WO2010040677A1 - Verfahren zur kraftstoffeinbringung in einen brennraum eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2010040677A1
WO2010040677A1 PCT/EP2009/062733 EP2009062733W WO2010040677A1 WO 2010040677 A1 WO2010040677 A1 WO 2010040677A1 EP 2009062733 W EP2009062733 W EP 2009062733W WO 2010040677 A1 WO2010040677 A1 WO 2010040677A1
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WO
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engine
operating point
concentration
fuel
injection
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Application number
PCT/EP2009/062733
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Georg Mallebrein
Michael Frank
Alexander Schenck Zu Schweinsberg
Helerson Kemmer
Wolfgang Samenfink
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2409—Addressing techniques specially adapted therefor
    • F02D41/2422—Selective use of one or more tables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a map is stored on the one hand for the cold engine and on the other hand for the warm engine.
  • the maps are configured to indicate various control areas of the direct injection injector and the injector injector when the engine temperature changes.
  • One or both injectors are controlled based on the selected map depending on the speed and the fill factor of the engine.
  • the aim of this engine control is to optimize the combustion stability and the fuel consumption in the various operating point ranges of the internal combustion engine. Disclosure of the invention
  • the inventive method with the features of the claim has the advantage that the targeted abatement of Schadstofffredukion influencing the combustion process, the pollutant in the exhaust gas is already relatively low, so that the subsequent effort for exhaust aftertreatment to reduce the emission significantly reduced. The cost of the exhaust aftertreatment can thus be reduced. By maintaining a complex exhaust aftertreatment, however, the scope is increased towards a reduction of the raw emission limit values.
  • the concentration of the at least one selected pollutant in the exhaust gas is determined for injection with the one injection valve and on the other injection of the other injection valve and stored separately in association with the respective engine operating points.
  • the two concentration values stored in association with this engine operating point are called up and compared with one another. That of the two injection valves, whose associated concentration value is smaller, is controlled to spray off the total amount of fuel to be introduced into the combustion chamber.
  • This so-called black-and-white decision for the 100% injection of the total fuel quantity by one of the two injectors has particular advantages in the less complex preparation of the memory data for controlling the injectors in engine operation, which is carried out in advance with a test engine to then transfer the acquired storage data into the control unit of the series engines.
  • Pollutant in the exhaust gas resulting quantitative ratio of the injected over one of the two injectors fuel partial amount and the total of two injectors to be introduced into the combustion chamber total fuel quantity and stored in association with the respective engine operating point.
  • the two injection valves are controlled so that each injector from his cumulative ratio resulting proportion of the total injected into the combustion chamber total fuel quantity.
  • Fig. 1 is a fragmentary longitudinal section of a combustion cylinder of e.g. four-cylinder gasoline engine in conjunction with a dual fuel injection system,
  • FIG. 2 shows a diagram of the HC concentration in the exhaust gas of the spark-ignition engine for a selected speed and load range with exclusive fuel injection by means of the directly injecting injection valves
  • FIG. 3 shows a diagram of the HC concentration in the exhaust gas of the gasoline engine for a selected speed and load range with exclusive fuel injection by means of the injection valves injecting into the intake ports
  • FIG. 4 shows a diagram of the HC concentration in the exhaust gas of the gasoline engine as a function of the distribution of the fuel injection to both injection valves for different operating points (rotational speed, load) of the gasoline engine.
  • the attracted here as an example of an internal combustion engine for example, four-cylinder gasoline engine for a motor vehicle has four cylinders 11, one of which is shown in Fig. 1 fragmentary in longitudinal section.
  • the outside with a cooling water jacket 12 surrounding cylinder 11 is frontally covered by a cylinder head 13 gas-tight.
  • An axially displaceable in the cylinder 11 guided reciprocating piston 14 is limited together with the cylinder head 13 a combustion chamber 15.
  • the reciprocating piston 14 is connected via a connecting rod 16 with a crankshaft, not shown here.
  • the combustion chamber 15 has an inlet 18 which can be closed by an inlet valve 17 and an outlet 20 which can be closed by an outlet valve 19.
  • To the inlet 18 is a
  • Air intake duct 21 is guided, which is formed by a formed in the cylinder head 13 inlet pipe 22 and a suction pipe 23 attached to the inlet pipe 22.
  • the leading to all combustion chambers 15 suction pipes 23 are summarized upstream in a Saugrohrkrümmer.
  • an exhaust passage 24 is removed, which is formed by an exhaust pipe 25 formed in the cylinder head 13 and an exhaust pipe 26 attached to the outlet port 25. All four exhaust channels 24 of the four cylinders 11 are summarized downstream via an exhaust manifold.
  • a first injection valve 27 is inserted into the cylinder head 13, which is able to inject fuel via a fuel supply line 28 directly into the combustion chamber 15, and arranged in the air intake passage 21, here in the intake manifold 23, a second injection valve 29 via a fuel line 30 is able to inject fuel into the intake manifold 23.
  • the injection direction of the second injection valve 29 is set so that the immediately upstream of the inlet valve 17 upstream wall portion of the inlet nozzle 22 is wetted with the atomized fuel.
  • the fuel supply line 28 to the directly injecting first injection valve 27 is connected to a high-pressure fuel pump 31, which in turn is connected to a fuel from a fuel tank 32 promotional low-pressure fuel pump 33.
  • the fuel supply line 33 to the second injection valve 29 is connected to the low pressure fuel pump 33.
  • the two injection valves 27, 29 per cylinder 11 are controlled by an electronic control unit 34 which is supplied with a plurality of operating parameters of the engine.
  • the directly injecting first injection valves 27 are also referred to as DI valves and the second, in the intake manifolds 23 injecting second injectors 29 as PFI valves and correspondingly the type of injection with DI or PFI injection.
  • the required filling of the engine is calculated depending on the current operating point of the engine and introduced by means of the injection valves 27, 29, the corresponding amount of fuel into the combustion chambers 15 of the cylinder 11.
  • the total amount of fuel to be introduced into each combustion chamber 15 is injected proportionally by the first or second injection valve 27, 29 alone or by both injection valves 27, 29.
  • the Injectors 27, 29 have due to their structural arrangement different characteristics and influence in different ways, the fuel-air mixture combustion in the combustion chamber 15.
  • this is used in such a way that the introduction of the total amount of fuel into the combustion chamber 15th in such a division via the first and / or second injection valves 27, 29 takes place that in each current operating point of the engine, the concentration of at least one selected pollutant is minimized.
  • the hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas are selected as the pollutant component.
  • the pollutant component the nitrogen oxide or carbon monoxide contained in the exhaust gas or the particle mass or particle number can also be selected. It may also be the case that when minimizing the concentration of one of the pollutants, the concentration of another pollutant in the exhaust gas increases. If several pollutants are to be reduced in their concentration in the exhaust gas, it is advantageous to consider a weighted mixture of the selected pollutants as a reference and to make such a control of the injectors 27, 29, which results in a minimization of this reference.
  • the operating points of the engine are determined by its speed and the requested load. However, other operating parameters, such as camshaft adjustment, ignition angle, wall film and the like can be taken into account.
  • the concentration of the at least one selected pollutant in the exhaust gas is determined for each operating point of the engine, once with injection with the directly injecting first injectors 27 and once with injection the second injection valves 29 injecting in front of the inlet 18 of the combustion chambers 15.
  • the determined concentration values are stored separately in association with the respective engine operating points for the DI injection and the PFI injection.
  • the determination and storage of the concentration values as a function of the engine operating points is carried out with a test engine, and the stored values are then transmitted to the series engines and stored in the electronic control unit 34.
  • FIGS. 2 and 3 show, by way of example, the concentration values for a selected speed (n) and load range for DI injection (FIG. 2) and for PFI injection (FIG. 3).
  • the in the two charts to be seen lines indicate 1500ppm a certain concentration of HC in the exhaust gas, for example, which is established at different engine operating points (speed in rpm "1 and load in bar) in the exhaust gas.
  • the concentration values of HC in the exhaust gas during engine operation for each current engine operating point, the two concentration values once stored for DI injection and once for PFI injection are called from the diagrams stored in the electronic control unit 34 and compared with each other for the current engine operating point is selected, which has the smaller concentration value of HC, and correspondingly the first injection valve 27 or the second injection valve 29 is actuated for spraying off the required total amount of fuel.
  • first injector 27 Bar the end of injection directly into the combustion chamber 15, first injector 27 is driven at a speed of 2500min "1 and a load of> 4 to Abspritzung required for the filling of the combustion chamber 15 total fuel quantity while at a speed of 1500min "1 in a wide load range, only the injecting into the intake manifold 23 second injection valve 29 is driven.
  • a single diagram is stored in the electronic control unit 34 in which the difference between the concentration values for DI injection and PFI injection in FIG Assignment is set to the respective engine operating point.
  • the access to this stored in the control unit 34 diagram is made in such a way that at the current engine operating point, the difference in the concentration values contained in the diagram is visited.
  • the second injection valve 29 is then actuated, and with a negative difference, the first injection valve 27 so that the total amount of fuel required for the operating point is injected via the respective injection valve 29 or 27.
  • FIG. 4 shows such a diagram of the HC concentrations in the case of different proportionate sprays of the total amount of fuel via the two injection valves 27, 29.
  • 100% DI means the sole spray through the direct injection injectors 27 and 0% DI a complete Abspritzung the fuel total through the injectors into the intake manifold 23 second injectors 29.
  • each curve is valid for an operating point, eg speed n and / or load ,
  • the minimum is now looked up and assigned to the engine operating point represented by the respective curve.
  • the quantity ratio 70% DI is assigned to a high engine speed and stored. This quantitative ratio means that 70% of the total amount of fuel to be injected into the combustion chamber 15 is to be injected via the first injection valve 27 and 30% of the total fuel quantity via the second injection valve 29 in order to minimize the HC concentration in the exhaust gas.
  • HC concentration minimization for example, at a ratio of 30% DI, which means that to achieve the HC concentration minimum at this speed 30% of the total fuel amount through the first injection valve 27 and 70% of the total fuel over the second Inject injection valve 29 aredorfspritzen.
  • These proportions resulting in a concentration minimum are stored as a function of the engine operating points (speed and / or load). These memory values are then stored in the series motors in the electronic control unit 34 and used to control the engine operation.
  • the associated quantity ratio (e.g., 50% DI) is then retrieved for each current engine operating point and the first and second injectors 27, 29 are energized based on the exhausted ratio such that each injector 27, 29 will have its fractional ratio, e.g. in each case half, at the total in the combustion chamber 15 to be introduced total fuel injected.
  • the first injector 27 would spray 70% and the second injector 29 30% of the total fuel amount.
  • the total amount of fuel would be injected exclusively through the first injection valve 27.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kraftstoffeinbringung in einen Brennraum (15) eines Verbrennungsmotors angegeben, bei dem Kraftstoff in variabler Dosierung mittels eines ersten Einspritzventils (27) direkt in den Brennraum (15) und/oder mittels eines zweiten Einspritzventils (29) in einen zum Brennraum (15) führenden Luftansaugkanal (21) eingespritzt wird. Zur gezielten, auf die Reduktion mindestens eines ausgewählten Schadstoffs im Abgas des Verbrennungsmotors abgestellten Beeinflussung des Verbrennungsprozesses, wird die in den Brennraum (15) einzubringende Kraftstoffgesamtmenge abhängig von dem momentanen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors so auf die beiden Einspritzventile (27, 29) aufgeteilt, dass die im Abgas enthaltene Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs minimiert wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Kraftstoffeinbringung in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kraftstoffeinbringung in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren der kombinierten Direkt- und Saugrohreinspritzung bei
Verbrennungsmotoren, der sog. dualen Kraftstoffeinspritzung (US 2006/0096572 Al), wird ein Kennfeld angelegt und abgespeichert, in der das Mengenverhältnis r der über ein Einspritzventil abzuspritzenden Kraftstoffmenge zu der über beide Einspritzventile insgesamt in den Brennraum einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge in Zuordnung zu Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors eingetragen ist, die durch die Drehzahl des Motors und die Füllung bestimmt sind. Das Mengenverhältnis r=100% ist dabei das Gebiet, in dem die Kraftstoffeinspritzung ausschließlich durch das direkt in den Brennraum einspritzende Einspritzventil erfolgt und r=0% ist der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffeinspritzung ausschließlich durch das in das Saugrohr einspritzende Einspritzventil erfolgt. 0< r<100% repräsentiert den Bereich, in dem die Kraftstoffeinspritzung durch beide Einspritzventile erfolgt. Ein solches Kennfeld ist einerseits für den kalten Motor und anderseits für den betriebswarmen Motor abgespeichert. Die Kennfelder sind so konfiguriert, dass sie verschiedene Steuergebiete des direkt einspritzenden Einspritzventils und des in das Saugrohr einspritzenden Einspritzventils angeben, wenn die Motortemperatur sich ändert. Eines der oder beide Einspritzventile werden auf Basis des ausgewählten Kennfelds abhängig von der Drehzahl und des Füllfaktors des Verbrennungsmotors gesteuert. Ziel dieser Motorsteuerung ist es, die Verbrennungsstabilität und den Kraftstoffverbrauch in den verschiedenen Betriebspunktbereichen des Verbrennungsmotors zu optimieren. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs hat den Vorteil, dass durch die gezielt auf die Schadstoffredukion abgestellte Beeinflussung des Verbrennungsprozesses der Schadstoffanfall im Abgas bereits relativ niedrig ist, so dass sich der anschließende Aufwand für die Abgasnachbehandlung zur Reduzierung der Schadstoffemission deutlich verringert. Der Kosteneinsatz für die Abgasnachbehandlung kann somit gesenkt werden. Bei Beibehaltung einer aufwändigen Abgasnachbehandlung wird dagegen der Spielraum hin zu einer Senkung der Rohemissions-Grenzwerte vergrößert.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird für jeden Betriebspunkt des Verbrennungsmotors die Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs im Abgas zum einen bei Einspritzung mit dem einen Einspritzventil und zum anderen bei Einspritzung mit dem anderen Einspritzventil bestimmt und getrennt in Zuordnung zu den jeweiligen Motorbetriebspunkten abgespeichert. Für jeden aktuellen Motorbetriebspunkt werden die in Zuordnung zu diesem Motorbetriebspunkt abgespeicherten beiden Konzentrationswerte aufgerufen und miteinander verglichen. Dasjenige der beiden Einspritzventile, dessen zugeordneter Konzentrationswert kleiner ist, wird zum Abspritzen der insgesamt in den Brennraum einzubringenden Kraftstoffmenge angesteuert. Diese sog. Schwarz- Weiß-Entscheidung für die jeweils 100%ige Abspritzung der Kraftstoffgesamtmenge durch eines der beiden Einspritzventile hat insbesondere Vorteile bei der weniger aufwendigen Erstellung der Speicherdaten für die Ansteuerung der Einspritzventile im Motorbetrieb, die im Vorfeld mit einem Testmotor durchgeführt wird, um die erfassten Speicherdaten dann in das Steuergerät der Serienmotoren zu übertragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird für jeden Betriebspunkt des Verbrennungsmotors das ein Minimum der Konzentration des mindestens einen ausgewählten
Schadstoffs im Abgas ergebende Mengenverhältnis aus der über eines der beiden Einspritzventile abzuspritzenden Kraftstoffteilmenge und der von beiden Einspritzventilen insgesamt in den Brennraum einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge bestimmt und in Zuordnung zu dem jeweiligen Motorbetriebspunkt abgespeichert. Im Motorbetrieb wird für jeden aktuellen Motorbetriebspunkt das zugeordnete Mengenverhältnis abgerufen, und anhand des abgerufenen Mengenverhältnisses werden die beiden Einspritzventile so angesteuert, dass jedes Einspritzventil seinen aus dem abgerufenen Mengenverhältnis sich ergebenden Anteil an der insgesamt in den Brennraum einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge abspritzt. Durch diese Verfahrensgestaltung kann der Verbrennungsprozess sehr viel feiner in Hinblick auf die Minimierung der Schadstoffkonzentration geführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Verbrennungszylinders eines z.B. vierzylindrigen Ottomotors in Verbindung mit einem dualen Kraftstoffeinspritzsystem,
Fig. 2 ein Diagramm der HC-Konzentration im Abgas des Ottomotors für einen ausgewählten Drehzahl- und Lastbereich bei ausschließlicher Kraftstoffeinspritzung mittels der direkt einspritzenden Einspritzventile,
Fig. 3 ein Diagramm der HC-Konzentration im Abgas des Ottomotors für einen ausgewählten Drehzahl- und Lastbereich bei ausschließlicher Kraftstoffeinspritzung mittels der in die Saugkanäle einspritzenden Einspritzventile,
Fig. 4 ein Diagramm der HC-Konzentration im Abgas des Ottomotors in Abhängigkeit von der Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung auf beide Einspritzventile für verschiedene Betriebspunkte (Drehzahl, Last) des Ottomotors.
Der hier als Beispiel für einen Verbrennungsmotor angezogene, z.B. vierzylindrige Ottomotor für ein Kraftfahrzeug weist vier Zylinder 11 auf, von denen einer in Fig. 1 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellt ist. Der außen mit einem Kühlwassermantel 12 umgebende Zylinder 11 ist stirnseitig von einem Zylinderkopf 13 gasdicht abgedeckt. Ein im Zylinder 11 axial verschieblich geführter Hubkolben 14 begrenzt zusammen mit dem Zylinderkopf 13 einen Brennraum 15. Der Hubkolben 14 ist über ein Pleuel 16 mit einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden.
Der Brennraum 15 weist einen von einem Einlassventil 17 verschließbaren Einlass 18 und einen von einem Auslassventil 19 verschließbaren Auslass 20 auf. Zu dem Einlass 18 ist ein
Luftansaugkanal 21 geführt, der von einem im Zylinderkopf 13 ausgeformten Einlassstutzen 22 und einem an dem Einlassstutzen 22 befestigten Saugrohr 23 gebildet ist. Die zu allen Brennräumen 15 führenden Saugrohre 23 sind stromaufwärts in einem Saugrohrkrümmer zusammengefasst. Vom Auslass 20 ist ein Abgaskanal 24 abgeführt, der von einem im Zylinderkopf 13 ausgebildeten Auslassstutzen 25 und einem an dem Auslassstutzen 25 befestigten Abgasrohr 26 gebildet ist. Alle vier Abgaskanäle 24 der insgesamt vier Zylinder 11 sind stromabwärts über einen Abgaskrümmer zusammengefasst.
In Zuordnung zu jedem Zylinder 11 ist in den Zylinderkopf 13 ein erstes Einspritzventil 27 eingesetzt, das über eine Kraftstoffzuleitung 28 zugeführten Kraftstoff direkt in den Brennraum 15 einzuspritzen vermag, und im Luftansaugkanal 21, hier im Saugrohr 23, ein zweites Einspritzventil 29 angeordnet, das über eine Kraftstoffleitung 30 zugeführten Kraftstoff in das Saugrohr 23 einzuspritzen vermag. Die Einspritzrichtung des zweiten Einspritzventils 29 ist so festgelegt, dass der unmittelbar dem Einlassventil 17 vorgeordnete Wandbereich des Einlassstutzens 22 mit dem zerstäubten Kraftstoff benetzt wird. Die Kraftstoffzuleitung 28 zu dem direkt einspritzenden ersten Einspritzventil 27 ist an einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 31 angeschlossen, die ihrerseits mit einer Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 32 fördernden Kraftstoff-Niederdruckpumpe 33 verbunden ist. Die Kraftstoffzuleitung 33 zu dem zweiten Einspritzventil 29 ist an der Kraftstoff- Nieder druckpumpe 33 angeschlossen. Die beiden Einspritzventile 27, 29 pro Zylinder 11 werden von einer elektronischen Steuereinheit 34 gesteuert, der eine Vielzahl von Betriebsparametern des Motors zugeführt ist. Die direkt einspritzenden ersten Einspritzventile 27 werden auch als DI- Ventile und die zweiten, in die Saugrohre 23 einspritzenden zweiten Einspritzventile 29 auch als PFI-Ventile und entsprechend die Art der Einspritzung mit DI- bzw. PFI-Einspritzung bezeichnet.
Mittels der elektronischen Steuereinheit 34 wird abhängig von dem aktuellen Betriebspunkt des Motors die erforderliche Füllung des Motors berechnet und mittels der Einspritzventile 27, 29 die entsprechende Kraftstoffmenge in die Brennräume 15 der Zylinder 11 eingebracht. Dabei wird die in jeden Brennraum 15 einzubringende Kraftstoffgesamtmenge von dem ersten oder zweiten Einspritzventil 27, 29 allein oder von beiden Einspritzventilen 27, 29 anteilig abgespritzt. Die Einspritzventile 27, 29 haben aufgrund ihrer baulichen Anordnung unterschiedliche Charakteristiken und beeinflussen in unterschiedlicher Weise die Kraftstoff-Luft-Gemisch- Verbrennung im Brennraum 15. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kraftstoffeinbringung wird dies in der Weise genutzt, dass die Einbringung der Kraftstoffgesamtmenge in den Brennraum 15 in einer solchen Aufteilung über die ersten und /oder zweiten Einspritzventile 27, 29 erfolgt, dass in jedem momentanen Betriebspunkt des Motors die Konzentration mindestens eines ausgewählten Schadstoffs minimiert wird.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind als Schadstoffkomponente die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe (HC) ausgewählt. Ebenso kann als Schadstoffkomponente auch das im Abgas enthaltenen Stickoxid oder Kohlenmonoxid oder die Partikelmasse oder Partikelanzahl ausgewählt werden. Dabei kann auch der Fall eintreten, dass bei der Minimierung der Konzentration eines der Schadstoffe die Konzentration eines anderen Schadstoffes im Abgas zunimmt. Sollen mehrere Schadstoffe bezüglich ihrer Konzentration im Abgas reduziert werden, so ist es vorteilhaft, eine gewichtete Mischung der ausgewählten Schadstoffe als Bezugsgröße zu betrachten und eine solche Ansteuerung der Einspritzventile 27, 29 vorzunehmen, die eine Minimierung dieser Bezugsgröße ergibt. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Betriebspunkte des Motors durch seine Drehzahl und der abgeforderten Last festgelegt. Es können aber noch weitere Betriebsparameter, wie Nockenwellenverstellung, Zündwinkel, Wandfilm und dgl., berücksichtigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung der dualen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Einspritzventilen 27, 29 wird für jeden Betriebspunkt des Motors die Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs im Abgas bestimmt, und zwar einmal bei Einspritzung mit den direkt einspritzenden ersten Einspritzventilen 27 und einmal bei Einspritzung mit den vor den Einlass 18 der Brennräume 15 einspritzenden zweiten Einspritzventilen 29. Die bestimmten Konzentrationswerte werden in Zuordnung zu den jeweiligen Motorbetriebspunkten getrennt für die DI-Einspritzung und die PFI-Einspritzung abgespeichert. Das Bestimmen und Abspeichern der Konzentrationswerte in Abhängigkeit von den Motorbetriebspunkten wird mit einem Testmotor durchgeführt, und die Speicherwerte werden dann auf die Serienmotoren übertragen und in der elektronischen Steuereinheit 34 abgelegt.
In Fig. 2 und 3 sind beispielhaft die Konzentrationswerte für einen ausgewählten Drehzahl (n)- und Lastbereich bei DI-Einspritzung (Fig. 2) und bei PFI-Einspritzung (Fig. 3) dargestellt. Die in den beiden Diagrammen zu sehenden Linien kennzeichnen eine bestimmte HC-Konzentration im Abgas, z.B. 1500ppm, die sich bei verschiedenen Motorbetriebspunkten (Drehzahl in min"1 und Last in bar) im Abgas einstellt. Um bei Motorbetrieb die Konzentrationswerte der HC im Abgas möglichst klein zu halten, wird für jeden aktuellen Motorbetriebspunkt die in Zuordnung zu diesem Motorbetriebspunkt einmal für DI-Einspritzung und einmal für PFI-Einspritzung abgespeicherten beiden Konzentrationswerte aus den in der elektronischen Steuereinheit 34 abgespeicherten Diagrammen aufgerufen und miteinander verglichen. Für die in diesem Motorbetriebspunkt einzubringende Kraftstoffgesamtmenge wird diejenige Einspritzart gewählt, die den kleineren Konzentrationswert an HC aufweist, und entsprechend das erste Einspritzventil 27 oder das zweite Einspritzventil 29 zum Abspritzen der erforderlichen Kraftstoffgesamtmenge angesteuert.
Beispielhaft wird - wie dies aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist - bei einer Drehzahl von 2500min"1 und einer Last von >4 bar das direkt in den Brennraum 15 einspritzende erste Einspritzventil 27 zur Abspritzung der für die Füllung des Brennraum 15 erforderlichen Kraftstoffgesamtmenge angesteuert, während bei einer Drehzahl von 1500min"1 in einem weiten Lastbereich ausschließlich das in das Saugrohr 23 einspritzende zweite Einspritzventil 29 angesteuert wird.
In einer Abwandlung des Verfahrens wird anstelle der getrennt abgespeicherten Diagramme für DI- Einspritzung und PFI-Einspritzung gemäß Fig. 2 und 3 in der elektronischen Steuereinheit 34 ein einziges Diagramm abgespeichert, in dem die Differenz der Konzentrationswerte bei DI- Einspritzung und PFI-Einspritzung in Zuordnung zu dem jeweiligen Motorbetriebspunkt festgelegt ist. Der Zugriff auf dieses in der Steuereinheit 34 abgelegte Diagramm erfolgt in der Weise, dass zu dem aktuellen Motorbetriebspunkt die im Diagramm enthaltene Differenz der Konzentrationswerte aufgesucht wird. Bei einer positiven Differenz wird dann das zweite Einspritzventil 29 und bei einer negativen Differenz das erste Einspritzventil 27 so angesteuert, dass die für den Betriebspunkt erforderliche Kraftstoffgesamtmenge über das jeweilige Einspritzventil 29 bzw. 27 abgespritzt wird.
Bei einer bevorzugten,alternativen Ausführung des Verfahrens wird für jeden Betriebspunkt des Motors dasjenige Mengenverhältnis aus der über eines der beiden Einspritzventile 27, 29 abzuspritzenden Kraftstoffteilmenge und der von beiden Einspritzventilen 27, 29 insgesamt in den Brennraum 15 einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge bestimmt, das ein Minimum der Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs, hier HC, im Abgas ergibt. Das Bestimmen der die Konzentrationsminima ergebenden Mengenverhältnisse erfolgt wiederum an einem Testmotor. Hierzu werden für jeden Betriebspunkt die HC-Konzentrationen für unterschiedliche Mengenverhältnisse erfasst, indem für jeden Betriebspunkt schrittweise der Anteil der Kraftstoffmenge an der Kraftstoffgesamtmenge, der über die einen Einspritzventile, z.B. die ersten Einspritzventile 27, abgespritzt wird, von 100% auf 0% reduziert und der Anteil der Kraftstoffmenge an der Kraftstoffgesamtmenge, der über die anderen Einspritzventile, z.B. die zweiten Einspritzventile 29, abgespritzt wird, komplementär von 0% auf 100% vergrößert wird. In Fig. 4 ist ein solches Diagramm der HC-Konzentrationen bei verschiedenen anteiligen Abspritzungen der Kraftstoffgesamtmenge über die beiden Einspritzventile 27, 29 dargestellt. 100% DI bedeutet dabei die alleinige Abspritzung durch die direkt einspritzenden Einspritzventile 27 und 0% DI eine vollständige Abspritzung der Kraftstoffgesamtmenge durch die in die Saugrohre 23 einspritzenden zweiten Einspritzventile 29. Jede Kurve ist für einen Betriebspunkt, z.B. Drehzahl n und/oder Last, gültig. In den verschiedenen Kurven wird nunmehr das Minimum aufgesucht und dem durch die jeweilige Kurve repräsentierten Motorbetriebspunkt zugeordnet. Z.B. wird einer hohen Motordrehzahl das Mengenverhältnis 70% DI zugeordnet und abgespeichert. Dieses Mengenverhältnis bedeutet, dass 70% der in den Brennraum 15 einzuspritzenden Kraftstoffgesamtmenge über das erste Einspritzventil 27 und 30% der Kraftstoffgesamtmenge über das zweite Einspritzventil 29 abzuspritzen sind, um eine Minimierung der HC-Konzentration im Abgas zu erreichen. Bei niedrigeren Drehzahlen ergibt sich eine HC-Konzentrationsminimierung z.B. bei einem Mengenverhältnis von 30% DI, was bedeutet, dass zur Erreichung des HC- Konzentrations-Minimums bei dieser Drehzahl 30% der Kraftstoffgesamtmenge über das erste Einspritzventil 27 und 70% der Kraftstoffgesamtmenge über das zweite Einspritzventil 29 abzuspritzen sind. Diese jeweils ein Konzentrationsminimum ergebenden Mengenverhältnisse werden in Abhängigkeit von den Motorbetriebspunkten (Drehzahl und/oder Last) abgespeichert. Diese Speicherwerte werden dann in den Serienmotoren in der elektronischen Steuereinheit 34 abgelegt und zur Steuerung des Motorbetriebs herangezogen.
Im Motorbetrieb wird dann für jeden aktuellen Motorbetriebspunkt das zugeordnete Mengenverhältnis (z.B. 50% DI) abgerufen und anhand des abgerufenen Mengenverhältnisses die ersten und zweiten Einspritzventile 27, 29 so angesteuert, dass jedes Einspritzventil 27, 29 seine aus dem abgerufenen Mengenverhältnis sich ergebenden Anteil, z.B. jeweils die Hälfte, an der insgesamt in den Brennraum 15 einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge, abspritzt. Bei einem abgerufenen Mengenverhältnis von 70% DI würde dann das erste Einspritzventil 27 70% und das zweite Einspritzventil 29 30% der Kraftstoffgesamtmenge abspritzen. Bei einem abgerufenen Mengenverhältnis von 100% DI würde die Kraftstoffgesamtmenge ausschließlich durch das erste Einspritzventil 27 abgespritzt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Kraftstoffeinbringung in einen Brennraum (15) eines Verbrennungsmotors, bei dem eine dosierte Kraftstoffgesamtmenge mittels eines ersten Einspritzventils (27) direkt in den Brennraum (15) und/oder mittels eines zweiten Einspritzventils (29) in einen zum Brennraum (15) führenden Luftansaugkanal (21) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Brennraum (15) einzubringende Kraftstoffgesamtmenge abhängig von dem momentanen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors so auf die beiden Einspritzventile (27, 29) aufgeteilt wird, dass die im Abgas enthaltene Konzentration mindestens eines ausgewählten Schadstoffs minimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Betriebspunkt des Verbrennungsmotors die Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs im Abgas zum einen bei Einspritzung mit dem ersten Einspritzventil (27) und zum anderen bei Einspritzung mit dem zweiten Einspritzventil (29) bestimmt und getrennt in Zuordnung zu dem jeweiligen Motorbetriebspunkt abgespeichert wird und dass für jeden aktuellen Motorbetriebspunkt die in Zuordnung zu diesem abgespeicherten beide Konzentrationswerte aufgerufen und miteinander verglichen werden und dasjenige der beiden Einspritzventile (27, 29) zum Abspritzen der Kraftstoffgesamtmenge angesteuert wird, dessen zugeordneter Konzentrationswert der kleinere ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen und Abspeichern der Konzentrationswerte in Abhängigkeit von den Motorbetriebspunkten an einem Testmotor durchgeführt wird und die Speicherwerte auf die Serienmotoren übertragen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Betriebspunkt des Verbrennungsmotors das ein Minimum der Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs im Abgas ergebende Mengenverhältnis aus der über eines der beiden Einspritzventile (27, 29) abzuspritzenden Kraftstoffteilmenge und der von beiden
Einspritzventilen (27, 29) insgesamt in den Brennraum (15) einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge bestimmt und in Zuordnung zu dem jeweiligen Motorbetriebspunkt abgespeichert wird und dass für jeden aktuellen Motorbetriebspunkt das zugeordnete Mengenverhältnis abgerufen wird und anhand des abgerufenen Mengenverhältnisses die beiden Einspritzventile (27, 29) so angesteuert werden, dass jedes Einspritzventil (27, 29) seinen aus den abgerufenen Mengenverhältnis sich ergebenden Anteil an der insgesamt in den Brennraum (15) einzubringenden Kraftstoffgesamtmenge abspritzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsminima in der Weise bestimmt werden, dass für jeden Betriebspunkt des Verbrennungsmotors schrittweise der Anteil der Kraftstoffmengen an der Kraftstoffgesamtmenge, die über das eine Einspritzventil (27) abgespritzt wird, von 100% bis auf 0% reduziert und der Anteil der Kraftstoffmenge an der Kraftstoffgesamtmenge, die über das andere Einspritzventil (29) abgespritzt wird, komplementär von 0% auf 100% vergrößert wird, dass bei jedem
Schritt die Konzentration des mindestens einen ausgewählten Schadstoffs gemessen und dass von den Messwerten das Minimum bestimmt und das das Minimum ergebende Mengenverhältnis dem jeweiligen Motorbetriebspunkt zugeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen und
Abspeichern der die Konzentrationsminima ergebenden Mengenverhältnisse in Zuordnung zu den Motorbetriebspunkten an einem Testmotor durchgeführt wird und die Speicherwerte auf die Serienmotoren übertragen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als der mindestens eine ausgewählte Schadstoff im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide oder Kohlenmonoxide oder Partikelmasse oder -anzahl bestimmt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei ausgewählten Schadstoffen im Abgas eine gewichtete Mischung der ausgewählten Schadstoffe als Bezugsgröße für die Konzentrationsminimierung verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebspunkt des Motors durch seine Drehzahl und/oder der abgeforderten Last festgelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Festlegung des
Betriebspunktes des Motors weitere Betriebsparameter, wie Nockenwellenverstellung, Zündwinkel, Wandfilm, berücksichtigt werden.
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