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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.
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Brennkraftmaschinen sind häufig dazu ausgelegt, hohe Drehmomente zu erzeugen, welche große Einspritzmengen erfordern. Andererseits erfordern gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die Schadstoffemissionen geringgehalten werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, ein als Kraftstoff benötigtes Fluid möglichst genau dosieren zu können und die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Ein gewisses Nachtropfen von Kraftstoff ist jedoch unter Berücksichtigung vertretbarer Kosten kaum zu vermeiden. Das Nachtropfen hat wiederum Schadstoffemissionen zur Folge.
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In der
DE 10 2013 217 928 A1 sind ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einem Motor basierend auf einer Kolbentemperatur beschrieben. Das System umfasst ein Temperaturschätzmodul und ein Kraftstoffsteuermodul. Das Temperaturschätzmodul schätzt eine Kolbentemperatur, die einem Zylinder zugeordnet ist, basierend auf Motorbetriebsbedingungen. Das Kraftstoffsteuermodul steuert einen Einspritzungszeitpunkt, der dem Zylinder zugeordnet ist, einen Einspritzungsort, der dem Zylinder zugeordnet ist, und eine Anzahl von Einspritzungen pro Motorzyklus, die dem Zylinder zugeordnet ist, basierend auf der Kolbentemperatur.
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Die
DE 199 08 729 A1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzverfahren für eine Brennkraftmaschine und eine entsprechende Vorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei der eine erste Einspritzung in einem Ansaugtakt erfolgt. Ausgehend von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wird ein Klopfneigungssignal bestimmt, das die Klopfneigung der Brennkraftmaschine charakterisiert. Eine wenigstens zweite Einspritzung erfolgt dann, wenn das Klopfneigungssignal einen Schwellenwert übersteigt.
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In der
AT 515563 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine offenbart, wobei in zumindest einem Motorbetriebsbereich die Strategie der Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit zumindest eines Motorparameters verändert wird. Um insbesondere in transienten Betriebszuständen die Partikelemissionen zu vermindern, ist vorgesehen, dass überprüft wird, ob ein transienter Zustand der Brennkraftmaschine vorliegt und - wenn ein transienter Betriebszustand festgestellt wird - die Strategie der Kraftstoffeinspritzung, vorzugsweise die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, die zeitliche und/oder örtliche Lage der Kraftstoffeinspritzungen und/oder der Kraftstoffeinspritzdruck verändert wird.
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Die
DE 196 28 655 C1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewährleistung von stetigen Übergängen beim Wechsel von Betriebsbereichen bei Brennkraftmaschinen. In einem Übergangsbereich wird dabei zumindest eine Steuergröße nach Maßgabe einer Übergangsfunktion bestimmt. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben.
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In der
DE 689 05 482 T2 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Einspritzbeginns-Sollwertes eines Verbrennungsmotors beschrieben. Der Verbrennungsmotor weist eine elektronische Regelung des Einspritzbeginns auf, die zwei Zweige umfassen, mit Speichern, in denen Kennfelder für verschiedene Einspritzbeginn-Grundwerte für die jeweiligen Betriebsarten des Motors abhängig von wenigstens einem Motorbetriebsparameter abgespeichert sind. Zumindest einer der Zweige zweist ein arithmetisches Mittel zum Umschalten von der einen Betriebsart in die andere auf, mit einem ersten Kennfeld mit Einspritzbeginn-Grundwerten für optimalen Kraftstoffverbrauch für eine statische Betriebsart mit im Wesentlichen konstanten oder nur wenig variierender Motorlast und mit einem zweiten Kennfeld für Einspritzbeginn-Grundwerte für niedrige Schadstoffemission im Abgas für eine dynamische Betriebsart, in der die Motorlast signifikant wechselst, wobei das Umschalten von der statischen Betriebsart in die dynamische Betriebsart so allmählich erfolgt, dass der Einspritzbeginn nur allmählich variiert.
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Die
DE 10 2014 216 496 A1 zeigt ein Verfahren und ein System zum Verbessern der Klopftoleranz einer Kraftmaschine, insbesondere wenn die LP-AGR von niedrigen Niveaus der AGR schnell kontinuierlich erhöht wird. Bis eine LP-AGR-Sollrate erreicht ist, kann der Kraftstoff als eine geteilte Einspritzung mit wenigstens einer Einlasstakt-Einspritzung und einer Verdichtungstakt-Einspritzung zugeführt werden, um die Transportverzögerung der AGR, die das Einlasssystem füllt, zu kompensieren. Anschließend kann die einzige Kraftstoffeinspritzung wieder aufgenommen werden.
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Es ist wünschenswert, ein Verfahren sowie eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
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Gemäß der Erfindung wird eine Anforderung für eine Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine empfangen. Ein Wert eines Verzögerungszeitraums wird empfangen. Die Ausführung der Anforderung wird um den Wert des Verzögerungszeitraums verzögert. Die Anforderung wird nach dem Verzögerungszeitraum ausgeführt, wenn die Anforderung noch nach dem Verzögerungszeitraum empfangen wird.
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Es wird ein Wert einer Temperatur in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt. Der Wert des Verzögerungszeitraums wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Temperatur ermittelt. Der ermittelte Wert des Verzögerungszeitraums wird gesendet und kann folglich empfangen werden, um die Ausführung der Anforderung um den ermittelten Wert des Verzögerungszeitraums zu verzögern. Aufgrund der brennraumtemperaturabhängigen Verzögerung der Umschaltung auf Mehrfacheinspritzung ist eine möglichst lange Betriebsdauer in den partikelgünstigen Bereichen möglich. Dennoch wird rechtzeitig bedarfsgerecht die Mehrfacheinspritzung bei hochlastigem Betrieb aktiviert, um klopfende Verbrennungen möglichst zu vermeiden und die vollständige Motorperformance zu erhalten.
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Beispielsweise erfolgt eine Anforderung für eine Mehrfacheinspritzung bei einem Lastanstieg der Brennkraftmaschine. Die Mehrfacheinspritzung wird beispielsweise von der Motorsteuerung angefordert, um auch im höheren Lastbereich die Klopfgefahr der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Die Umschaltung auf Mehrfacheinspritzung ist jedoch bei einem Lastanstieg selbst im klopfgefährdeten Bereich nicht unmittelbar notwendig, da die Brennraumtemperatur vom vormals niedrigeren Lastpunkt noch keine für das Klopfen kritischen Werte aufweist. Die Temperatur steigt erst mit einer Verzögerung an.
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Bei Einspritzventilkonzepten mit einem Nachtropfen nach einer erfolgten Einspritzung, beispielsweise aufgrund eines Prellens der Ventilnadel beim Schließen, kann eine Gemischwolke mit Luftmangel um die Injektorspitze auftreten. Diese lokale Überfettung im Brennraum kann zu einer Erhöhung der Partikelanzahlemission führen.
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Aufgrund der anmeldungsgemäßen Verzögerungszeit wird nur dann die Anforderung auf die Mehrfacheinspritzung ausgeführt, wenn nach der Verzögerungszeit immer noch der Bedarf für die Mehrfacheinspritzung vorliegt. Somit werden insgesamt weniger Einspritzungen ausgeführt. Bei einer Einfacheinspritzung tritt das Nachtropfen nämlich nur einmal auf. Bei einer Mehrfacheinspritzung beispielsweise aufgeteilt auf drei Einspritzungen tritt das Nachtropfen dreimal auf. Somit ist es beispielsweise mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren möglich, die Abgasnorm EU6c zu erfüllen, die neben der von einer Otto-Brennkraftmaschine emittierten Partikelmasse auch die Partikelanzahl limitiert vorgibt.
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Aufgrund der Verzögerung der Ausführung des Umschaltens auf Mehrfacheinspritzung wird insbesondere im realen, dynamischen Fahrbetrieb mit stark wechselnden Lasten die Mehrfacheinspritzung weniger häufig aktiviert als herkömmlich. Somit ist es möglich, die Anzahl der emittierten Partikel zu reduzieren. Durch die lastabhängige, aber verzögerte Umschaltung auf Mehrfacheinspritzung ist es möglich, die Brennkraftmaschine über eine deutlich verlängerte Betriebsdauer in dem partikelgünstigen Bereich zu bewegen. Dabei bleibt jedoch auch die vollständige Motorperformance hinsichtlich Klopfverhalten erhalten, da die Mehrfacheinspritzung bedarfsgerecht aktiviert wird.
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Vorteilhafterweise ist der Wert des Verzögerungszeitraums ein fest vorgegebener Wert. Beispielsweise ist der Wert des Verzögerungszeitraums 3 Sekunden oder mehr, beispielsweise 4 Sekunden, oder 5 Sekunden. Der fest vorgegebene Wert basiert insbesondere in Abhängigkeit der Brennkraftmaschine auf einem im Vorfeld ermittelten herkömmlichen Temperaturanstieg bei einem Lastanstieg. Der Wert der Temperatur in dem Brennraum der Brennkraftmaschine wird beispielsweise mittels eines Modells ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird der Wert der Temperatur in Abhängigkeit einer Kühlwassertemperatur und/oder einer Ansauglufttemperatur und/oder einer Rohabgastemperatur ermittelt.
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Gemäß Ausführungsformen wird die Mehrfacheinspritzung auch schon innerhalb des Verzögerungszeitraums aktiviert, wenn ein Klopfen der Brennkraftmaschine ermittelt wurde. Wenn beispielsweise ein Klopfsensor der Brennkraftmaschine ein Klopfen ermittelt, die Verzögerungszeit aber noch nicht abgelaufen ist, wird trotzdem auf Mehrfacheinspritzung umgeschaltet. Wenn tatsächlich ein Klopfen auftritt, lässt sich somit die Ausführung der Mehrfacheinspritzung direkt, ohne Verzögerung aktivieren. Dies führt zu einer Robustheitserhöhung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten Beispielen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform,
- 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
- 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, und
- 4 eine schematische Darstellung einer Temperaturverzögerung gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt ein System 100 mit einer Brennkraftmaschine 106 und einem Kraftstoffverteiler 101 (auch Common Rail genannt). Die Brennkraftmaschine 106 ist beispielsweise eine Otto-Brennkraftmaschine. Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank wird im Betrieb unter hohem Druck in dem Kraftstoffverteiler 101 gesammelt und nachfolgend direkt in Brennräume 102 der Brennkraftmaschine 106 eingespritzt. Hierfür ist in jedem Brennraum 102 ein Einspritzventil 103 angeordnet. Die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs führt zu einer Drehmomentabgabe der Brennräume 102 auf eine Kurbelwelle 107 der Brennkraftmaschine 106. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 106 vier Brennräume 102 auf. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen weist die Brennkraftmaschine mehr als vier oder weniger als vier Brennräume 102 auf. Die Brennräume 102 können auch als Zylinder der Brennkraftmaschine 106 bezeichnet werden.
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Bei den Einspritzventilen 103 tritt im Betrieb ein Nachtropfen nach einer erfolgten drehmomentrelevanten Einspritzung auf. Die Tendenz zum Nachtropfen resultiert beispielsweise aus der Verdampfung des Kraftstoffs aus dem Sacklochvolumen des Einspritzventils. Sie steigt mit größerem Sacklochvolumina und geringeren Schließgeschwindigkeiten der Injektornadel. Das Nachtropfen hat eine Gemischwolke mit Luftmangel um die Injektorspitze zur Folge. Diese lokale Überfettung im Brennraum führt zu einer Erhöhung der Partikelanzahlemissionen.
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Eine Vorrichtung 110, die beispielsweise Teil einer Motorsteuerung ist, ist eingerichtet, ein nachfolgend in der Verbindung mit den 2 und 3 erläutertes Verfahren durchzuführen, um so wenig Einspritzungen wie nötig auszuführen und dennoch einen gewünschten Betrieb der Brennkraftmaschine 106 zu realisieren.
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Wie sich beispielsweise aus 4 ergibt steigt eine Brennraumtemperatur 401 auch im klopfgefährdeten Bereich 402 mit einer Verzögerung 403 an, wenn der Lastpunkt erhöht wird. Außerdem sind in 4 ein effektiver Mitteldruck 404 sowie ein angewendeter Zündwinkel 405 abgebildet.
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Bei einem Verfahren gemäß 2 wird in Schritt 201 ein Wert eines Verzögerungszeitraums T fest vorgegeben. Beispielsweise ist der Wert 3 Sekunden oder mehr. Insbesondere ist der Wert des Verzögerungszeitraums größer als eine eventuell hinterlegte Zeitverzögerung zum Verhindern von Toggeln zwischen den einzelnen Verbrennungsmodi, die beispielsweise unter 100 Millisekunden liegt.
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In Schritt 202 wird eine Umschaltbedingung, beispielsweise eine Lasterhöhung, ermittelt, sodass eine Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mittels einer Anforderung U angefordert wird. In Schritt 203 werden die Anforderung U aus Schritt 202 und der Wert des Verzögerungszeitraums T empfangen. Die Ausführung der Anforderung wird um den Wert des Verzögerungszeitraums T verzögert.
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Die Mehrfacheinspritzung wird in Schritt 204 erst dann aktiviert, wenn es klopftechnisch notwendig ist. Wenn nach Ablauf des Verzögerungszeitraums T immer noch die Umschaltbedingung vorliegt und die Anforderung für eine Mehrfacheinspritzung weiterhin aktuell ist, wird nach dem Verzögerungszeitraum T in Schritt 204 die Mehrfacheinspritzung ausgeführt. Wenn nach dem Verzögerungszeitraum T beispielsweise die Lastanforderung wieder reduziert wurde, wird die Anforderung für eine Mehrfacheinspritzung nicht ausgeführt und weiterhin eine Einfacheinspritzung durchgeführt.
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Beispielsweise bei einer Anfahrt nach einer roten Ampel wird das Kraftfahrzeug unter hohen Lastanforderungen beschleunigt. Dies dauert jedoch erfahrungsgemäß kürzer, als der Wert des Verzögerungszeitraums T vorgegeben wurde. Die Temperatur der Brennräume 102 der Brennkraftmaschine 106 steigt während dem Anfahren nach der roten Ampel nicht so stark an, dass trotz der hohen Last temperaturbedingt eine Mehrfacheinspritzung notwendig ist. Aufgrund des Verzögerns der Umschaltung auf Mehrfacheinspritzung in Schritt 203 wird somit die Einfacheinspritzung beim Anfahren nach der roten Ampel beibehalten und die unnötige Mehrfacheinspritzung wird vermieden. Somit wird im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, bei denen bei hoher Last unmittelbar auf Mehrfacheinspritzung umgeschaltet wird, eine Reduzierung der Anzahl der emittierten Partikel erreicht.
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Bei einem Verfahren gemäß 3 wird der Wert des Verzögerungszeitraums T in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert einer Temperatur in dem Brennraum 102 der Brennkraftmaschine 106 ermittelt.
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Beispielsweise wird in Schritt 301 der Wert der Temperatur in dem Brennraum 102 mittels eines in der Vorrichtung 110 hinterlegten Modells ermittelt. Die Brennraumtemperatur lässt sich alternativ oder zusätzlich auch über die Kühlwassertemperatur und/oder die Ansauglufttemperatur ermitteln.
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Im Schritt 302 wird in Abhängigkeit der ermittelten Brennraumtemperatur der Wert des Verzögerungszeitraums T ermittelt. Der Wert Temperatur des Brennraums ist ein Indikator für die Klopfneigung der Brennkraftmaschine. Je heißer die Brennkraftmaschine ist, desto eher tritt ein Klopfen auf. Folglich kann der Wert des Verzögerungszeitraums T größer gewählt werden, je geringer die Temperatur im Brennraum 102 der Brennkraftmaschine 106 im eingeschwungenen Betrieb ist. In Schritt 304 wird der ermittelte Wert des Verzögerungszeitraums T sowie die Anforderung U für eine Mehrfacheinspritzung empfangen. Die Weitergabe der Anforderung U erfolgt jedoch erst nach Ablauf des Verzögerungszeitraums T.
Die Mehrfacheinspritzung wird in Schritt 306 ausgeführt, wenn auch nach Ablauf des Verzögerungszeitraums T eine Mehrfacheinspritzung angefordert wird.
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Wird in Schritt 305 ermittelt, dass bereits vor Ablauf des Verzögerungszeitraums T ein Klopfereignis auftritt, wird in Schritt 306 bereits vor Ablauf des Verzögerungszeitraums T die Mehrfacheinspritzung ausgeführt. Bei entsprechend ermittelten Brennraumtemperaturen ist es somit möglich auch bei hohen Lasten ohne ein zu hohes Klopfrisiko die Brennkraftmaschine 106 mit Einfacheinspritzung zu betreiben. Erst wenn die hohe Last über einen längeren Zeitraum auftritt wird auf die Mehrfacheinspritzung umgeschaltet und somit der Brennraum gekühlt, was die Klopfneigung reduziert und wodurch eine höhere Leistung der Brennkraftmaschine 106 abgerufen werden kann. Somit ist ein Hochleistungsbetrieb der Brennkraftmaschine 106 möglich und dabei eine Reduzierung der emittierten Partikelanzahl.
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Der Wert des Verzögerungszeitraums T wird in Abhängigkeit von den Brennraumtemperaturverhältnissen eingestellt, sodass erst beim Erreichen der kritischen Temperatur auf Mehrfacheinspritzung umgeschaltet wird. insbesondere im realen, dynamischen Fahrbetrieb mit stark wechselnden Lasten wird dadurch ein häufiges Aktivieren der Mehrfacheinspritzung vermieden. Durch das verzögerte Umschalten auf Mehrfacheinspritzung lässt sich die Brennkraftmaschine 106 über einen vergleichsweise längeren Betriebszeitraum mit Einfacheinspritzung betreiben. Dabei bleibt durch die bedarfsgerechte Aktivierung der Mehrfacheinspritzung bei hochlastigem Betrieb die vollständige Motorperformance hinsichtlich Klopfneigung erhalten.
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Aus den im Brennraum existierenden Temperaturverhältnissen wird der Wert des Verzögerungszeitraums T für die Umschaltung berechnet. Bei einem genügend hohen Laststrom, also eine Lasterhöhung über einen vorgegebenen Wert, wird in Schritt 202 beziehungsweise 303 wie herkömmlich die Mehrfacheinspritzung angefordert. Wegen dem Verzögerungszeitraum T wird die Anforderung U aber erst dann ausgeführt, wenn es tatsächlich klopftechnisch notwendig ist. Zur Robustheitserhöhung ist es möglich, im Klopffall, der beispielsweise in Schritt 305 ermittelt wurde, die Ausführung der Mehrfacheinspritzung direkt, ohne Verzögerung zu aktivieren. Ein Toggeln zwischen den Einspritzmodi wird ebenfalls vermindert, da die aus den Temperaturen resultierenden Werte für den Verzögerungszeitraum T deutlich länger sind, als die herkömmlich zum Verhindern von Toggeln hinterlegten konstanten Zeiten.
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Mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren ist auch bei Einspritzventilen mit Nachtropfen eine Reduzierung der Partikelanzahl möglich. Somit ist beispielsweise ein Erfüllen der Abgasnorm EU6c auch bei Otto-Verbrennungsmotoren möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 101
- Kraftstoffverteiler
- 102
- Brennraum
- 103
- Einspritzventil
- 106
- Brennkraftmaschine
- 107
- Kurbelwelle
- 110
- Vorrichtung
- 201 - 204
- Verfahrensschritte
- 301 - 306
- Verfahrensschritte
- 401
- Temperatur
- 402
- Bereich
- 403
- Verzögerung
- 404
- Mitteldruck
- 405
- Zündwinkel
- T
- Verzögerungszeitraum
- U
- Anforderung
