EP-4253745-B1 - METHOD FOR OPERATING A MULTI-DIRECT INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MASS-BASED SWITCHING OF THE NUMBER OF INJECTIONS

Inventors

• HAASE, STEFAN
• Frühling, Lasse
• BEYER, MARIO
• MATSCHENZ, RENE

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20230322

Claims (10)

1. Method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in which fuel in a fuel injection device is injected directly into a combustion chamber of the internal combustion engine in a plurality (n) of time-spaced partial injections (TE n ) per duty cycle, the method comprising the following steps: determining the total injection mass (m Ges ) per duty cycle into the combustion chamber as a function of an output requirement for the internal combustion engine as a function of an air mass supplied into the combustion chamber; and producing a fuel/air mixture, taking into account a predetermined air-fuel ratio, further comprising the following steps: identifying a maximum possible number (n) of partial injections (TE n-max ) per duty cycle as a function of a critical mass threshold (m krit ) of a fuel injector assigned to the particular combustion chamber, in which the fuel mass per partial injection (TE n ) is not undercut, and of the desired determined total injection mass (m Ges ) per duty cycle to be injected, determining a mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) as a function of the identified maximum possible number (n) of partial injections (TE n-max ) and distribution of the total injection mass (m Ges ) to the determined mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ), and injecting the total injection mass (m Ges ) per duty cycle according to the determined mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) with the fuel masses (m) distributed to the partial injections (TE n ), wherein the previously identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) is switched to a lower maximum possible identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) due to a possible undercutting of the critical mass threshold (m krit ), which is defined dependent on rail pressure at a minimum possible opening time (t min ) of the fuel injector, and a distribution of the total injection mass (m Ges ) to the identified maximum possible lower number (n-1) of partial injections (TE n-max ) is determined, wherein the previously identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) is always switched to a maximum possible identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) taking into account the possible undercutting of the critical mass threshold (m krit ), which is reached dependent on rail pressure at a minimum possible opening time (t min ) of the fuel injector, and a distribution of the total injection mass (m Ges ) to the identified maximum possible number (n+1) of partial injections (TE n-max ) is determined.
2. Method according to claim 1, characterized in that in a duty cycle within the intake and compression phase, a plurality of partial injections (TE n ) are delivered on a mass basis, wherein at different injection times, a plurality of partial injections (TE n ), in particular up to ten partial injections (TE n=10 ), are distributed in particular in two injection bundles to the intake and compression phase.
3. Method according to claim 1, characterized in that an identified lower number (n) of partial injections (TE n-Soll-MB ) is switched to before the critical mass threshold (m krit ) of at least one of the partial injections (TE n ) is undercut in which the distribution of the total injection mass (m Ges ) within the determined possible number (n) of partial injections (TE n ) is possible.
4. Method according to claim 1, characterized in that an identified maximum possible number (n) of partial injections (TE n-max ) is switched to when a mass threshold (m krit +m Offset ) is reached in which the distribution of the total injection mass (m Ges ) within the determined maximum possible number (n) of partial injections (TE n-max ) is possible.
5. Method according to claims 3 and 4, characterized in that a switching back and forth in a hysteresis takes place between the critical mass threshold (m krit ) and the mass threshold (m krit +m Offset ).
6. Method according to claim 1, characterized in that the previously identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) is switched, starting from a stoichiometric operation (λ=1) of the internal combustion engine, in certain operating states such as an a) cold start (start adaptation) and/or a b) catalytic converter diagnosis (parallelization) and/or a c) catalytic converter purging and/or a d) component protection event, wherein the stoichiometric operation (λ=1) is deviated from so that a change in the total fuel mass (m Ges ) put through per duty cycle and, if required, in the identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) is achieved.
7. Method according to claim 1, characterized in that the previously identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) is switched when the air-fuel mixture has stabilized to a stoichiometric value, and the internal combustion engine is operated in the torque reserve, such as idling, catalytic converter heating, particulate filter regeneration, and coolant heating, wherein, depending on a deterioration in the efficiency of the internal combustion engine, at least one additional partial injection (TE n+1 ) is switched to, so that the identified mass-based target injection number (TE n-Soll-MB ) is increased.
8. Computer program, characterized in that it is configured to carry out the method according to any of claims 1 to 7 when executed on a computer, wherein the computer program is stored in a memory.
9. Control and/or regulation apparatus for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the fuel is injected directly into a combustion chamber of the internal combustion engine, characterized in that the apparatus is configured to control and/or regulate the method according to any of claims 1 to 7, wherein the control and regulation apparatus is provided with a computer program according to claim 8.
10. Internal combustion engine comprising at least one combustion chamber and a fuel injection device which injects the fuel directly into the combustion chamber, characterized in that the internal combustion engine is provided with a control and/or regulation apparatus according to claim 9.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff in einer Einrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in einer Mehrzahl von zeitlich voneinander beabstandeten Teileinspritzungen pro Arbeitszyklus direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Das Rohemissionsniveau, insbesondere von HC-, NMHC-Emissionen und die Rußpartikelanzahl, bei niedrigen Motortemperaturen ist sehr hoch. Dem kann mit einer besseren Gemischbildung im Brennraum entgegengewirkt werden, indem die Anzahl der möglichen Einspritzungen erhöht wird. Dies ist insbesondere für den Kaltstart und Warmlauf erforderlich, bis der Brennraum und die Abgasnachbehandlung betriebswarm sind. Als allgemeiner Stand der Technik sind beispielsweise fünf zeitlich voneinander beabstandete kurze Einspritzimpulse pro Arbeitszyklus, die direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, bekannt. In Bezug auf die Abgasnachbehandlung werden Zusatztechnologien eingesetzt, wie E-Katalysatoren im Abgassystem, Brenner im Abgassystem oder Sekundärluftsysteme im Abgassystem für ein schnelles Aufheizen des Kats. Zur Verringerung des Rohemissionsniveaus kommen Partikel-Speichersysteme, wie beispielsweise HC-Absorber und Partikelfilter zum Einsatz. Die Druckschrift DE 101 05 755 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Kraftstoff mit mindestens einer Einspritzung pro Arbeitszyklus direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Kraftstoffeinspritzung eine Mehrzahl von zeitlich voneinander beabstandeten kurzen Einspritzimpulsen umfasst. Die Druckschrift DE 10 2018 209 096 A1 beschreibt einen Kat-Heizbetrieb für einen Katalysator. Hierbei ist ein Luftverhältnis von λ ≥ 1 gewählt. Nach dem Ladungswechsel-Oberen-Totpunkt erfolgt die erste Einspritzung einer ersten Kraftstoffmenge bei vollständig geöffnetem Schließelement und anschließend eine zweite Einspritzung bei nur teilweise geöffnetem Schließelement. Die zweite Einspritzung erfolgt nach Überschreiten des Zünd-Oberen-Totpunkts mit einer zweiten Kraftstoffmenge. Anschließend erfolgt eine Zündung zum Zündzeitpunkt. Hierbei kann im Kat-Heizbetrieb auch der Vorteil einer zündungsnahen Einspritzung genutzt werden. Hierdurch können insbesondere beim Kaltstart Partikelrohemissionen als auch Stickoxidrohemissionen reduziert werden. Dabei sind auch Mehrfach-Einspritzungen möglich. So kann/können in einem Magerverbrennungsbetrieb vor und nach dem Zündzeitpunkt eine oder mehrere Zusatzeinspritzungen vorgenommen werden. Ebenso kann/können in dem Kat-Heizbetrieb vor und nach dem Zündzeitpunkt eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzungen vorgenommen werden. Die Druckschrift DE 10 2004 046 628 A1 offenbart, dass eine Kraftstoffmenge dann, wenn ein Kraftstoffdruck im Druckspeicher unterhalb eines Schwellenwertes liegt, statt in einer einzigen Einspritzung, unter Aufteilung der Kraftstoffmenge eine Vielzahl von Einspritzimpulsen vorgesehen ist. Weiteren Stand der Technik bilden die Druckschriften DE 10 2012 000 688 A1, DE 11 2014 003 993 B4, D3 US 2003/233997 A1 und DE 60 2004 003 390 T2. Ausgangspunkt der Erfindung ist die Benzin-Direkteinspritzung. Bei diesem Verfahren wird der Kraftstoff mit sehr hohem Druck über direkt am Brennraum angeordnete Einspritzventile in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Brennkraftmaschine arbeitet dabei in bekannter Weise zyklisch. