DE102015218047A1

DE102015218047A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102015218047A1
Application number: DE102015218047.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kuhn; Claus Wundling; Timm Hollmann; Udo Schulz; Rainer Ecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-03-23
Also published as: WO2017050547A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer dualen, saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung (SRE) sowie einer direkten Kraftstoffzumessung (BDE), wobei die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung und die direkte Kraftstoffzumessung in einem variablen Mischbetrieb anhand einer Aufteilung (415) erfolgen, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass in dem genannten variablen Mischbetrieb eine Abgasrückführung der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Abgasrückführrate (405) erfolgt und dass die genannte Aufteilung (415) an die vorgegebene Abgasrückführrate (405) angepasst wird.

Description

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
Aus der Praxis ist es bekannt, dass eine Brennkraftmaschine in einem Einspritz-Reinbetrieb, bei dem ein Zylinder der Brennkraftmaschine während eines Arbeitstakts des Zylinders ausschließlich mit einem Injektor einer Saugrohreinspritzung (SRE) oder mit einem Injektor einer Direkteinspritzung (BDE) mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann, oder in einem Einspritz-Mischbetrieb betrieben werden kann, bei dem ein Zylinder der Brennkraftmaschine während seines Arbeitstakts sowohl mit dem SRE-Injektor als auch dem BDE-Injektor mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann. Ein Verhältnis bzw. eine Aufteilung zwischen einer Einspritzmenge des Kraftstoffs mittels des SRE-Injektors und einer Einspritzmenge des Kraftstoffs mittels des BDE-Injektors ist in Abhängigkeit von motorspezifischen Eigenschaften für verschiedene Lastpunkte einstellbar. Die motorspezifischen Eigenschaften müssen für verschiedene Fahrsituationen der Brennkraftmaschine möglichst genau und unter Berücksichtigung von Randbedingungen, wie Emissionsgesetzgebung (z.B. California Air Resources Board(CARB)-Gesetzgebung), Leistung, Startverhalten und auch Diagnosen für Funktionen der Brennkraftmaschine, eingestellt und gesteuert werden.
In einem genannten Mischbetrieb ist das Maß der genannten Aufteilung der Kraftstoffmasse bekanntermaßen von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängig. So kann als Betriebsfunktion eine Bauteilschutzfunktion oder eine Notlauffunktion der Brennkraftmaschine realisiert werden, um eine Dynamikkompensation durchzuführen, um ein Heizen des Katalysators nach einem Kaltstart vorzusehen, oder um eine Gemischadaption, eine Tankentlüftung und/oder verschiedene Diagnosen durchzuführen.
Ein Verfahren zum Bestimmen eines genannten Aufteilungsmaßes bei hier betroffenen Brennkraftmaschinen geht aus DE 10 2010 039 434 A1 hervor. Dabei wird ein betriebspunktabhängiges Aufteilungsmaß bestimmt, wobei mehreren besonderen Betriebsfunktionen, die bestimmten Betriebsbedingungen zugeordnet sind, jeweils eine Priorität zugeordnet wird. Es wird ermittelt, welche besondere Betriebsfunktion(en) vorliegt(en) und abhängig von der jeweiligen Priorität eine oder mehrere Betriebsfunktionen ausgewählt. Durch mögliche Beschränkungen der zulässigen Bereiche der ausgewählten Betriebsfunktionen, z.B. einer Betriebsfunktion für einen Bauteilschutz, für das Anpassen an ein dynamisches Verhalten und/oder für das Heizen eines Katalysators, wird ein geeignetes Aufteilungsmaß bestimmt. Auf diese Weise kann auch bei Vorliegen von Betriebsbedingungen, die mehreren Betriebsfunktionen zugeordnet sind, ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessvorrichtung, welche in einem genannten Mischbetrieb, insbesondere in einem variablen Mischbetrieb betrieben wird, in dem eine variable Kraftstoffaufteilung mit einem bestimmten Aufteilungsverhältnis zwischen einer genannten saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und einer genannten direkten Kraftstoffzumessung erfolgt.
Ein solcher variabler Mischbetrieb ermöglicht die Vorteile beider Kraftstoffzumessarten für eine optimale Gemischbildung eines Kraftstoff-Luftgemisches sowie die Verbrennung dieses Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine gleichermaßen zu nutzen. So ist eine direkte Kraftstoffzumessung in einem dynamischen oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhafter, wobei insbesondere auch eine unkontrollierte Verbrennung bzw. Selbstentzündung des zugemessenen Kraftstoffs (sogenanntes „Klopfen“) wirksam verhindert wird. Demgegenüber ist eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhafter, da sie in Bezug auf die Reduzierung von Partikeln und Stickoxiden im Abgas wirksamer ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine mit einer zur Verringerung von Abgasemissionen dienenden sogenannten Abgasrückführung (AGR) mit einer bestimmten, d.h. vorgegebenen oder vorgebbaren Abgasrückführrate, den genannten Mischbetrieb an die jeweilige bzw. aktuelle Abgasrückführrate anzupassen bzw. mit dieser zu korrelieren.
Die Erfindung schlägt ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und sowie eine entsprechende Vorrichtung vor, bei denen die genannte relative Aufteilung der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung (SRE) und der direkten Kraftstoffzumessung (BDE) im insgesamt sich ergebenden variablen Mischbetrieb eines hier betroffenen Dualsystems abhängig von einer genannten Abgasrückführrate (AGR-Rate) erfolgt.
Bei der Abgasrückführung (AGR) handelt es sich bevorzugt um eine sogenannte interne AGR. Gegenüber einer sogenannten externen AGR, bei der die Regelung der Abgasrückführung mittels eines außerhalb der Brennkraftmaschine angeordneten Abgasrückführventils erfolgt, liegt der Vorteil einer internen AGR in geringeren Drosselverlusten und daraus sich ergebenden Kraftstoffverbrauchsvorteilen sowie einer Reduktion von Stickoxiden in den Verbrennungsabgasen. Zudem ist eine interne AGR bei transienten Betriebsvorgängen der Brennkraftmaschine, z.B. bei schnellen Lastwechseln, schneller steuerbar oder regelbar und daher genauer als eine externe AGR. Darüber hinaus besteht der bei einer externen AGR typischerweise auftretende Nachteil einer ungleichen Befüllung der Zylinder der Brennkraftmaschine mit rückgeführtem Abgas nicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen insbesondere die Erkenntnis sowie der technische Effekt zugrunde, dass die interne AGR-Rate und eine dadurch verursachte, verbleibende Restgasmenge in einem Zylinder der Brennkraftmaschine durch Überschneidung der Ansteuerzeiten von in einem Einlasskanal und einem Auslasskanal angeordneten Einlass- und/oder Auslassventilen des jeweiligen Zylinders bestimmt wird. Diese Ansteuerzeiten betreffen insbesondere das Öffnen dieser Ventile sowie die zu diesen Zeitpunkten vorliegenden Druckverhältnissen in dem Zylinder. Dabei ist ferner sicherzustellen, dass ein ausreichendes Druckgefälle zwischen der Einlassseite und der Auslassseite vorliegt, damit die Verbrennung in dem jeweiligen Brennraum des Zylinders besser und stabiler regelbar ist und damit die für den Betriebskomfort des Kraftfahrzeugs erforderliche Laufruhe der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Darüber hinaus bewirkt ein zu großer Anteil an saugrohrbasiert zugemessener Kraftstoffmenge durch den entsprechend eingebrachten Kraftstoffdampf ein Verdrängen von Luft im Saugrohr. Dadurch reduziert sich das Druckgefälle zwischen einem genannten Einlassventil und Auslassventil, was wiederum zu einer instabilen Restgasmenge führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher vorgesehen sein, dass bei einer Veränderung, insbesondere bei einer Vergrößerung der internen AGR-Rate ein bestimmtes Niveau des Druckgefälles bzw. des Differenzdrucks zwischen einem genannten Einlasskanal, einem jeweiligen Zylinder und einem genannten Auslasskanal möglichst aufrechterhalten wird, um die AGR-Rate im Brennraum zuverlässig und reproduzierbar einstellen zu können. Wird nun festgestellt, dass ein entsprechendes Mindestdruckgefälle nicht aufrechterhalten wird bzw. gewährleistet ist, kann die genannte Aufteilung der über den SRE- und den BDE-Einspritzpfad jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu einem (relativ) verringerten Anteil des SRE-Beitrags und einem (relativ) erhöhten Anteil des BDE-Beitrags hin verstellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass für eine gegebene relative Aufteilung zwischen einer genannten SRE- und BDE-Kraftstoffzumessung eine Ansteuerung des Einlassventils und/oder des Auslassventils erfolgt, dass als Ergebnis dieser Ansteuerung geprüft wird, ob bei der Ansteuerung ein ausreichendes Druckgefälle zwischen dem Einlasskanal, dem Zylinder und dem Auslasskanal gewährleistet ist bzw. vorliegt, dass bei Nicht-Erfülltsein dieser Bedingung eine geänderte Aufteilung bestimmt wird, und dass eine Ansteuerung des Einlassventils und/oder des Auslassventils für die geänderte Aufteilung erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten, insbesondere sichereren, komfortableren, emissionsärmeren und gleichzeitig stabileren Verbrennungsbetrieb einer hier betroffenen, in einem genannten variablen Mischbetrieb betriebenen Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffzumessung, insbesondere auch im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs und auch unter Einhaltung der von der eingangs genannten Gesetzgebung geforderten Abgasemissionen der Brennkraftmaschine.
Es ist hervorzuheben, dass ein genannter variabler Mischbetrieb eine ausschließlich saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung, eine ausschließlich direkte Kraftstoffzumessung sowie eine beliebige, variable Aufteilung zwischen den beiden Betriebsarten umfasst. Zudem kann ein solcher Mischbetrieb in der Startphase der Brennkraftmaschine angewendet werden und dadurch verschiedene Startarten ermöglichen.
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 Kraftstoffzumessvorrichtung 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 kombinierten Block-/Flussdiagramms.
5 zeigt schematisch ein zwischen einem Zylinder, einem Einlasskanal und einem Auslasskanal einer hier betroffenen Brennkraftmaschine typischerweise vorliegendes Druckgefälle.
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 hier nicht gezeigten Einlassventil gesteuerte, ebenfalls nicht gezeigte Einlassöffnung aufweist. Die Einlassöffnung bildet die Mündung eines den Zylinderkopf 12 durchdringenden, hier ebenfalls 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 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. Es ist anzumerken, dass alternativ jedem Zylinder 11 ein eigenes bzw. einzelnes Kraftstoffeinspritzventil 20 zugeordnet sein kann.
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 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 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 (bis zu 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 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 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 gezeigten 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.
In einem eingangs genannten Dualsystem werden die beschriebenen beiden Anteile 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 KM_ges für einen Zylinder setzt sich wie in der folgenden Gleichung (1) zusammen: KM_ges = KM_SRE + KM_BDE, (1) wobei KM_SRE die relative Kraftstoffmasse des SRE-Pfades und KM_BDE die relative Kraftstoffmasse des BDE-Pfades bezeichnen.
Wie nachfolgend beschrieben, erfolgt die Berechnung eines für eine vorliegende Betriebssituation der Brennkraftmaschine geeigneten Aufteilungsfaktors zwischen SRE- und BDE-Betrieb. Dabei werden zunächst mögliche Betriebszustände und/oder aktuell vorliegende Betriebsanforderungen einer hier betroffenen Brennkraftmaschine bzw. eines eine solchen Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs erfasst. Die so erfassten Betriebszustände bzw. -anforderungen werden zunächst den folgenden, beispielhaften Kategorien zugeordnet:

– Temperatur der Brennkraftmaschine bzw. des/der jeweiligen Brennraums/-räume
– Hochdruck im BDE-Betrieb einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessvorrichtung
– Vorliegender Fehlerfall
– Ergebnis einer On-Board-Diagnose
– Etwa durchgeführte Adaptionen bei der Kraftstoffzumessung bzw. -einspritzung
– Besondere Fahrsituationen, z.B. fahrerseitige Aktivierung eines „Kick-down“ an einem Fahrpedal oder fahrerseitiges Zurückschalten eines Zwischengangs

So kann, je nach vorliegender Temperatur der Brennkraftmaschine, ein optimaler Betriebsbereich beim Start einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung z.B. hinsichtlich Schnelligkeit, Partikelbildung oder Ansprechverhalten ermittelt werden, anhand dessen eine genannte Priorisierung durchgeführt werden kann. Weitere Erfassungsmöglichkeiten für die genannten, unterschiedlichen Startarten sind, neben der Temperatur, der für einen Hochdruckstart oder einen Start/Stopp-Betrieb mit schnellem Wiederstart erforderliche Hochdruck in einem genannten BDE-Betrieb.
Aufgrund der genannten Vielzahl von Möglichkeiten für den Aufteilungsfaktor, die zwar physikalisch gleichwertig möglich sind, jedoch unter den genannten, verschiedenen Betriebsaspekten im realen Fahrbetrieb zu bevorzugen sind, ist eine geeignete Priorisierung erforderlich, damit eine eindeutige Bestimmung bzw. Festlegung eines Aufteilungsfaktors ermöglicht wird und nicht ständig zwischen verschiedenen Aufteilungsfaktoren gewechselt werden muss. Solche häufigen Wechsel sind deshalb zu vermeiden, da eine Änderung des Aufteilungsfaktors zum Einen mit einem erhöhten applikativen Aufwand verbunden ist, um die Änderung im realen Betrieb möglichst momenten- und gemischneutral einstellen zu können.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand eines in 4 gezeigten kombinierten Block-/Flussdiagramms beschrieben. Dabei werden zunächst in an sich bekannter Weise Ventilsteuerzeiten eines genannten Einlassventils und eines genannten Auslassventils, abhängig von einer gewünschten, d.h. vorgegebenen AGR-Rate 405, vorgesteuert 400. Durch die Vorsteuerung 400 ist insbesondere auch die genannte zeitliche Überschneidung der beiden Ventile steuerbar. Über eine geeignete Sensierung des Schließens der Ein- und Auslassventile, z.B. in an sich bekannter Weise mittels Körperschallerfassung oder aus bestehenden Kennfeldern bzw. Kennkurven für den jeweilige Ventilerhebungsverlauf, wird das Öffnen und Schließen des Ein- und Auslassventils präzise bestimmt.
In Schritt 410 erfolgt nun eine Ansteuerung des Einlassventils und des Auslassventils, basierend auf einen in der vorbeschriebenen Weise bestimmten Aufteilungsfaktors 415 zwischen SRE- und BDE-Einspritzung. Als Ergebnis dieser Ansteuerung 410 wird in einem nachfolgenden Prüfschritt 420 geprüft, ob bei dieser Ansteuerung 410 ein ausreichendes Druckgefälle zwischen dem Einlasskanal, dem Zylinder und dem Auslasskanal gewährleistet ist bzw. vorliegt. Ist diese Bedingung 420 erfüllt, wird wieder zu Schritt 410 zurückgesprungen, um eine erneute Ansteuerung des Einlassventils und des Auslassventils, basierend auf einem zwischenzeitlich ggf. angepassten Aufteilungsfaktor 415, durchzuführen. Ist die Bedingung 420 nicht erfüllt, dann wird ein geänderter Aufteilungsfaktor 415 bestimmt und es erfolgt eine erneute Ansteuerung 410 des Einlassventils und des Auslassventils, basierend auf dem so geänderten Aufteilungsfaktor.
Ein hierbei zugrunde liegender Zylinder 500 einer hier betroffenen Brennkraftmaschine ist schematisch in 5 dargestellt. Insbesondere wird ein zwischen dem Zylinder 500, einem Einlasskanal 505 und einem Auslasskanal 510 einer genannten Brennkraftmaschine auftretendes Druckgefälle veranschaulicht. Der Zylinder 500 umfasst bekanntermaßen einen Kolben 515 und eine mit dem Kolben 515 kraftschlüssig verbundene, in einem hier nicht gezeigten Kurbelgehäuse angeordneten Kurbelwelle 520. Im Zylinderbereich des Einlasskanals 505 ist ein Einlassventil 525 angeordnet, wohingegen im Zylinderbereich des Auslasskanals 510 ist ein Auslassventil 530 angeordnet ist. Von einer Kraftstoffpumpe 540 geförderter Kraftstoff wird über ein Einspritzventil 535 in den Einlasskanal 505 im Wege einer genannten Saugrohreinspritzung (SRE) eingespritzt. Zusätzlich kann eine direkte (BDE-)Einspritzung von Kraftstoff über ein ebenfalls mit der Kraftstoffpumpe 540 verbundenes Hochdruckeinspritzventil 545 erfolgen.
Bei einer Vergrößerung der internen AGR-Rate ist es erforderlich, ein bestimmtes Niveau des Druckgefälles bzw. des Differenzdrucks ∆p = p_aus – p_ein zwischen dem Einlasskanal 505, dem Zylinder 500 und dem Auslasskanal 510 aufrechtzuerhalten, damit die AGR-Rate im Brennraum zuverlässig und reproduzierbar eingestellt werden kann. In dem Zylinder 500 liegt dabei ein Druck p_zyl an. Die Bedeutung der entsprechenden Druckgrößen p_ein, p_zyl und p_aus ist aus 5 zu ersehen. Falls ein entsprechendes Mindestdruckgefälle nicht gewährleistet ist, wird die genannte Aufteilung der über den SRE- und den BDE-Einspritzpfad jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu einem (relativ) verringerten Anteil des SRE-Beitrags und einem (relativ) erhöhten Anteil des BDE-Beitrags verstellt.
Es ist hierbei anzumerken, dass die durch die genannte Betätigung der als Gaswechselventile fungierenden Einlass- und Auslassventile erzeugten Druckverhältnisse in an sich bekannter Weise durch während der genannten relevanten Zeiträume, z.B. während eines genannten Lastwechsels der Brennkraftmaschine, durchgeführte Messungen erfassbar sind oder aber über entsprechende Modellwerte bestimmbar sind.
Die genannte Änderung der Aufteilung bzw. des Aufteilungsfaktors zu dem oben genannten Zweck kann von folgenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig gemacht werden:

– Interne AGR-Rate;
– Drehzahl;
– Last;
– Luftmassenstrom;
– Drosselklappenstellung;
– Druck im Ansaugkanal.

Eine Erhöhung der AGR-Rate führt bekanntermaßen zu einem langsameren Durchbrennverhalten des Kraftstoff-/Luft-Gemisches in dem Brennraum. Eine erhöhte AGR-Rate führt allerdings wiederum zu einer den Komfort negativ beeinträchtigenden Erhöhung der Laufunruhe der Brennkraftmaschine.
Durch die genannte Erhöhung der über den BDE-Pfad eingespritzten Kraftstoffmenge kommt es aufgrund der durch den Einspritzimpuls des Kraftstoffes zugeführten kinetischen Energie zu vermehrter Turbulenz und entsprechender Durchmischung des Kraftstoff-/Luft-Gemisches in dem Brennraum. Dies führt wiederum zu einer verbesserten, schnelleren Verbrennung bzw. einem schnelleren Durchbrand des Kraftstoff/Luft-Gemisches und dadurch zu einer verbesserten Stabilität des gesamten Gemischumsatzes durch die Verbrennung.
Das beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft einsetzbar bei Kraftstoffzumesssystemen, bei denen der Ventiltrieb nicht oder nur stufenweise verstellbar ist, und zwar sowohl hinsichtlich entsprechender Öffnungszeitpunkte, Öffnungsdauern und veränderlicher Ventilhübe.
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 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung, bei der eine saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung (SRE) und eine direkte Kraftstoffzumessung (BDE) in einem variablen Mischbetrieb anhand einer Aufteilung (415) erfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem genannten variablen Mischbetrieb eine Abgasrückführung der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Abgasrückführrate (405) erfolgt und dass die genannte Aufteilung (415) an die vorgegebene Abgasrückführrate (405) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung (410) eines in einem Einlasskanal (505) eines Zylinders (500) der Brennkraftmaschine angeordneten Einlassventils (525) und/oder eines in einem Auslasskanal (510) des Zylinders (500) der Brennkraftmaschine angeordneten Auslassventils (530) auf der Grundlage der an die vorgegebene Abgasrückführrate (405) angepassten Aufteilung (415) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung mit der vorgegebenen Abgasrückführrate (405) durch eine interne Abgasrückführung realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Veränderung der Abgasrückführrate (405) ein bestimmter Differenzdruck zwischen einem Einlasskanal (505) des Zylinders (500) und einem Auslasskanal (510) des Zylinders (500) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst wird, ob ein minimaler Differenzdruck zwischen dem Einlasskanal (505) und dem Auslasskanal (510) des Zylinders (500) vorliegt, dass bei Nichtvorliegen dieses Differenzdrucks eine geänderte Aufteilung (415) bestimmt wird, und dass eine Ansteuerung des Einlassventils (525) und/oder des Auslassventils (530) für die geänderte Aufteilung (415) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nichtvorliegen dieses Differenzdrucks die genannte Aufteilung (415) zu einem verringerten Anteil der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und zu einem erhöhten Anteil der direkten Kraftstoffzumessung hin verstellt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 7 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine Brennkraftmaschine bzw. eine Kraftstoffzumessvorrichtung mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zu steuern.