu einer erhöhten Partikelanzahl im Abgas führt.
Auch liegt bei der Erfindung die weitere Erkenntnis zugrunde, dass bei dynamischen Lastwechseln insbesondere hin zu höheren Lasten, z.B. schnellen
Lastwechseln von einer niedrigen zu einer hohen Last, d.h. im sogenannten „Transientenbetrieb", es infolge des höheren Lastpunktes bei noch zu kalter Brennkraftmaschine bzw. Brennraum, Kolben oder dergleichen, zu einer
Anlagerung von Kraftstoff an den Brennraumoberflächen kommt. So dauert es eine bestimmte Zeit, bis die Brennraumoberflächen, einschließlich der
Kolbenoberfläche, die Temperatur des neuen bzw. höheren Lastpunktes angenommen haben. Die durch Anlagerung gebildeten Flüssigkeitsfilme verdampfen nicht schnell genug und verbrennen daher nicht vollständig, was letztlich zur Bildung einer erhöhten Partikelkonzentration im Abgas und/oder zu festen Ablagerungen an den entsprechenden Komponenten führt. Diese
Komponenten können dadurch in ihrer Funktion gestört oder sogar beschädigt werden. Andererseits ist eine direkte Messung der Temperatur des Brennraumes bzw. des Kolbens bekanntermaßen schwierig bzw. nur mit erheblichem technischen Aufwand und damit einhergehenden Kosten möglich. Es ist anzumerken, dass sich das genannte Problem der Anlagerung von
Kraftstoff von höheren Lastpunkten zu niedrigeren Lastpunkten hin nicht steilt.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, sich die Enthalpie bzw. den Wärmeinhalt des in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine über eine genannte AGR zurückgeführten Abgases zunutze zu machen, um den über SRE zugemessenen bzw. eingespritzten Kraftstoff infolge der erhöhten Einlasskanalerwärmung besser zu verdampfen. Dadurch kann bei in der Startphase der Brennkraftmaschine noch kaltem Einlasskanal oder bei aufgrund eines transienten Betriebs der Brennkraftmaschine bei für eine höhere Last noch zu kaltem Kolben und/oder Brennraumoberflächen der
Aufteilungsfaktor dennoch zu einer anteilig höheren SRE-Kraftstoffzumessung hin verschoben werden. Durch diese Verschiebung lassen sich wiederum Partikelemissionen sowie nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas erheblich reduzieren.
Darüber hinaus werden dadurch Ablagerungen und Belagsbildung an den Brennraumoberflächen reduziert oder sogar vermieden sowie ein durch den reduzierten BDE-Betrieb bei den genannten kritischen Betriebszuständen bedingtes, unerwünschtes Abwaschen des Ölschmierfilms an der
Zylinderlaufbuchse wirksam vermieden, was wiederum zu einer erheblichen
Verringerung des Verschleißes z.B. von Kolbenringen und Zylinderlaufbuchsen führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt bei einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessung mit einer Abgasrückführung, mittels der bei der
Verbrennung gebildetes Restgas über einen Einlasskanal eines Saugrohres der Brennkraftmaschine erneut zugeführt wird, insbesondere vor, dass in den Einlasskanal des Saugrohres zugemessener Kraftstoff in der Weise mit der Wärme des rückgeführten Restgases beaufschlagt wird, dass in Abhängigkeit von einer durch die Wärme des rückgeführten Restgases hervorgerufenen
Temperaturerhöhung des in den Einlasskanal des Saugrohres zugemessenen Kraftstoffs die Kraftstoffaufteilung zu einer anteilig höheren saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung hin verschoben wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass bei in einer Kaltstartphase erkannter Brennkraftmaschine oder bei erkanntem transienten Betrieb der
Brennkraftmaschine von einer niedrigen Last zu einer höheren Last hin, die Kraftstoffaufteilung zu einer anteilig höheren saugrohrbasierten
Kraftstoffzumessung hin verschoben wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass bei erkannter Kaltstartphase eine
Temperatur erfasst wird, die bevorzugt aus der Gruppe:
- Temperatur des Ansaugkanals der Brennkraftmaschine;
- Außenlufttemperatur;
- Temperatur der Brennkraftmaschine;
Öltemperatur der Brennkraftmaschine;
anhand einer Modellrechnung ermittelte Kolbentemperatur; ausgewählt wird, dass abhängig von der erfassten Temperatur eine maximale Kraftstoffmenge für die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung (SRE) bestimmt wird, dass die für die direkte Kraftstoffzumessung (BDE) maximal zuführbare Kraftstoffmenge bestimmt wird, dass eine insgesamt zuzumessende
Kraftstoffmenge mit den so bestimmten Kraftstoffmengen verglichen wird und dass, abhängig vom dem Ergebnis des Vergleichs, eine gegebenenfalls sich ergebende überschüssige Kraftstoffmenge durch eine entsprechende
Mengenerhöhung des über die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung zugemessenen Kraftstoffs umgesetzt wird.
Hierbei ist anzumerken, dass für die Beurteilung, ob während der
Brennraumaufheizung die gesamte Kraftstoffzumessung durch eine vermehrte saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung (SRE) oder durch eine vermehrte direkte Kraftstoffzumessung (BDE) erfolgen soll, insbesondere die genannte
Kolbentemperatur von Bedeutung ist. Denn bei einem relativ kalten Kolben sollte vermehrt saugrohrbasiert (SRE) zugemessen werden, damit der Kolben weniger stark durch einen im BDE-Betrieb wie beschrieben gebildeten (angelagerten) Kraftstoff- Flüssigkeitsfilm benetzt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass anhand eines Kraftstoffwandfilmmodels bestimmt wird, wieviel Kraftstoff in einen Wandfilm des Saugrohres flüssig eingelagert wird und wieviel Kraftstoff aus dem Wandfilm durch die
Massenströmung der Ansaugluft aus dem Wandfilm in den Brennraum flüssig und durch Verdampfung gasförmig ausgetragen wird, wobei der Grad der Kraftstoffverdampfung durch die Ansaugluft und/oder durch das Luft- Abgasgemisch aus dem Kraftstoffwandfilm abhängig von der Temperatur und der Wärmeenthalpie des Saugrohres und der Temperatur und Wärmeenthalpie der Ansaugluft und/oder des Luft-Abgasgemisches angenommen wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass anhand eines Kolbentemperatur- und/oder Brennraumwandtemperatur-Modells bestimmt wird, ob die in einem Kolben der Brennkraftmaschine und/oder in der Brennraumwand gespeicherte Wärme ausreichend ist, damit angelagerter Kraftstofffilm bei einer Verbrennung von Kraftstoff rechtzeitig verdampft bzw. verbrannt wird.
Durch die beiden zuletzt genannten Modellrechnungen können die
Durchführbarkeit bzw. Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit im Ergebnis die genannten Abgaswerte noch verbessert werden.
Bei nicht erkannter Kaltstartphase kann geprüft werden, ob ein transienter Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt, wobei bei einem erkannten transienten Betriebszustand der Anteil an über die saugrohrbasierte
Kraftstoffzumessung zugemessenem Kraftstoff relativ zum über direkte
Kraftstoffzumessung zugemessenem Kraftstoff erhöht wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass abhängig vom Ergebnis des genannten Vergleichs zusätzlich eine geeignete Ratenerhöhung der Abgasrückführung durchgeführt wird, um den genannten Wärmeeffekt bzw. Wärmeeintrag und damit den genannten Verdampfungseffekt noch zu verstärken. Bei einer solchen AGR-Ratenerhöhung werden auch der Ladedruck und die Ansteuerzeiten des/der jeweiligen Einlassventils/e angepasst, um die vom jeweiligen
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängige, notwendige Füllung mit Frischluft sicherzustellen. Durch die genannte Nutzung der Enthalpie bzw. des Wärmeinhalts, d.h. des aufgrund der Abgasrückführung zusätzlichen Wärmeeintrags in den Ansaugtrakt, der für die Kraftstoffverdampfung im SRE-Betrieb damit zur Verfügung steht, wird eine Anpassung bzw. Verschiebung des Aufteilungsfaktors in Richtung SRE- Betrieb ermöglicht. Im Ergebnis wird hierdurch eine verbesserte
Gemischaufbereitung in einer Kaltstartphase bzw. Warmlaufphase der
Brennkraftmaschine und/oder in einem genannten Transientenbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Kraftstoffaufteilung kann auch auf der Grundlage einer gemessenen oder rechnerisch ermittelten Temperatur wenigstens eines Kolbens der
Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei bei erkannter oder erfasster, aufgrund eines transienten Betriebs sich erhöhender Temperatur des wenigstens einen Kolbens der Brennkraftmaschine, die durch direkte Kraftstoffzumessung zugemessene Kraftstoffmenge sukzessive erhöht wird und die durch
saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung zugemessene Kraftstoffmenge sukzessive verringert wird. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Einfluss der Kolbentemperatur auf die genannten Kraftstoffanlagerungs- und/oder
Kraftstoffabdampfungs- bzw. -abtragungseffekte erheblich ist.
Im Ergebnis wird damit auch in einer genannten (frühen) Betriebsphase der Brennkraftmaschine, neben einem Mischbetrieb mit fixem Mischungsverhältnis, ein dynamischer bzw. variabler Mischbetrieb mit einem in der genannten Weise sich im Betrieb der Brennkraftmaschine ändernden Mischungsverhältnis der beiden Kraftstoffzumesssysteme möglich. Die dafür erforderliche Berechnung des über zwei Kraftstoffzumesspfade jeweils zugemessenen Kraftstoffs erfolgt bevorzugt gesteuert anhand der genannten Temperaturwerte bzw. anhand von Schwellenwerten. Durch die vorgeschlagene Anpassung bzw. Verschiebung des Aufteilungsfaktors ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kraftstoffverdampfung und eine damit einhergehende, ebenfalls verbesserte Gemischaufbereitung des für die Verbrennung
vorgesehenen Kraftstoff/Luft-Gemisches im Kaltstart und/oder im
Transientenbetrieb einer hier betroffenen Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessung bei der Nutzung einer genannten internen und/oder externen Abgasrückführung.
Die Erfindung kann insbesondere in einem hier betroffenen dualen
Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine 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 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
Fig. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer dualen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine, gemäß dem Stand der Technik. Fig. 2 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Saugrohreinspritzung, gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Direkteinspritzung, gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand eines Flussdiagramms.
Fig. 5 zeigt ein Abgasrückführsystem einer fremdgezündeten
Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar bzw. einsetzbar ist.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in Fig. 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 nicht gezeigten Einlassventil gesteuerte, ebenfalls nicht gezeigte Einlassöffnung aufweist. Die Einlassöffnung bildet dabei die Mündung eines den Zylinderkopf 12
durchdringenden, ebenfalls hier nicht gezeigten Einlasskanals.
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 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 Kraftstoffe inspritz ventile 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 (im Bereich von bzw. größer als 300 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 Luft- 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 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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. Üblicherweise aus verbranntem Kraftstoffdampf-Luftgemisch bestehendes Abgas enthält nun insbesondere Wasserdampf und Kohlendioxid (CO2). Dadurch steigt die Wärmekapazität des Abgases, im Vergleich zur Umgebungsluft, erheblich an. Daher führt heißes Abgas, welches mittels einer Abgasrückführung in ein
Saugrohr der Brennkraftmaschine geleitet wird, dem Ansaugkanal einen relativ hohen Wärmestrom zu. Dieser Wärmestrom sorgt wiederum dafür, dass die
Saugrohrinnenwände, insbesondere bereits in der Startphase der
Brennkraftmaschine, schnell auf ein hohes Temperaturniveau aufgeheizt werden.
Durch den SRE-Einspritzvorgang wird zudem ein großer Teil des zugemessenen Kraftstoffs auf die inneren Oberflächen des Saugrohrs aufgebracht. Je wärmer diese Innenflächen sind, desto schneller verdampft der so eingebrachte Kraftstoff und desto besser erfolgt die sogenannte„Gemischaufbereitung", d.h. die
Durchmischung von Kraftstoffdampf, Luft und den rückgeführten Abgasen. In einem eingangs genannten Dualsystem werden die beschriebenen beiden
Anteile, d.h. der SRE- und der BDE-Anteil, 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 KMges für einen Zylinder setzt sich wie folgt zusammen:
KMges = KMSRE + KMBDE, wobei KMSRE die relative Kraftstoff masse des SRE-Pfades und KMBDE die relative Kraftstoffmasse des BDE-Pfades bezeichnen. Ein entsprechender Prozessablauf zur Berechnung bzw. Aufteilung der bei einer Einspritzung in einem solchen Dualsystem erforderlichen Kraftstoffmasse wird nachfolgend anhand eines in Fig. 4 gezeigten Flussdiagramms beschrieben. Nach dem Start 400 der hier gezeigten Routine wird zunächst geprüft 405, ob sich die Brennkraftmaschine in einer Kaltstartphase befindet bzw. noch nicht auf Betriebstemperatur aufgewärmt ist. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird weiter geprüft 407, ob die Brennkraftmaschine in einem genannten
Transientenbetrieb von niedrigeren zu höheren Lasten hin betrieben wird. Sind beide Bedingungen 405 und 407 nicht erfüllt, dann wird die Routine beendet 410.
Ergibt der Prüfschritt 405, dass eine Kaltstartphase vorliegt, dann wird zunächst mittels einer an sich bekannten Sensorik wenigstens ein Temperaturwert erfasst 415, und zwar aus der folgenden Gruppe:
- Temperatur des Ansaugkanals der Brennkraftmaschine;
- Außenlufttemperatur;
- Temperatur der Brennkraftmaschine;
Öltemperatur der Brennkraftmaschine;
anhand einer Modellrechnung ermittelte Kolbentemperatur.
Auf der Grundlage des so erfassten Temperaturwertes 415 wird eine maximale Kraftstoffmenge für den SRE-Betrieb bestimmt 420, welche bei der vorliegenden Temperatur noch zu einer ausreichenden Verdampfung des im SRE-Betrieb zugemessenen Kraftstoffs führt. Dabei wird anhand eines
Kraftstoffwandfilmmodels bestimmt, wieviel Kraftstoff in einen Wandfilm des Saugrohres flüssig eingelagert wird und wieviel Kraftstoff aus dem Wandfilm durch die Ansaugluftmassenströmung flüssig und aus dem Wandfilm durch Verdampfung gasförmig in den Brennraum ausgetragen wird. Der Grad der Kraftstoff-Verdampfung durch Ansaugluft und/oder Luft-Abgasgemisch aus dem Kraftstoffwandfilm ist dabei abhängig von der Temperatur und Wärmeenthalpie des Saugrohres und der Temperatur und Wärmeenthalpie der Ansaugluft und/oder des Luft-Abgasgemisches.
Für die genannte Verdampfung von an der Saugrohrwand befindlichem Kraftstoff sind hauptsächlich folgende Parameter relevant: Saugrohrtemperatur,
Ansauglufttemperatur, Gasdichte, Turbulenzgrad und Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung, und damit auch die Motordrehzahl und Ventilsteuerzeiten genannter Einlassventile. Denn je höher die Strömungsgeschwindigkeiten und der Turbulenzgrad im Saugrohr sind, desto besser kann der an der Wand haftende Kraftstoff verdampfen und desto geringer ist auch die in dem Wandfilm angelagerte bzw. eingespeicherte Kraftstoffmenge. Zusätzlich werden die Grenzen der Kraftstoffeinlagerung in den Wandfilm, bei denen es noch nicht zu unerwünschten Kraftstoffvorlagerungseffekten kommt, berechnet. Hierbei ist anzumerken, dass es sich bei einer genannten
Kraftstoffvorlagerung, entgegen einer Kraftstoffanlagerung zur Bildung eines
Wandfilms, um eine flüssige Kraftstoffmenge handelt, die sich direkt am geschlossenen Einlassventil ansammelt. Anhand des Abstandes zwischen einem aktuellen Wert der Kraftstoffanlagerung zu einer genannten maximalen Grenze der Kraftstoffanlagerung wird ein Betrag berechnet, um den die
Saugrohreinspritzmenge erhöht werden kann, was die Verschiebung des
Einspritzmengensplits von der Direkteinspritzung zur Saugrohreinspritzung beinhaltet.
Zusätzlich wird die im BDE-Betrieb maximal zuführbare Kraftstoffmenge bestimmt 425, welche noch zu einer zulässigen Partikelemission führt. Dabei wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anhand eines Kolbentemperatur- und/oder Brennraumwandtemperatur-Modells bestimmt, ob die im Kolben bzw. in der Brennraumwand gespeicherte Wärme ausreichend ist, damit angelagerter Kraftstofffilm, der die Kolbenmulde oder die Brennraumwände benetzt, bei der Hauptverbrennung noch rechtzeitig verdampft wird und verbrannt wird.
Andernfalls käme es bei zu später Verdampfung und bei zu später Verbrennung aufgrund von Sauerstoffmangel nach der Hauptverbrennung zu unerwünschter Partikelbildung im Abgas sowie zu Belagsbildung und Verkokung an den
Brennraumoberflächen, z. B. der Kolbenoberfläche.
So geht eine sprunghafte Änderung von einem niedrigeren Lastpunkt zu einem höheren Lastpunkt typischer Weise mit einer Erhöhung der Einspritzmenge und einer Erhöhung der Verbrennungstemperatur einher. Bei einem solchen
Lastsprung befindet sich z.B. der Kolben aufgrund der thermischen Trägheit noch auf einem vorherigen bzw. niedrigeren Temperaturniveau, wodurch sich die oben beschriebenen Anlagerungseffekte noch verstärken, und zwar solange, bis der Kolben seine der jeweiligen Last entsprechende Endtemperatur erreicht hat.
Nun wird die z.B. von einem Steuergerät gelieferte 430, insgesamt
zuzumessende bzw. einzuspritzende Kraftstoffmenge mit den genannten beiden Maximalbeträgen verglichen 435. Ergibt dieser Vergleich 435, dass die insgesamt zuzumessende Kraftstoffmenge 430 größer als die Summe aus den beiden Maximalbeträgen ist, dann wird die entsprechende überschüssige Kraftstoff menge durch eine entsprechende Mengenerhöhung 440 des im SRE- Betrieb zugemessenen Kraftstoffs sowie durch eine geeignete Ratenerhöhung 445 der externen AGR-Rückführung, welche diese zusätzliche durch SRE zugemessene Kraftstoffmenge auch sicher verdampfen kann, umgesetzt.
Hierbei liegt der technische Effekt zugrunde, dass rückgeführtes Abgas aufgrund der hohen Temperatur und dem beinhalteten Wasserdampf eine hohe
Wärmeenthalpie besitzt und deshalb zu einer Erwärmung der
Saugrohroberflächen und des Kraftstoffdampf-Luft-Gasgemisches führt. Dies bewirkt wiederum eine verbesserte Verdampfung von im Ansaugkanal angelagertem, flüssigem Kraftstoff (z.B. ein genannter Wandfilm und/oder ein Kraftstoffspray). Ist eine genannte, relative Erhöhung der
Saugrohreinspritzmenge in Bezug auf die insgesamt einzuspritzende
Kraftstoff menge dafür nicht ausreichend, kann die Abgasrückführrate erhöht werden, wodurch wieder mehr Saugrohreinspritzmenge verdampft wird.
Abhängig von der entsprechenden Einspritzdauer des Saugrohreinspritzventils können auch die Öffnungszeiten und/oder der Hub des Einlassventils vergrößert werden.
Die genannten Modelle beschreiben die jeweils zugrunde liegenden, physikalischen Zusammenhänge z.B. mittels parametrisierter Formeln und/oder Kennlinien/Kennfelder oder mittels numerischer Verfahren (z.B. dem an sich bekannten Gauß-Verfahren). Die entsprechenden Parameter und
Kennlinien/Kennfelder können dabei im Vorfeld an Prüfständen bedatet werden. Die genannten numerischen Modelle können trainiert werden, z.B. anhand eines gewünschten Ausgangsverhaltens einer oder mehrerer Ausgangsgrößen der zu beeinflussenden Eingangsgrößen. Die so trainierten Modelldaten können in einem Steuergerät gespeichert werden, auf deren Grundlage das jeweilige
Modell zur Laufzeit der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs berechnet werden kann.
Es ist anzumerken, dass in einer Betriebs- bzw. Fahrsituation, in der z.B. die Kolbentemperatur nach einem Lastsprung sukzessive ansteigt, die an der Gesamtzumessung anteilige BDE-Menge sukzessive auf einen Zielwert erhöht wird und dass die SRE Menge und/oder die Abgasrückführrate, sukzessive auf einen Zielwert verringert wird/werden. Diese Zielwerte entsprechen nach Beendigung einer solchen Kolbenaufheizphase anzuwendenden und in entsprechenden Kennfeldern für den Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine abgelegten Werten der Kraftstoffmengenaufteilung.
Es ist auch anzumerken, dass die genannte Mengenerhöhung 440 bevorzugt durch Anpassung bzw. Veränderung eines genannten Aufteilungsmaßes bzw. Aufteilungsfaktors erfolgt.
Wird nun bei nicht erkannter bzw. nicht vorliegender Kaltstartphase in dem oben beschriebenen Prüfschritt 407 ein genannter transienter Betriebszustand der Brennkraftmaschine erkannt, dann wird gemäß nachfolgendem Schritt 440 der Anteil an über den SRE-Betrieb zugemessenem Kraftstoff relativ zum BDE- Betrieb erhöht und die externe AGR-Rückführrate in der beschriebenen Weise ebenfalls erhöht 445, sofern die im Ansaugrohr vorliegende Wärmemenge für die Verdampfung des zusätzlich im SRE-Betrieb zugemessenen Kraftstoffs nicht ausreichend ist.
Es ist ferner anzumerken, dass das in Fig. 4 dargestellte Ablaufdiagramm fortlaufend angewendet werden sollte, da z.B. bei einer Erwärmung des Kolbens in einem genannten Transientenbetrieb und bei einem positiven Lastsprung (von einer kleinen zu einer großen Last hin) bei Anwendung des anhand der Fig. 4 beschriebenen Verfahrens die genannte AGR-Maßnahme und/oder die genannte vermehrte SRE-Einspritzung wieder sukzessive verringert bzw.
zurückgenommen werden muss/müssen.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten AGR-System, bei dem das beschriebene Verfahren anwendbar ist, werden bekanntermaßen Luft und Kraftstoffdämpfe über eine Zuführleitung 500 einem Saugrohr 505 zugeführt. Die Zuführleitung 500 ist an ihrem Ende 510 mit einem (hier nicht gezeigten) an sich bekannten
Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem verbunden. In der Zuführleitung 500 ist ein Regenerierventil 515 mit einem variablen Ventilöffnungsquerschnitt angeordnet. ln dem Saugrohr 505 ist bekanntermaßen eine Drosselklappe 520, mittels der die einem Brennraum 525 der Brennkraftmaschine zugeführte Luft über einen Stellwinkel α einstellbar ist. Vor der Drosselklappe 520 liegt daher ein
Luftmassenstrom 530 mit einem Umgebungsdruck pu vor und hinter der
Drosselklappe 520 im Bereich eines Einlasskanals 535 ein Luftmassenstrom mit einem Saugrohrdruck ps. Der hier gezeigte Zylinder der Brennkraftmaschine weist bekanntermaßen einen Kolben 540 sowie ein Einlassventil 545 und ein Auslassventil 550 auf. Das über das Auslassventil 550 ausgestoßene Abgas wird über einen Auslasskanal 565 zu einem an sich bekannten (nicht gezeigten) Abgasstrang geleitet.
Zwischen dem Auslasskanal 565 und dem Einlasskanal 535 ist eine
Abgasrückführleitung (AGR-Leitung) 560 angeordnet, in der rückgeführtes Abgas erneut dem Brennraum 525 bzw. der Verbrennung zugeführt wird. Die
Rückführrate bzw. AGR-Rate ist mittels eines Abgasrückführventils (AGR-Ventil) 555 mit variablem Ventilöffnungsquerschnitt einstellbar bzw. steuerbar oder regelbar.
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.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer dualen,
saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung sowie einer direkten
Kraftstoffzumessung, wobei die bei der saugrohrbasierten
Kraftstoffzumessung und bei der direkten Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Kraftstoffaufteilung berechnet wird (440), und mit einer Abgasrückführung (560), mittels der bei der
Verbrennung gebildetes Restgas über einen Einlasskanal (535) eines Saugrohres (505) der Brennkraftmaschine erneut zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlasskanal (535) des Saugrohres (505) zugemessener Kraftstoff mit der Wärme des rückgeführten Restgases beaufschlagt wird und dass, abhängig von einer durch die Wärme des rückgeführten Restgases hervorgerufenen Temperaturerhöhung des in den Einlasskanal (535) des Saugrohres (505) zugemessenen Kraftstoffs, die Kraftstoffaufteilung zu einer anteilig höheren saugrohrbasierten
Kraftstoffzumessung hin verschoben wird (440).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über die
saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung zugemessener Kraftstoff unter Nutzung einer aufgrund des Wärmeinhalts des rückgeführten Restgases erhöhten Erwärmung des Einlasskanals (535) des Saugrohres (505) verdampft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei in einer Kaltstartphase erkannter (405) Brennkraftmaschine oder bei erkanntem transienten Betrieb der Brennkraftmaschine von einer niedrigen Last zu einer höheren Last hin, die Kraftstoffaufteilung zu einer anteilig höheren saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung hin verschoben wird (440). 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter
(405) Kaltstartphase eine Temperatur erfasst wird (415), dass abhängig von der erfassten (415) Temperatur eine maximale Kraftstoffmenge für die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung bestimmt wird (420), dass die für die direkte Kraftstoffzumessung maximal zuführbare Kraftstoffmenge bestimmt wird (425), dass eine insgesamt zuzumessende Kraftstoffmenge (430) mit den so bestimmten (420, 425) Kraftstoffmengen verglichen wird (435) und dass, abhängig vom dem Ergebnis des Vergleichs (435), eine
gegebenenfalls sich ergebende überschüssige Kraftstoffmenge durch eine entsprechende Mengenerhöhung (440) des über die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung zugemessenen Kraftstoffs umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Kraftstoffwandfilmmodels bestimmt wird, wieviel Kraftstoff in einen Wandfilm des Saugrohres (505) flüssig eingelagert wird und wieviel Kraftstoff aus dem Wandfilm durch die Massenströmung der Ansaugluft flüssig und/oder durch Verdampfung aus dem Wandfilm gasförmig in den
Brennraum ausgetragen wird, wobei der Grad der Kraftstoffverdampfung durch die Ansaugluft und/oder durch das Luft-Abgasgemisch aus dem Kraftstoffwandfilm abhängig von der Temperatur und der Wärmeenthalpie des Saugrohres (505) und der Temperatur und Wärmeenthalpie der
Ansaugluft und/oder des Luft-Abgasgemisches angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Kolbentemperatur- und/oder Brennraumwandtemperatur-Modells bestimmt wird, ob die in einem Kolben der Brennkraftmaschine und/oder in der Brennraumwand gespeicherte Wärme ausreichend ist, damit
angelagerter Kraftstofffilm bei einer Verbrennung von Kraftstoff rechtzeitig verdampft und verbrannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Mengenerhöhung (440) durch Veränderung einer genannten Kraftstoffaufteilung zwischen der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und der direkten Kraftstoffzumessung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste (415) Temperatur aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird:
- Temperatur des Ansaugkanals der Brennkraftmaschine;
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht erkannter Kaltstartphase geprüft wird, ob ein transienter
Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt, und dass bei einem erkannten transienten Betriebszustand der Anteil an über die
saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung zugemessenem Kraftstoff relativ zum über direkte Kraftstoffzumessung zugemessenem Kraftstoff erhöht wird (440).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom dem Ergebnis des genannten Vergleichs (435) zusätzlich eine geeignete Ratenerhöhung der Abgasrückführung (560) durchgeführt wird (445).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraftstoffaufteilung auf der Grundlage einer gemessenen oder rechnerisch ermittelten Temperatur wenigstens eines Kolbens der Brennkraftmaschine bestimmt wird. 12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter oder erfasster, aufgrund eines transienten Betriebs sich erhöhender Temperatur des wenigstens einen Kolbens der Brennkraftmaschine, die durch direkte Kraftstoffzumessung zugemessene Kraftstoff menge sukzessive erhöht wird und die durch saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung zugemessene Kraftstoff menge sukzessive verringert wird.
13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen. 14. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm
gemäß Anspruch 13 gespeichert ist. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine duale
Kraftstoffzumessung mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüch 1 bis 12 zu steuern.
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