Titel

Verfahren zum Ändern einer Aufteilung auf Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung bei einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ändern einer Aufteilung auf Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung bei einer Brennkraftmaschine mit diesen beiden Einspritzungsarten sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Stand der Technik

Ein mögliches Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung bei Ottomotoren ist die Saugrohreineinspritzung, welche zunehmend von einer Kraftstoffdirekteinspritzung abgelöst wird. Letzteres Verfahren führt zu deutlich besserer Kraftstoffverteilung in den Brennräumen und somit zu besserer Leistungsausbeute bei geringerem Kraftstoffverbrauch.

Weiterhin gibt es auch Ottomotoren mit einer Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, einem sog. Dualsystem. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerten vorteilhaft, da die Saugrohreinspritzung bspw. bei mittleren Lastbereichen bessere Emissionswerte zur Folge hat als eine Direkteinspritzung.

Durch die unterschiedliche Leistungsausbeute bei den verschiedenen Einspritzungsarten kann es nun jedoch bei einer Änderung der Aufteilung auf die beiden Einspritzungsarten zu einer Änderung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments kommen, was sich für einen Fahrer bspw. in einem Ruck- eln aufgrund eines Leistungseinbruchs oder einer Leistungserhöhung bemerkbar machen kann. Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ändern einer Aufteilung auf Saug- rohreinspritzung und Direkteinspritzung bei einer Brennkraftmaschine sowie eine

Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ändern einer Aufteilung auf Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung bei einer Brennkraftmaschine mit Saug- rohreinspritzung und Direkteinspritzung als Einspritzungsarten von einem ersten zu einem zweiten Aufteilungsfaktor. Hierzu werden mittels der jeweiligen Einspritzungsart in jeden Brennraum der Brennkraftmaschine entsprechend dem zweiten Aufteilungsfaktor einzubringende Kraftstoffmengen ermittelt. Weiterhin wird jeweils ein Zündwinkel für jeden Brennraum unter Berücksichtigung wenigs- tens einer Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine ermittelt und die ermittelten Kraftstoffmengen und die ermittelten Zündwinkel werden eingestellt.

Durch das Anpassen des Zündwinkels bei einer Änderung der Aufteilung auf die beiden Einspritzungsarten kann nun gezielt auf das sich nach der Änderung ein- stellende Drehmoment eingewirkt und dieses ggf. durch diese Anpassung des

Zündwinkels verändert werden. Dies ist möglich, da eine Veränderung des Zündwinkels eine Veränderung des im jeweiligen Brennraum erzeugten Drehmoments bewirkt. So kann bspw. bei insgesamt, d.h. über beide Einspritzungsarten gesehen, gleicher Kraftstoffmenge vor und nach der Änderung der Aufteilung erreicht werden, dass sich das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment nicht oder nur unwesentlich ändert. Ohne diese Anpassung des Zündwinkels würde sich aufgrund der unterschiedlichen Leistungsausbeute bei den beiden Einspritzungsarten in der Regel ein merklich anderes Drehmoment ergeben. Ohne die Anpassung des Zündwinkels zugleich mit der Änderung der Auf- teilung könnte eine Anpassung des Drehmoments an einen gewünschten Wert erst später erfolgen. Ein Fahrer eines zugehörigen Kraftfahrzeugs spürt bei dem vorgeschlagenen Verfahren somit keine Auswirkungen hinsichtlich des Fahrkomforts in verschiedenen Betriebspunkten. Gleichzeit kann jedoch bspw. eine Ver- besserung der Emissions- und Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine durch die Änderung der Aufteilung erreicht werden.

Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Kraftstoffmengen und/oder der Zündwinkel für jeden Brennraum individuell. Auf diese Weise kann ein möglichst gleich- mäßiger Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden, da aufgrund der brenn- raum-individuellen Zündwinkelanpassung die brennraum-individuellen Drehmomente dem geforderten Drehmoment entsprechen.

Vorteilhafterweise wird als die wenigstens eine Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine eine Drehmomentanforderung vor und/oder nach der Änderung der Aufteilung verwendet. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass möglichst das gewünschte Drehmoment von der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Zweckmäßigerweise weichen dabei die Drehmomentanforderungen vor und nach der Änderung der Aufteilung um höchstens 5%, insbesondere um höchstens 2%, voneinander ab. Besonders bevorzugt ist, wenn gar keine Abweichung zwischen den Drehmomentanforderungen vor und nach der Änderung der Aufteilung auftritt. Mit anderen Worten wird auf diese Weise ein konstanter oder zumindest na- hezu konstanter Betriebspunkt bzgl. der Drehmomentanforderung trotz Änderung der Aufteilung auf die Einspritzungsarten verwirklicht. Für einen Fahrer ist somit eine Aufteilungsänderung trotz der bspw. erreichten Emissionswerteverbesserung nicht oder zumindest nahezu nicht spürbar.

Es ist von Vorteil, wenn die Zündwinkel unter Berücksichtigung des zweiten Aufteilungsfaktors zwischen entsprechenden Zündwinkeln für eine reine Saugrohreinspritzung und eine reine Direkteinspritzung interpoliert werden. Die Zündwinkel für die reine Saugrohreinspritzung und die reine Direkteinspritzung können dabei bevorzugt in einer Tabelle oder einem Kennfeld, insbesondere für ver- schiedene Drehmomentanforderungen und/oder Kraftstoff mengen, hinterlegt sein. Dabei ist zu beachten, dass die Zündwinkel für die gleiche Drehmomentanforderung bei den beiden Einspritzungsarten in der Regel unterschiedlich sind. Bei welcher von beiden Einspritzungsarten der Zündwinkel früher ist, kann dabei von der Bauart und Geometrie der betreffenden Brennkraftmaschine abhängen. Durch eine geeignete Interpolation kann somit sehr einfach ein passender Zündwinkel für einen Mischbetrieb, d.h. gleichzeitig Saugrohr- und Direkteinspritzung, ermittelt und eingestellt werden.

Vorzugsweise erfolgt im Rahmen der Ermittlung der mittels der jeweiligen Einspritzungsart in jeden Brennraum der Brennkraftmaschine entsprechend dem zweiten Aufteilungsfaktor einzubringenden Kraftstoffmengen eine Anpassung der Kraftstoffmengen unter Berücksichtigung der wenigstens einen Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine. Auf diese Weise können etwaige Drehmomentunterschiede aufgrund der Änderung der Aufteilung der Einspritzungsarten und der damit einhergehenden Änderung der Aufteilung der jeweiligen Kraftstoffmengen für die jeweiligen Einspritzungsarten auch zusätzlich durch Mehrbzw. Mindermengen an Kraftstoff berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine noch bessere Beibehaltung oder Einhaltung des gewünschten Drehmoments.

Vorteilhafterweise wird weiterhin eine Luftfüllung für jeden Brennraum unter Berücksichtigung der wenigstens einen Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine ermittelt und eingestellt. Auch dies ermöglicht eine noch bessere Beibehaltung oder Einhaltung des gewünschten Drehmoments, da über die zugeführte Luftmenge die Verbrennung und damit das abgegebene Drehmoment beeinflusst werden kann. Zudem können auf diese Weise auch die Emissionswerte verbessert werden.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figuren 1a und 1 b zeigen schematisch zwei Brennkraftmaschinen, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden können.

Figur 2 zeigt schematisch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann.

Figur 3 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 a ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.

Das Saugrohr 106 weist dabei für jeden Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 107 auf, der in dem jeweiligen Abschnitt des Saugrohrs kurz vor dem Brennraum angeordnet ist. Die Kraftstoffinjektoren 107 dienen somit einer Saugrohreinsprit- zung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 1 11 für eine Direkteinspritzung auf.

In Figur 1 b ist schematisch und vereinfacht eine weitere Brennkraftmaschine 200 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 206 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.

Das Saugrohr 206 weist dabei für alle Brennräume 103 einen gemeinsamen Kraftstoff! njektor 207 auf, der im Saugrohr bspw. kurz nach einer hier nicht gezeigten Drosselklappe angeordnet ist. Der erste Kraftstoff! njektor 207 dient somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 1 11 für eine Direkteinspritzung auf.

Beide gezeigten Brennkraftmaschinen 100 und 200 verfügen somit über ein sog. Dualsystem, d.h. über Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung. Der Unterschied besteht lediglich in der Art der Saugrohreinspritzung. Während bspw. die in Figur 1a gezeigte Saugrohreinspritzung eine Kraftstoffzumessung individuell für jeden Brennraum erlaubt, wie dies bspw. für höherwertige Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, ist die in Figur 1 b gezeigte Saugrohreinspritzung einfacher in ihrem Aufbau und ihrer Ansteuerung. Bei den beiden gezeigten Brennkraftmaschinen kann es sich insbesondere um Ottomotoren handeln.

In Figur 2 ist ein Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 schematisch und vereinfacht, jedoch detaillierter als in Figur 1a dargestellt. Der Zylinder 102 hat einen Brennraum 103, der durch Bewegung eines Kolbens 104 vergrößert oder verkleinert wird. Die Stellung des Kolbens kann dabei bspw. in Bezug auf den sog. oberen Totpunkt (OT) angegeben werden, bei welchem der Kolben seinen (in Bezug auf die Figur) höchsten Punkt erreicht hat. Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um einen Ottomotor handeln.

Der Zylinder 102 weist ein Einlassventil 105 auf, um Luft oder ein Kraftstoff-Luft- Gemisch in den Brennraum 103 einzulassen. Die Luft wird über das Saugrohr 106 als Teil einer Luftzuführung zugeführt, an dem sich der Kraftstoffinjektor 107 befindet. Angesaugte Luft wird über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen. Eine Drosselklappe 112 in dem Luftzuführungssystem dient zum Einstellen des erforderlichen Luftmassenstroms in den Zylinder 102. Mittels eines Luftmassenmessers 120, bspw. in Form eines Heißfilmluft- massenmessers, kann die durch das Saugrohr 106 in den Brennraum 103 einzubringende Luftmenge ermittelt werden.

Die Brennkraftmaschine kann im Zuge einer Saugrohreinspritzung betrieben werden. Mit Hilfe des Kraftstoffinjektors 107 wird im Zuge dieser Saugrohrein- spritzung Kraftstoff in das Saugrohr 106 eingespritzt, so dass sich dort ein Luft-

Kraftstoff-Gemisch bildet, das über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen wird.

Die Brennkraftmaschine kann auch im Zuge einer Direkteinspritzung betrieben werden. Zu diesem Zweck ist der Kraftstoff! njektor 11 1 an dem Zylinder 102 angebracht, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 103 einzuspritzen. Bei dieser Direkteinspritzung wird das zur Verbrennung benötigte Luft-Kraftstoff-Gemisch direkt im Brennraum 103 des Zylinders 102 gebildet. Der Zylinder 102 ist weiterhin mit einer Zündeinrichtung 1 10 versehen, um zum

Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 103 einen Zündfunken zu erzeugen. Der Zündwinkel, d.h. der Winkel der Kurbelwelle 130, bei welchem die Zündung des Gemisches im Brennraum erfolgt, kann dabei bspw. mit dem gezeigten Winkel Δφ angegeben werden. Der Wert Δφ = 0° entspricht dabei dem oberen Totpunkt, der Zündwinkel kann dann bspw. nach dem oberen Totpunkt liegen. Zu beachten ist dabei, dass bei einer Viertaktbrennkraftmaschine zwei obere Totpunkte existieren, wobei nur in der Nähe eines jeden zweiten solchen oberen Totpunkts (ZOT) ein Zündvorgang erfolgt. Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 102 über ein Abgasrohr 108 ausgestoßen. Das Ausstoßen erfolgt abhängig von der Öffnung eines Auslassventils 109, das ebenfalls an dem Zylinder 102 angeordnet ist. Ein- und Auslassventile 105, 109 werden geöffnet und geschlossen, um einen Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine 100 in bekannter Weise auszuführen. Die Brennkraftmaschine 100 kann mit Direkteinspritzung, mit Saugrohreinspritzung oder in einem Mischbetrieb betrieben werden. Dies ermöglicht die Wahl der jeweils optimalen Betriebsart zum Betreiben der Brennkraftmaschine 100 abhängig von dem momentanen Betriebspunkt. So kann die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise in einem Saugrohreinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie bei niedriger Drehzahl und niedriger Last betrieben wird, und sie kann in einem Direkteinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird. Über einen großen Betriebsbereich hinweg ist es jedoch sinnvoll, die Brennkraftmaschine 100 in einem Mischbetrieb zu betreiben, bei dem die dem Brennraum 103 zuzuführende Kraftstoffmenge anteilig durch Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung zugeführt wird.

Weiterhin ist eine als Steuergerät 1 15 ausgebildete Recheneinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Das Steuergerät 1 15 kann die Brennkraftmaschine 100 in der Direkteinspritzung, der Saugrohreinspritzung oder dem Mischbetrieb betreiben. Weiterhin kann das Steuergerät 1 15 auch Werte vom Luftmassenmesser 120 erfassen.

