DE102010002266B3 - Method for direct injection of fuel into combustion chamber of internal combustion engine with induced ignition, involves shifting early start of injection, where soot concentration falls below predetermined threshold value in crank angle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, wobei der Brennraum mindestens eine mittels Einlaßventil steuerbare Einlaßöffnung und mindestens eine mittels Auslaßventil steuerbare Auslaßöffnung aufweist, bei dem Kraftstoff in der Art eingespritzt wird, dass während der Ventilüberscheidung bei geöffnetem Einlaßventil Verbrennungsgase mit Kraftstoff durch die mindestens eine Einlaßöffnung in das sich anschließende Ansaugsystem strömen.The invention relates to a method for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a spark-ignition internal combustion engine, wherein the combustion chamber has at least one inlet valve controllable by inlet valve and at least one outlet valve controllable by means of outlet valve, is injected in the fuel in the manner that during the valve separation in the open Inlet valve to flow combustion gases with fuel through the at least one inlet port into the subsequent intake system.
Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, wobei eine verbesserte, d. h. effektivere Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen steht.Due to the limited resources of fossil fuels, in particular due to the limited presence of mineral oil as a raw material for the production of fuels for internal combustion engines, the development of internal combustion engines is constantly striving to minimize fuel consumption, with an improved, d. H. more effective combustion is at the forefront of the effort.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Brennstoff-Luftgemisch arbeitet, welches durch äußere Gemischbildung aufbereitet wird, indem Kraftstoff in den Ansaugtrakt eingespritzt wird, und bei dem die gewünschte Leistung mittels Quantitätsregelung eingestellt wird.The problem is the fuel consumption, especially in gasoline engines. The reason for this lies in the basic working method of the traditional gasoline engine, which works with a homogeneous fuel-air mixture, which is prepared by external mixture formation by injecting fuel into the intake tract, and in which the desired power is adjusted by means of quantity control.
Die Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr sie den Ansaugtrakt versperrt, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe und vor dem Einlaß in den Brennraum. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise die Luftmasse, d. h. die Quantität, über den Druck der angesaugten Luft eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat insbesondere im Teillastbereich thermodynamische Nachteile. Denn geringe Lasten erfordern eine große Druckabsenkung im Ansaugtrakt und daher eine hohe Drosselung. Um die Drosselverluste zu senken, wurden verschiedene Strategien entwickelt, beispielsweise die Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens durch die Verwendung eines variablen Ventiltriebs.The load control is usually carried out by means of a throttle valve provided in the intake tract. By adjusting the throttle, the pressure of the intake air downstream of the throttle valve can be reduced more or less. The farther the throttle is closed, d. H. the more it obstructs the intake tract, the higher the pressure loss of the intake air across the throttle and the lower the pressure of the intake air downstream of the throttle and before the inlet into the combustion chamber. With constant combustion chamber volume, the air mass, d. H. the quantity by which the pressure of the intake air is adjusted. The quantity control by means of throttle valve has thermodynamic disadvantages, in particular in the partial load range. Because low loads require a large pressure drop in the intake tract and therefore a high throttling. In order to reduce the throttle losses, various strategies have been developed, for example the dethrottling of the Otto engine operating method by the use of a variable valve train.
Andere Lösungsansätze zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs bei Ottomotoren basieren auf der Übernahme technischer Merkmale, die ursprünglich dem dieselmotorischen Verfahren zugeschrieben wurden.Other approaches to improve fuel economy in gasoline engines are based on the adoption of technical features that were originally attributed to the diesel engine process.
Das traditionelle ottomotorische Verfahren ist dabei gekennzeichnet durch eine Gemischverdichtung, ein homogenes Gemisch, eine Fremdzündung, sowie die Quantitätsregelung, wohingegen das dieselmotorische Verfahren charakterisiert ist durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung und die Qualitätsregelung.The traditional Otto cycle method is characterized by a mixture compression, a homogeneous mixture, a spark ignition, and the quantity control, whereas the diesel engine process is characterized by an air compression, an inhomogeneous mixture, auto-ignition and quality control.
Insbesondere die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, eine spürbare Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs auch bei Ottomotoren zu erzielen, weshalb man sich zunehmend auf die Entwicklung direkteinspritzender Ottomotoren konzentriert. Eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung ist daher auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.In particular, the injection of fuel directly into the combustion chamber is considered a suitable measure to achieve a noticeable reduction in fuel consumption even in gasoline engines, which is why it is increasingly focused on the development of direct injection gasoline engines. A direct injection internal combustion engine with spark ignition is therefore also an object of the present invention.
Aufgrund des fehlenden Eintrags von Kraftstoff stromaufwärts des Einlasses zum Brennraum bilden sich bei direkteinspritzenden Ottomotoren unerwünschte Ablagerungen im Ansaugsystem aus, insbesondere an den Einlaßventilen und den dazugehörigen Ventilsitzen.Due to the lack of entry of fuel upstream of the inlet to the combustion chamber are formed in direct injection gasoline engines undesirable deposits in the intake system, in particular at the intake valves and the associated valve seats.
Dabei lagern sich in der angesaugten Luft enthaltene Öl- und Kraftstoffpartikel an den Innenwandungen des Ansaugsystems und den Einlaßventilen ab. Eingetragen werden diese Partikel in das Ansaugsystem durch die interne und externe Rückführung heißer Abgase sowie die Einleitung der Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse via Entlüftungsleitung. Die Öl- und Kraftstoffpartikel bilden dabei einen klebrigen Film aus, an den sich auch Rußpartikel anlagern bzw. anhaften. Die anhaftenden Rußpartikel begünstigen wiederum die Anlagerung weiterer Öl- und Kraftstoffpartikel, was einer Zunahme der Schichtdicke mit fortschreitender Betriebsdauer gleichkommt. Die Ablagerungen führen zu einer veränderten Geometrie im Ansaugsystem, was erhebliche Nachteile mit sich bringt.In the process, oil and fuel particles contained in the intake air are deposited on the inner walls of the intake system and the intake valves. These particles are introduced into the intake system by the internal and external feedback of hot exhaust gases and the introduction of blow-by gases from the crankcase via vent line. The oil and fuel particles form a sticky film, to which soot particles attach or adhere. The adhering soot particles in turn favor the addition of further oil and fuel particles, which equates to an increase in the layer thickness with increasing operating time. The deposits lead to a changed geometry in the intake system, which brings significant disadvantages.
Bedingt durch die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum, die nur wenig Zeit zur Aufbereitung eines brennfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung stellt, sind direkteinspritzende ottomotorische Verfahren wesentlich empfindlicher gegenüber Störungen bei der Gemischbildung als herkömmliche ottomotorische Verfahren.Due to the direct injection of the fuel into the combustion chamber, which provides little time for the preparation of a combustible fuel-air mixture, direct-injection Otto cycle methods are much more sensitive to disturbances in the mixture formation than conventional Otto-cycle method.
Zur Gemischbildung zählt dabei insbesondere auch die Ausbildung der gewünschten Zylinderinnenströmung im Rahmen des Ladungswechsels. In der Regel wird auf die Einlaßströmung durch entsprechende Formgebung des Einlaßbereichs Einfluß genommen. In particular, the formation of the desired cylinder internal flow within the context of the charge cycle also counts for mixture formation. In general, the inlet flow is influenced by appropriate shaping of the inlet region.
Ablagerungen an den Einlaßventilen bzw. Einlaßöffnungen beeinflussen bzw. stören die Ausbildung der angestrebten Zylinderinnenströmung, die für eine sichere Entzündung des im Brennraum befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderlich sein kann. Insbesondere im Teillastbetrieb, wenn das Frischgemisch häufig durch einen Schichtladebetrieb abgemagert wird, kann eine veränderte Zylinderinnenströmung den Verbrennungsprozeß nachteilig beeinflussen, zu einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches führen und gegebenenfalls Zündaussetzer verursachen, so dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch unverbrannt in den Abgastrakt abgeführt wird. Ein Ausbleiben der Verbrennung führt nicht nur zu einem Leistungsabfall, d. h. zu einem Drehmomentabfall, sondern gegebenenfalls auch zu einer Funktionsstörung bzw. Beschädigung von im Abgastrakt vorgesehenen Abgasnachbehandlungssystemen.Deposits on the inlet valves or inlet openings influence or interfere with the formation of the desired cylinder internal flow, which may be required for reliable ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber. In particular, in part-load operation, when the fresh mixture is often emaciated by a stratified operation, a changed cylinder internal flow can adversely affect the combustion process, lead to incomplete combustion of the fuel-air mixture and possibly cause misfires, so that the fuel-air mixture unburned in the Exhaust tract is removed. Failure to burn not only results in a loss of performance, i. H. to a torque drop, but possibly also to a malfunction or damage provided in the exhaust system exhaust aftertreatment systems.
Aus den zuvor genannten Gründen ist man daher grundsätzlich bemüht, der Bauteilverkokung im Ansaugsystem bzw. im Einlaßbereich einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine entgegenzuwirken, d. h. Ablagerungen im Ansaugsystem, insbesondere an den Einlaßventilen und Einlaßöffnungen, von vorne herein zu unterbinden, so wie dies bei Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung infolge des Kraftstoffeintrags der Fall ist.For the reasons mentioned above, therefore, efforts are fundamentally made to counteract component coking in the intake system or in the intake region of a direct-injection internal combustion engine, ie. H. Deposits in the intake system, especially at the intake valves and intake ports to prevent from the outset, as is the case with gasoline engines with intake manifold injection due to the fuel input.
Die deutsche Offenlegungsschrift
Auf diese Weise gelangt Kraftstoff zusammen mit heißen Verbrennungsgasen durch ein Rückströmen in den Ansaugtrakt zu den Einlaßventilen sowie den Ventilsitzen. Der eingebrachte Kraftstoff umspült das Ventil und den dazugehörigen Ventilsitz und reinigt diese von anhaftenden Partikeln, wodurch der Ausbildung von Ablagerungen entgegengewirkt wird. Beim anschließenden Ansaugvorgang gelangen der Kraftstoff und die in das Ansaugsystem eingebrachten Abgase zurück in den Brennraum.In this way, fuel, along with hot combustion gases, flows back into the intake manifold to the intake valves and the valve seats. The introduced fuel flows around the valve and associated valve seat, cleaning it of adhering particles, thereby counteracting the formation of deposits. During the subsequent intake process, the fuel and the exhaust gases introduced into the intake system return to the combustion chamber.
Durch diese Vorgehensweise sollen weitere kostenintensive Maßnahmen gegen die Ventilverkokung, wie beispielsweise eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung des Einlaßventils oder die Anordnung zusätzlicher Einspritzdüsen im Ansaugtrakt, entfallen können.By doing so, additional costly measures against the valve coking, such as a coating or surface treatment of the intake valve or the arrangement of additional injectors in the intake tract, can be omitted.
Nachteilig an dem in der
Bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine ist nach dem Stand der Technik das entscheidende Kriterium zur Festlegung des Einspritzbeginns SOI die Rußkonzentration im Abgas. Bei der Kalibrierung der Motorsteuerung nähert man sich mit der Kraftstoffeinspritzung dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT von der Ansaugphase kommend und tastet sich an die Rußgrenze heran, wobei die Rußgrenze als derjenige Kurbelwinkel definiert wird, ab welchem die Rußkonzentration spürbar zunimmt und einen vorgebbaren Wert übersteigt.In a direct-injection internal combustion engine, according to the prior art, the decisive criterion for determining the start of injection SOI is the soot concentration in the exhaust gas. During the calibration of the engine control system, fuel injection approaches the top dead center of the charge cycle LWOT from the intake phase and scans the soot limit, the soot limit being defined as the crank angle at which the soot concentration noticeably increases and exceeds a predefinable value.
Insofern ist man nach dem Stand der Technik bei der Wahl des Einspritzbeginns stark eingeschränkt, nämlich einerseits durch die zu beachtende Rußgrenze und andererseits durch die in der
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufzuzeigen, mit dem der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik entgegen getreten werden kann und welches bei der Wahl des Einspritzbeginns SOI eine größere Vielfalt aufweist, insbesondere einen vergleichsweise frühen Einspritzbeginn zuläßt, um den Kraftstoffverbrauch zu mindern.Against this background, it is the object of the present invention to provide a method for direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with spark ignition according to the preamble of claim 1, with which the known from the prior art problem can be counteracted and which in the Choice of injection start SOI has a greater variety, in particular allows a relatively early start of injection to reduce fuel consumption.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, wobei der Brennraum mindestens eine mittels Einlaßventil steuerbare Einlaßöffnung und mindestens eine mittels Auslaßventil steuerbare Auslaßöffnung aufweist, bei dem Kraftstoff in der Art eingespritzt wird, dass während der Ventilüberscheidung bei geöffnetem Einlaßventil Verbrennungsgase mit Kraftstoff durch die mindestens eine Einlaßöffnung in das sich anschließende Ansaugsystem strömen, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass ausgehend von der Steuerzeit, zu der das mindestens eine Auslaßventil schließt (AS), der Einspritzbeginn SOI auch bei zunächst ansteigender Rußkonzentration im Abgas nach früh verschoben wird über die Kurbelwinkelmarke maximaler Rußkonzentration hinaus zumindest bis hin zu einem Kurbelwinkel, bei dem die Rußkonzentration Csoot einen vorgebbaren Wert Cthreshold,soot unterschreitet mit Csoot < Cthreshold,soot.This object is achieved by a method for direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with spark ignition, wherein the combustion chamber at least one means Inlet valve controllable inlet port and at least one controllable by means of an outlet valve outlet opening is injected in the fuel in such a way that flow during combustion of the valve with open inlet valve combustion gases with fuel through the at least one inlet opening in the subsequent intake system, and which is characterized in that starting from the control time to which the at least one exhaust valve closes (AS), the start of injection SOI is also shifted initially with increasing soot concentration in the exhaust gas over the crank angle mark maximum soot concentration addition at least up to a crank angle at which the soot concentration C soot a specifiable value C threshold, soot falls below C soot <C threshold, soot .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung nutzt den Umstand, dass bei Verschieben des Einspritzbeginns von der Ansaugphase kommend in Richtung des oberen Totpunkts LWOT und über den oberen Totpunkt hinaus die Rußkonzentration im Abgas zunächst ansteigt, dann aber wieder nach Überschreiten einer maximalen Rußkonzentration, welche in der Regel um den oberen Totpunkt des Ladungswechsels erreicht wird, abnimmt. Dieser Verlauf der Rußkonzentration in Abhängigkeit vom Einspritzbeginn SOI ist auch in
In Abhängigkeit von der Quantität des eingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des eingespritzten Kraftstoffes auf die Brennrauminnenwände und insbesondere auf den Kolben des entsprechenden Zylinders, der axial beweglich in einem Zylinderrohr geführt wird. Der Kolbenboden bildet einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse ab.Depending on the quantity of injected fuel and the injection time, a more or less large portion of the injected fuel reaches the combustion chamber inner walls and in particular the piston of the corresponding cylinder, which is guided axially movably in a cylinder tube. The piston crown forms part of the combustion chamber inner wall and, together with the piston rings, seals the combustion chamber against the crankcase.
Je näher der Beginn der Einspritzung am oberen Totpunkt des Ladungswechsels liegt, desto mehr Kraftstoff gelangt auf den Kolbenboden, was ummittelbar mit der Kolbenstellung zusammenhängt. Je mehr Kraftstoff auf die Brennrauminnenwände, insbesondere auf den Kolbenboden, gelangt, desto mehr Ruß wird gebildet. Dass heißt, die Rußkonzentration steigt, je näher der Einspritzbeginn SOI an den oberen Totpunkt rückt. Insofern besteht – vereinfacht dargestellt – ein kausaler Zusammenhang zwischen der Rußkonzentration im Abgas einerseits und der Kolbenstellung und dem Einspritzbeginn andererseits.The closer the beginning of the injection is at the top dead center of the charge cycle, the more fuel reaches the piston crown, which is directly related to the piston position. The more fuel reaches the combustion chamber inner walls, in particular the piston crown, the more soot is formed. That is, the soot concentration increases the nearer the start of injection SOI moves to the top dead center. In this respect - in simplified terms - there is a causal relationship between the soot concentration in the exhaust gas on the one hand and the piston position and the start of injection on the other.
Streng genommen haben auch andere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine Einfluß auf den Verlauf der Rußkonzentration, beispielsweise die Drehzahl. So verschiebt sich die Kurbelwinkelmarke maximaler Rußkonzentration mit zunehmender Drehzahl nach spät. Die Trägheit der Einspritzung bzw. der zeitlich verzögerte Einsatz des Verbrennungsprozesses führen dazu, dass die maximale Rußkonzentration häufig nicht bei einem Einspritzbeginn im oberen Totpunkt erreicht wird.Strictly speaking, other operating parameters of the internal combustion engine influence the course of the soot concentration, for example the speed. Thus, the crank angle mark maximum soot concentration shifts late with increasing speed. The inertia of the injection or the delayed use of the combustion process lead to the fact that the maximum soot concentration is often not reached at an injection start at top dead center.
Das erfindungsgemäße Verfahren lehrt nun, dass man von der Ansaugphase kommend den Einspritzbeginn SOI in Richtung des oberen Totpunkts LWOT verschieben soll und gegebenenfalls darüber hinaus und zwar über die aus dem Stand der Technik bekannte Rußgrenze und eine maximale Rußkonzentration hinaus, auch wenn die Rußkonzentration im Abgas zunächst ansteigt. Der Einspritzbeginn wird bis hin zu einem Kurbelwinkel nach früh verschoben, bei dem die Rußkonzentration Csoot einen vorgebbaren Wert Cthreshold,soot unterschreitet mit Csoot < Cthreshold,soot. Bei dem Schwellenwert, d. h. dem vorgegebenen Wert Cthreshold,soot, handelt es sich um die in dem jeweiligen Betriebspunkt vertretbare Rußkonzentration bzw. Rußemission.The method according to the invention now teaches that starting from the intake phase, the start of injection SOI is to be shifted in the direction of top dead center LWOT and possibly beyond that known from the prior art soot limit and maximum carbon black concentration, even if the soot concentration in the exhaust gas initially increases. The start of injection is postponed until a crank angle at which the soot concentration C soot falls below a predefinable value C threshold, soot , with C soot <C threshold, soot . The threshold value, ie the predetermined value C threshold, soot , is the soot concentration or soot emission that can be tolerated in the respective operating point.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Kraftstoffeinspritzung bzw. bei der Festlegung des Einspritzbeginns ermöglicht einen gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise frühen Einspritzbeginn, was im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine überaus vorteilhaft ist. Insbesondere gestattet das erfindungsgemäße Verfahren mit der Einspritzung auch außerhalb der Ventilüberscheidung zu beginnen, d. h. zu einem Zeitpunkt, zu dem das Einlaßventil noch nicht geöffnet ist, solange gewährleistet ist, dass zumindest Teile des eingespritzten Kraftstoffes – wenn auch zeitversetzt – durch die mindestens eine – dann geöffnete – Einlaßöffnung in das sich anschließende Ansaugsystem strömen.The procedure according to the invention for fuel injection or for determining the start of injection permits a comparatively early start of injection compared to the prior art, which is extremely advantageous with regard to the fuel consumption of the direct-injection internal combustion engine. In particular, the method according to the invention makes it possible to start the injection even outside the valve separation, ie. H. at a time when the inlet valve is not yet opened, as long as it is ensured that at least parts of the injected fuel - albeit time-delayed - through the at least one - then opened - inlet flow into the subsequent intake system.
Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufzuzeigen, welches bei der Wahl des Einspritzbeginns SOI eine größere Vielfalt aufweist und insbesondere einen vergleichsweise frühen Einspritzbeginn zuläßt, um den Kraftstoffverbrauch zu mindern.Thus, the object underlying the invention is solved, namely to show a method according to the preamble of claim 1, which has a greater variety in the choice of the start of injection SOI and in particular allows a comparatively early start of injection to reduce fuel consumption.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen erörtert.Further advantages of the method according to the invention are discussed in connection with the embodiments according to the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Einspritzbeginn SOI höchstens soweit über den vorgebbaren Wert für die Rußkonzentration Cthreshold,soot nach früh verschoben wird bis die Konzentration CHC an unverbrannten Kohlenwasserstoffen einen vorgebbaren Wert für die Konzentration Cthreshold,HC erreicht und/oder der Gradient dC/d°KW der Zunahme der Konzentration CHC einen vorgebbaren Wert dC/d°KWthreshold erreicht.Embodiments of the method are advantageous in which the start of injection SOI is shifted so far at most beyond the predefinable value for the soot concentration C threshold until the concentration C HC of unburned hydrocarbons reaches a predefinable value for the concentration C threshold, HC and / or the gradient dC / d ° KW of the increase in concentration C HC reaches a predefinable value dC / d ° KW threshold .
Grundsätzlich kann der Einspritzbeginn SOI über den Kurbelwinkel, bei dem die Rußkonzentration Csoot einen vorgebbaren Wert Cthreshold,soot unterschreitet, hinaus nach früh verschoben werden, um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren. Der Einspritzbeginn kann aber nicht beliebig weit nach früh verschoben werden, da die Konzentration CHC an unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC bei Erreichen einer bestimmten Kurbelwinkelmarke signifikant, fast sprungartig zunimmt und mit weiterem Verschieben des Einspritzbeginns nach früh kontinuierlich weiter ansteigt.In principle, the start of injection SOI can be postponed beyond the crank angle, at which the soot concentration C soot falls below a predefinable value C threshold, soot , in order to optimize fuel consumption. However, the start of injection can not be delayed arbitrarily far to early, since the concentration C HC of unburned hydrocarbons HC on reaching a certain crank angle mark significantly, almost suddenly increases and continues to increase continuously with further shifting of the injection start to early.
Diese signifikante kontinuierliche Zunahme macht deutlich, dass ein zunehmender Anteil des eingespritzten Kraftstoffes unverbrannt in den Abgastrakt gelangt, statt mit den Verbrennungsgasen in das Ansaugsystem zu strömen, was erfindungsgemäß angestrebt wird.This significant continuous increase makes it clear that an increasing proportion of the injected fuel passes unburned into the exhaust tract, instead of flowing into the intake system with the combustion gases, which is the aim of the invention.
Die Ursache ist ein zu früher Einspritzbeginn zu einem Zeitpunkt, zu dem das Einlaßventil noch nicht geöffnet ist. Je größer der Abstand zwischen dem Einspritzbeginn SOI und der Steuerzeit EÖ, zu der das Einlaßventil öffnet, ist, desto mehr Kraftstoff kann den Brennraum unverbrannt über den geöffneten Auslaß verlassen und die HC-Konzentration im Abgas erhöhen.The cause is too early a start of injection at a time when the intake valve is not yet open. The greater the distance between the start of injection SOI and the control time EÖ, at which the intake valve opens, the more fuel can leave the combustion chamber unburned via the open outlet and increase the HC concentration in the exhaust gas.
Andererseits muß mit der Einspritzung nicht gewartet werden bis das mindestens eine Einlaßventil geöffnet wird bzw. ist, denn erfindungsgemäß kann der Einspritzbeginn auch vor der Steuerzeit EÖ ”Einlaß öffnet” liegen, solange der wesentliche Teil des eingespritzten Kraftstoffs in das Ansaugsystem gelangt, selbst wenn der Kraftstoff im Rahmen des Ausschiebens zuvor zunächst einmal in den Abgastrakt gelangt.On the other hand, with the injection must not wait until the at least one inlet valve is opened or is, because according to the invention, the start of injection before the control time EÖ "inlet opens" lie as long as the essential part of the injected fuel enters the intake system, even if the As part of Ausschiebens previously fuel first enters the exhaust tract.
Entsprechend der in Rede stehenden Verfahrensvariante wird diesem Umstand durch eine zusätzliche Bedingung Rechnung getragen. Demgemäß wird der Einspritzbeginn SOI nur soweit nach früh verschoben bis die Konzentration CHC an unverbrannten Kohlenwasserstoffen einen vorgebbaren Wert für die Konzentration Cthreshold,HC erreicht bzw. überschreitet und/oder der Gradient dC/d°KW der Zunahme der Konzentration CHC einen vorgebbaren Wert dC/d°KWthreshold erreicht bzw. überschreitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der angestrebte frühe Einspritzbeginn nicht zu unakzeptabel hohen HC-Emissionen führt.In accordance with the method variant in question, this circumstance is taken into account by an additional condition. Accordingly, the start of injection SOI is only advanced so far until the concentration C HC of unburned hydrocarbons reaches or exceeds a predefinable value for the concentration C threshold, HC and / or the gradient dC / d ° KW of the increase in concentration C HC is a predefinable Value dC / d ° KW threshold reaches or exceeds. This ensures that the desired early start of injection does not lead to unacceptably high HC emissions.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Einspritzbeginn SOI in die Ausschiebephase vor den oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT gelegt wird.Advantageous embodiments of the method in which the injection start SOI is placed in the Ausschiebephase before the top dead center of the charge cycle LWOT.
Wird mit der Einspritzung des Kraftstoffes bei geöffnetem Einlaßventil bereits in der Ausschiebephase begonnen, unterstützt der sich nach oben bewegende Kolben das Einströmen von Kraftstoff und Verbrennungsgasen durch die mindestens eine Einlaßöffnung in das sich anschließende Ansaugsystem und damit die Reinigung der von Ablagerungen betroffenen Wandungen des Ansaugsystems, insbesondere des Einlaßventils bzw. des Ventilsitzes.If the injection of the fuel with the intake valve open is already started in the discharge phase, the piston moving upwards supports the inflow of fuel and combustion gases through the at least one inlet opening into the adjoining intake system and thus the cleaning of the walls of the intake system affected by deposits, in particular of the inlet valve or the valve seat.
Insbesondere bei höheren Lasten, wenn eine im Ansaugsystem angeordnete Drosselkappe weit geöffnet ist und zwischen Brennraum und Ansaugsystem kein oder aber nur ein geringes Druckgefälle besteht, erweist sich die vorliegende Variante als besonders vorteilhaft.Particularly at higher loads, when a throttle cap arranged in the intake system is wide open and there is no or only a slight pressure gradient between the combustion chamber and the intake system, the present variant proves to be particularly advantageous.
Bei geringen Lasten hingegen findet bei geöffnetem Einlaßventil bereits infolge des Druckgefälles zwischen Brennraum und Ansaugsystem ein Rückströmen von Abgas mitsamt eingespritztem Kraftstoff statt, so dass der sich aufwärts bewegende Kolben nicht zwingend erforderlich ist, aber das Rückströmen unterstützt. Das Druckgefälle bei geringen Lasten resultiert aus der im Teillastbereich mehr oder weniger stark geschlossenen Drosselklappe, die für einen verminderten Druck stromabwärts der Klappe und damit stromaufwärts des Einlasses sorgt.At low loads, however, takes place when the inlet valve is already due to the pressure gradient between the combustion chamber and the intake system, a return flow of exhaust gas together with injected fuel instead, so that the upwardly moving piston is not absolutely necessary, but supports the return flow. The pressure gradient at low loads results from the throttle valve, which is more or less closed in the partial load range, which ensures a reduced pressure downstream of the flap and thus upstream of the inlet.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Einlaßventil der mindestens einen Einlaßöffnung in einem Kurbelwinkelfenster von 50°KW vor dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT bis 20°KW nach dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT geöffnet wird.Embodiments of the method in which the inlet valve of the at least one inlet opening is opened in a crank angle window of 50 ° CA before the top dead center of the charge cycle LWOT to 20 ° CA after the top dead center of the charge cycle LWOT are advantageous.
Vorteilhaft sind dabei insbesondere Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Einlaßventil der mindestens einen Einlaßöffnung in einem Kurbelwinkelfenster von 40°KW vor dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT bis zum oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT geöffnet wird.Embodiments of the method in which the inlet valve of the at least one inlet opening is opened in a crank angle window of 40 ° CA before the top dead center of the charge cycle LWOT up to the top dead center of the charge cycle LWOT are particularly advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Auslaßventil der mindestens einen Auslaßöffnung in einem Kurbelwinkelfenster zwischen dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT und 50°KW nach dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT geschlossen wird.Embodiments of the method in which the outlet valve of the at least one outlet opening is closed in a crank angle window between the top dead center of the charge cycle LWOT and 50 ° CA after the top dead center of the charge cycle LWOT are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Auslaßventil der mindestens einen Auslaßöffnung in einem Kurbelwinkelfenster von 10°KW bis 40°KW nach dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels LWOT geschlossen wird.Embodiments of the method in which the outlet valve of the at least one outlet opening is closed in a crank angle window of 10 ° CA to 40 ° CA after top dead center of the charge cycle LWOT are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mit der Einspritzung vor der Ventilüberscheindung begonnen wird d. h. bevor das mindestens eine Einlaßventil geöffnet wird.Embodiments of the method in which the injection is started before the valve overlap d are advantageous. H. before the at least one inlet valve is opened.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der
Es zeigt:It shows:
Die
Nähert man sich dem LWOT von rechts, d. h. von der Ansaugphase kommend, nimmt die Rußkonzentration mit einem bestimmten Kurbelwinkel, der sogenannten Rußgrenze, beginnend spürbar zu und steigt dann kontinuierlich an. Nach Überschreiten eines Maximums, welches vorliegend im LWOT erreicht wird, fällt die Rußkonzentration dann wieder ab.If you approach the LWOT from the right, d. H. Coming from the intake phase, the soot concentration increases noticeably with a certain crank angle, the so-called soot limit, and then increases continuously. After exceeding a maximum, which is achieved here in the LWOT, the carbon black concentration then drops again.
Insofern steht der Verlauf der Rußkonzentration einem Verschieben des Einspritzbeginns in die Ausschiebephase nicht entgegen, wodurch der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt werden kann. Bei der Festlegung des Einspritzbeginns muß aber zudem berücksichtigt werden, dass die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC bei Erreichen einer bestimmten Kurbelwinkelmarke signifikant ansteigt. Der Einspritzbeginn kann daher nicht beliebig weit nach früh verschoben werden, was für eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs auch nicht zwingend erforderlich ist.In this respect, the course of the soot concentration does not preclude a shift in the start of injection into the discharge phase, as a result of which the fuel consumption can be significantly reduced. In determining the start of injection but must also be considered that the concentration of unburned hydrocarbons HC significantly increases when reaching a certain crank angle mark. The start of injection can therefore not be moved arbitrarily far to early, which is not absolutely necessary for optimizing fuel consumption.
Die sprunghafte Zunahme der HC-Konzentration und/oder des Gradienten dC/d°KW dieser Zunahme der Konzentration wird daher zur Formulierung eines zusätzlichen Kriteriums für die Verschiebung des Einspritzbeginns nach früh verwendet. Gemäß diesem Zusatzkriterium kann der Einspritzbeginn SOI nur soweit nach früh verschoben bis die Konzentration CHC an unverbrannten Kohlenwasserstoffen einen vorgebbaren Wert für die Konzentration Cthreshold,HC erreicht bzw. überschreitet und/oder der Gradient dC/d°KW der Zunahme der Konzentration CHC einen vorgebbaren Wert dC/d°KWthreshold erreicht bzw. überschreitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Verschiebung des Einspritzbeginns nach früh nicht zu unzulässig hohen HC-Emissionen führt.The erratic increase in the HC concentration and / or the gradient dC / d ° CA of this increase in concentration is therefore used to formulate an additional criterion for the early start of injection delay. According to this additional criterion, the start of injection SOI can only be postponed until the concentration C HC of unburned hydrocarbons reaches or exceeds a predefinable value for the concentration C threshold, HC and / or the gradient dC / d ° KW increases the concentration C HC reaches or exceeds a predefinable value dC / d ° KW threshold . In this way it is ensured that the shift of the beginning of injection does not lead to unacceptably high HC emissions.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Einlaßventilintake valve
- 22
- Ventiltellervalve disc
- 33
- Ventilsitzvalve seat
- 44
- Einlaßströmunginlet flow
- 55
- Zylindercylinder
- 66
- Brennraumcombustion chamber
- ASAS
- Auslaßventil schließtExhaust valve closes
- CHC HC
- Konzentration an unverbrannten KohlenwasserstoffenConcentration of unburned hydrocarbons
- Csoot C soot
- Rußkonzentrationsoot concentration
- Cthreshold,HC C threshold, HC
- Schwellenwert, vorgebbarer Grenzwert für CHC Threshold, specifiable limit for C HC
- Cthreshold,soot C threshold, soot
- Schwellenwert, vorgebbarer Grenzwert für Csoot Threshold, specifiable limit for C soot
- dC/d°KWdC / d ° KW
- Gradient der Zunahme der Konzentration CHC Gradient of increase in concentration C HC
- dC/d°KWthreshold dC / d ° KW threshold
- Schwellenwert, vorgebbarer Grenzwert für dC/d°KWThreshold, specifiable limit for dC / d ° KW
- EÖEÖ
- Einlaßventil öffnetInlet valve opens
- HCHC
- unverbrannte Kohlenwasserstoffeunburned hydrocarbons
- °KW° CA
- Grad KurbelwinkelDegree crank angle
- LWOTLWOT
- oberer Totpunkt des Ladungswechselstop dead center of the charge cycle
- nn
- Drehzahlrotation speed
- ppmppm
- parts per millionparts per million
- SOISOI
- Einspritzbeginn, Start of injectionStart of injection, start of injection
Claims (8)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102010002266B3 true DE102010002266B3 (en) | 2011-04-07 |
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ID=43705901
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10134117A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-23 | Volkswagen Ag | Operating method for direct injection internal combustion engine, especially for motor vehicles, comprises injecting fuel when exhaust gas flows back into suction section |
-
2010
- 2010-02-24 DE DE102010002266A patent/DE102010002266B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10134117A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-23 | Volkswagen Ag | Operating method for direct injection internal combustion engine, especially for motor vehicles, comprises injecting fuel when exhaust gas flows back into suction section |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R020 | Patent grant now final | ||
| R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110823 |
|
| R084 | Declaration of willingness to licence | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |