Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine Method for operating a direct-injection, spark-ignited internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei in zumindest einem Motorbetriebsbereich die Strategie der Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit zumindest eines Motorparameters verändert wird . The invention relates to a method for operating a direct-injection, spark-ignited internal combustion engine, wherein in at least one engine operating range, the fuel injection strategy is changed as a function of at least one engine parameter.
Insbesondere bei kaltem Motor kommt es zur Bildung von Rußpartikeln, wenn der eingespritzte Kraftstoff auf der kalten Kolbenoberfläche oder der kalten Zylinderlauffläche auftritt und somit der Kraftstoff nur unvollständig verbrennen kann. Insbesondere kühlt die Oberfläche des Kolbens und/oder der Zylinderbüchse aus, wenn Kraftstoff auf dieser Oberfläche verdampft (Verdampfungswärme wird der Oberfläche entzogen). Nach einem Lastsprung (transienter Betrieb) ist üblicherweise die Oberflächentemperatur höher als vor dem Lastsprung . Allerdings steigt die Oberflächentemperatur bei einem Lastsprung bei Kraftstoffauftrag nur geringer an bzw. sinkt sogar. Erst eine gewisse Zeit nach Abdampfen des Kraftstoffes erwärmt sich die Oberfläche wieder auf die diesem Lastpunkt entsprechende Temperatur. Especially when the engine is cold, the formation of soot particles occurs when the injected fuel occurs on the cold piston surface or the cold cylinder surface and thus the fuel can burn only incompletely. In particular, the surface of the piston and / or cylinder liner cools when fuel evaporates on that surface (heat of vaporization is removed from the surface). After a load step (transient operation), the surface temperature is usually higher than before the load step. However, the surface temperature rises only slightly at a load jump with fuel application or even decreases. Only a certain time after evaporation of the fuel, the surface heats up again to the temperature corresponding to this load point.
Die WO 02/18769 AI beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoff- Direkteinspritzung einer fremdgezündeten, wenigstens zeitweise in einem Homogenmodus betriebenen Verbrennungskraftmaschine. Zu Reduzierung der Schadstoffemission ist vorgesehen, dass der Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von einer Temperatur der Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird. Bei niedrigen Temperaturen wird dabei der Einspritzzeitpunkt verzögert. Dadurch wird zum Einspritzzeitpunkt der Abstand zwischen der Kolbenoberfläche und dem Einspritzventil vergrößert, wodurch dem eingespritztem Kraftstoff mehr Zeit zum Verdampfen bleibt. WO 02/18769 A1 describes a method for controlling a direct fuel injection of a spark-ignited, at least temporarily operated in a homogeneous mode internal combustion engine. To reduce the pollutant emission is provided that the injection timing is controlled in dependence on a temperature of the internal combustion engine. At low temperatures, the injection time is delayed. As a result, the distance between the piston surface and the injection valve is increased at the injection time, leaving more time for the injected fuel to evaporate.
Aus der DE 40 27 197 AI ist es bekannt, dass durch Steuerung der Einspritzzeit die Kohlenwasserstoffmenge im Abgas verringert und ein gutes Ansprechverhalten gegenüber einer Beschleunigung oder Verzögerung erreicht werden kann. Dabei wird der Einspritzzeitpunkt auf der Basis der Motordrehzahl und eines Einspritzzeitpunktes berechnet und auf der Basis der Kühlwassertemperatur korrigiert. From DE 40 27 197 AI it is known that reduces the amount of hydrocarbon in the exhaust gas by controlling the injection time and a good response to acceleration or deceleration can be achieved. In this case, the injection timing is calculated on the basis of the engine speed and an injection timing and corrected on the basis of the cooling water temperature.
Bekannte Verfahren verwenden Kennfelder zur Einspritzzeitpunktverstellung in statischen Betriebspunkten, also bei jeweils einer statischen Gaspedalstellung .
Dies ist allerdings nicht ausreichend, um insbesondere im Teillastbetrieb Rußbildung zu vermeiden, da besonders hohe Rußemissionen im transienten Fall, also beispielsweise bei plötzlicher Beschleunigung, auftreten. Known methods use maps for injection timing adjustment in static operating points, so in each case a static accelerator pedal position. However, this is not sufficient in order to avoid soot formation, in particular in part-load operation, since particularly high soot emissions occur in the transient case, that is, for example, in the case of sudden acceleration.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine die Emissionen auch im transienten Betriebsfall zu vermindern. The object of the invention is to avoid these disadvantages and to reduce emissions in a direct-injection spark-ignited internal combustion engine even in transient operating conditions.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass überprüft wird, ob ein tran- sienter Zustand der Brennkraftmaschine vorliegt und - wenn ein transienter Betriebszustand festgestellt wird - die Strategie der Kraftstoffeinspritzung - vorzugsweise die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen und/oder die zeitliche und/ oder örtliche Lage der Kraftstoffeinspritzungen und/oder der Kraftstoffeinspritzdruck - verändert wird. According to the invention, this is achieved by checking whether a transient state of the internal combustion engine is present and, if a transient operating state is established, the strategy of the fuel injection - preferably the number of fuel injections and / or the temporal and / or local position of the fuel injections and / or the fuel injection pressure - is changed.
Zur Überprüfung des transienten Betriebszustandes kann die zeitliche Änderung zumindest eines die Last der Brennkraftmaschine beschreibenden Parameters der Motorsteuerung, vorzugsweise die relative Last, die den Zylindern zugeführte Luftmasse, der Mitteldruck, und/oder der Gaspedalweg, ermittelt und ein transienter Betriebszustand festgestellt werden, wenn die zeitliche Änderung des Parameters >0 ist. To check the transient operating state, the change with time of at least one parameter of the engine control, preferably the relative load, the air mass supplied to the cylinders, the mean pressure, and / or the accelerator pedal travel can be determined and a transient operating state can be established, if the temporal change of the parameter> 0.
Wird ein transienter Betriebszustand in einem Teillastbereich festgestellt, so kann eine deutliche Reduktion der Rußemissionen durch Verändern der Strategie der Einspritzung erreicht werden. If a transient operating condition is detected in a partial load range, a significant reduction in soot emissions can be achieved by changing the injection strategy.
Die Veränderung der Strategie der Kraftstoffeinspritzung kann beispielsweise in Abhängigkeit der Gaspedalstellung, der zeitlichen Änderung des Gaspedalweges und/oder der zeitlichen Änderung der Gaspedalbewegung, erfolgten. The change in the strategy of the fuel injection, for example, depending on the accelerator pedal position, the time change of the accelerator pedal travel and / or the temporal change of the accelerator pedal movement occurred.
Die zeitliche Änderung des Parameters - also die Geschwindigkeit der Änderung des Parameters - und/oder die zeitliche Änderung dieser Geschwindigkeit - also die Beschleunigung der Änderung des Parameters - sind ein Maß für die Bewertung des transienten Zustandes. Die Tendenz zum plötzlichen Partikelausstoß korreliert mit der Änderungsgeschwindigkeit des Parameters. The temporal change of the parameter - ie the speed of the change of the parameter - and / or the temporal change of this speed - that is the acceleration of the change of the parameter - are a measure of the evaluation of the transient state. The tendency for sudden particle ejection correlates with the rate of change of the parameter.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Geometrie der Brennkraftmaschine, beispielsweise der Hub, der Zylinderdurchmesser, die Pleuellänge und/oder die Kolbengeometrie, vorzugsweise die Form der Kolbenoberfläche, in einer Datenbank abgespeichert werden und die Veränderung des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit der Geometrie der Brennkraftmaschine erfolgt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Kolbenstellung u nd/oder die Kolbenbewegung ermittelt werden und d ie Veränderung des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung in Abhäng igkeit der Kolbenstel lung bzw. Kolbenbewegung erfolgt. It is particularly advantageous if the geometry of the internal combustion engine, for example the stroke, the cylinder diameter, the connecting rod length and / or the piston geometry, preferably the shape of the piston surface, are stored in a database and the change in the beginning of the fuel injection as a function of the geometry of the internal combustion engine he follows. Furthermore, it may be provided that the piston position and / or the piston movement are determined and the change in the beginning of the fuel injection occurs as a function of the piston position or piston movement.
Auch die Form des Einspritzstrah les wirkt sich auf die Emissionen aus. Daher kann in weiterer Ausführung der Erfind ung d ie Form des Kraftstoffstrahles ermittelt und/oder abgespeichert werden, wobei d ie Veränderung des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung in Abhäng igkeit der Form des Kraftstoffstrahles erfolgt. The shape of the injection beam also affects the emissions. Therefore, in a further embodiment of the invention, the shape of the fuel jet can be determined and / or stored, whereby the change in the beginning of the fuel injection takes place as a function of the shape of the fuel jet.
Weiters kann d ie Motortemperatur und/oder d ie Kühlmitteltemperatur und/oder die Öltemperatur als Maß für d ie Bauteiltemperatur ermittelt werden und der Beginn der Kraftstoffeinspritzung in Abhängig keit der Motortemperatur und/oder der Kühlmitteltemperatur und/oder der Öltemperatur verändert werden . Furthermore, the engine temperature and / or the coolant temperature and / or the oil temperature can be determined as a measure of the component temperature and the beginning of the fuel injection can be changed as a function of the engine temperature and / or the coolant temperature and / or the oil temperature.
Ferner kann auch der Einspritzd ruck als Parameter für d ie Bestimmung der Veränderung der Strategie der Kraftstoffeinspritzung verwendet werden . Furthermore, the injection pressure can also be used as a parameter for determining the change in the fuel injection strategy.
Die Strateg ie der Kraftstoffeinspritzung wird vor allem durch d ie Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, die zeitl iche und/oder die lokale Lage der Kraftstoffeinspritzungen - insbesondere des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung -, und dem Einspritzd ruck der Kraftstoffeinspritzung bestimmt. The fuel injection strategy is determined primarily by the number of fuel injections, the time and / or the local location of the fuel injections, in particular the beginning of the fuel injection, and the injection timing of the fuel injection.
Wenn ein transienter Zustand festgestellt wird kann der Begin n der - vorzugsweise mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge pro Zyklus aufweisenden - Kraftstoff¬ einspritzung , verändert, vorzugsweise verzögert werden . If a transient condition is detected, the beginning of the n - preferably a plurality of fuel injection events per cycle comprising - ¬ fuel injection changed, are preferably delayed.
Weiters kann - wenn ein transienter Zustand festgestellt wird - d ie Anzahl der Einspritzungen pro Zyklus verändert wird , wobei vorzugsweise d ie Anzahl der Einspritzungen pro Zyklus erhöht werden . Furthermore, if a transient condition is detected, the number of injections per cycle may be changed, preferably increasing the number of injections per cycle.
Schließl ich kan n auch vorgesehen sein, dass - wenn ein transienter Zustand festgestellt wird - der Einspritzdruck verändert, vorzugsweise erhöht, wird . Finally, I can also be provided that - when a transient state is detected - the injection pressure is changed, preferably increased, is.
Im Rahmen der vorliegenden Erfind ung kann weiters vorgesehen sein, dass d ie Verzögerung des Beg innes der Kraftstoffeinspritzung mittels eines mathematisches Modells berechnet wird , wobei für d ie Verzögerung Δί gilt: In the context of the present invention, it can further be provided that the delay of the start of the fuel injection is calculated by means of a mathematical model, the following being valid for the delay Δί:
At= F (x, dx/dt, d2x/dt2, h, d , TM, pm, PF), wobei At = F (x, dx / dt, d 2 x / dt 2 , h, d, T M , p m , PF), where
x d ie Position des Gaspedals, x the position of the accelerator pedal,
dx/dt . .. . d ie zeitliche Änderung des Gaspedalweges, dx / dt. ... the temporal change of the accelerator pedal travel,
d2x/dt2 .. d ie zeitliche Änderung der Gaspedalbeweg ung , d 2 x / dt 2 .. the temporal change of the accelerator pedal movement,
h d ie Kol benstel lung,
d .... der Einspritzstrahldurchmessers, hd the col lation, d .... the injection jet diameter,
TM .... die Motortemperatur, T M .... the engine temperature,
pM .... der Mitteldruck zumindest eines Zylinders, p M .... the mean pressure of at least one cylinder,
pF .... der Kraftstoffeinspritzdruck ist . p F .... is the fuel injection pressure.
Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Verzögerung des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung zwischen 10° und 50°, vorzugsweise etwa 20° bis 40° Kurbelwinkel beträgt. The best results can be achieved if the delay of the beginning of the fuel injection between 10 ° and 50 °, preferably about 20 ° to 40 ° crank angle.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nach Beendigung des transienten Zustandes die Strategie der Kraftstoffeinspritzung, vorzugsweise unter Verwendung einer Abklingfunktion, wieder auf den Normalzustand zurückgeführt wird, wobei vorzugsweise die Abklingfunktion eine Funktion der Motordrehzahl und/oder der Motortemperatur und/oder der Kühlmitteltemperatur ist. In a further embodiment of the invention can be provided that after completion of the transient state, the fuel injection strategy, preferably using a decay function, is returned to the normal state, preferably wherein the decay function is a function of engine speed and / or engine temperature and / or Coolant temperature is.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Fig . näher erläutert. Es zeigen : The invention will be described below with reference to FIG. explained in more detail. Show it :
Fig. 1 verschiedene Motorparameter, über der Zeit aufgetragen; und Fig. 1 shows various engine parameters plotted against time; and
Fig. 2 den Einfluss der Partikelanzahl in Abhängigkeit des Beginnes der 2 shows the influence of the number of particles as a function of the beginning of the
Kraftstoffeinspritzung . Fuel injection.
In Fig. 1 sind das Kraftstoff-Luftverhältnis λ, der Zündzeitpunkt I, die Last L, die Motordrehzahl n, der Beginn SOI der Kraftstoffeinspritzung, die Partikelanzahl PN, Partikelmasse MSS, Kühlmitteltemperatur Tc, Gang G, Pedalstellung x, und Fahrzeuggeschwindigkeit vs über der Zeit t aufgetragen. Fig . 2 zeigt die Partikelanzahl PN über dem Beginn SOI der Kraftstoffeinspritzung . In Fig. 1, the air-fuel ratio λ, the ignition timing I, the load L, the engine speed n, the start SOI of the fuel injection, the particle number PN, particle mass MSS, coolant temperature T c , gear G, pedal position x, and vehicle speed vs over the time t applied. Fig. 2 shows the particle number PN above the beginning SOI of the fuel injection.
Im mit Pfeilen markierten Zeitbereich t zwischen 250 und 350 Sekunden wurde in einem transienten Betriebsbereich der Beginn der Kraftstoffeinspritzung um etwa 20° Kurbelwinkel KW verzögert, wodurch es zu einer deutlichen Reduzierung der Partikelanzahl PN - im Vergleich zu früheren oder späteren Kraftstoffeinspritzzeitpunkten kam. Mit LW ist dabei der Bereich der Benetzung des Zylinders (liner Wetting) und mit PW der Bereich der Benetzung des Kolbens (piston Wetting) mit Kraftstoff bezeichnet. In dem Bereich zwischen den beiden Pfeilen findet keine oder kaum eine Benetzung statt bzw. wird die Benetzung soweit reduziert, dass die Bauteiltemperatur nicht sinkt. In the time range t marked with arrows between 250 and 350 seconds, in a transient operating range, the beginning of the fuel injection was delayed by approximately 20 ° crank angle KW, resulting in a significant reduction of the particle number PN - compared to earlier or later fuel injection times. LW is the range of wetting of the cylinder (liner wetting) and PW the area of wetting of the piston (piston wetting) with fuel. In the area between the two arrows there is little or no wetting or the wetting is reduced to such an extent that the component temperature does not drop.
Nach Beendigung des transienten Zustandes kann die Strategie der Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung einer Abklingfunktion (decay function) wieder auf den Normalzustand - also dem Kennfeldwert für die sich nach der Beendigung des transienten Zustandes einstellende Last - zurückgeführt werden. Die Ab-
klingfunktion ist vorteilhafterweise eine Funktion der Motoröl- und/oder der Kühlmitteltemperatur Tc, sowie der Motordrehzahl n. Dabei wird der geänderten Zustand eine gewisse Zeit, eine Anzahl an Einspritzungen, etc. gehalten und dann abgeregelt. Diese Abregelung erfolgt entlang einer Rampe oder einer bestimmten Funktion, bis die Parameter, die transient geändert wurden, wieder auf den Kennfeldwerten liegen.
Upon completion of the transient state, the fuel injection strategy may be returned to the normal state using the decay function, ie, the map value for the load after completion of the transient state. The Sound function is advantageously a function of the engine oil and / or the coolant temperature T c , and the engine speed n. In this case, the changed state a certain time, a number of injections, etc. held and then regulated. This reduction takes place along a ramp or a specific function until the parameters which have been transiently changed again lie on the map values.