Die in Bezug auf Figur 2 näher erläuterte Funktionsweise der Brennkraftmaschine 100 lässt sich auch auf die Brennkraftmaschine 200 gemäß Figur 1 b übertragen, nur mit dem Unterschied, dass für alle Brennräume bzw. Zylinder nur ein gemeinsamer Kraftstoffinjektor vorgesehen ist. Bei einer Saugrohreinspritzung bzw. bei einem Mischbetrieb wird daher der einzige Kraftstoffinjektor im Saugrohr angesteuert.

In Figur 3 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Dabei soll eine Aufteilung auf die Einspritzungsarten Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung von einem ersten Aufteilungsfaktor A zu einem zweiten Aufteilungsfaktor A' geändert werden.

Bei der Änderung dieser Aufteilung sollen weiterhin auch eine Drehmomentanforderung D vor der Änderung und eine Drehmomentanforderung D' nach der Änderung berücksichtigt werden. Insbesondere können diese beiden Drehmo- mentanforderungen gleich sein, d.h. D = D'. Dies bedeutet, dass die Änderung der Aufteilung bei konstantem Betriebspunkt bzgl. der Drehmomentanforderung bzw. Drehmomentabgabe erfolgen soll. Dies kann bspw. wünschenswert sein, damit ein Fahrer eines zugehörigen Kraftfahrzeugs die Änderung der Aufteilung nicht oder zumindest so wenig wie möglich spürt.

Den beiden Aufteilungsfaktoren A und A' entsprechen jeweilige Kraftstoffmengen M _s und M _D bzw. M' _s und M' _D für die jeweiligen Anteile an der Saugrohr- bzw. Direkteinspritzung. Im einfachsten Fall können dabei die jeweiligen Gesamtkraftstoffmengen vor und nach der Änderung der Aufteilung gleich bleiben, d.h.

M _s + M _D = M's + M' _D . Es ist jedoch bspw. auch eine zusätzliche Anpassung der Kraftstoffmengen M' _s und M' _D nach der Änderung denkbar.

Weiterhin sind die Drehmomentanforderungen bei der Änderung der Aufteilung zu berücksichtigen. In einem Kennfeld können dabei bspw. für verschiedene Drehmomentanforderungen entsprechende Zündwinkel für die reine Saugrohreinspritzung und die reine Direkteinspritzung hinterlegt sein. So können also bspw. für die Drehmomentanforderung D' ein Zündwinkel Acp _s für eine reine Saugrohreinspritzung und ein Zündwinkel Δφ ₀ für eine reine Direkteinspritzung hinterlegt sein.

Aus diesen beiden Zündwinkeln, Acp _s und Δφ ₀ , kann nun in Abhängigkeit vom zweiten Aufteilungsfaktor A' der einzustellende Zündwinkel Δφ ermittelt werden. Der Zündwinkel Δφ kann dabei bspw. im Rahmen einer Interpolation, insbesondere einer linearen Interpolation, zwischen den beiden Zündwinkeln Δφ _δ und Δφ ₀ ermittelt werden. Diese Zündwinkel sollten dabei, wie auch die jeweiligen Kraftstoffmengen, individuell für jeden Brennraum ermittelt werden. Insbesondere beim Zündwinkel ist darauf zu achten, dass die Zündzeitpunkte der einzelnen Brennräume aufgrund der Anbindung der jeweiligen Kolben an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gegeneinander versetzt sind.

Im Zuge der Änderung der Aufteilung auf die beiden Einspritzungsarten können somit die neuen Kraftstoffmengen und der neue Zündwinkel, die wie oben erläutert ermittelt worden sind, eingestellt werden. Durch die Berücksichtigung des Zündwinkels kann erreicht werden, dass sich das Drehmoment, das nach der Änderung von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, im Vergleich zu vor der Änderung nicht oder zumindest nur kaum ändert. Je nach Situation kann jedoch auch eine gezielte Änderung des Drehmoments erreicht werden.

Eine Umsetzung dieses Verfahrens in einem Motorsteuergerät kann dabei derart erfolgen, dass bspw. in einer verwendeten Software eine Statusvariable definiert wird, die einen Umschaltewunsch, d.h. eine gewünschte Änderung der Aufteilung der Einspritzungsart, angibt bzw. bei einem solchen Umschaltewunsch entspre- chend ihren Wert ändert. Durch diese Statusvariable kann dann sowohl die Ermittlung der neuen Kraftstoffmengen als auch die Ermittlung des neuen Zündwinkels angestoßen werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens.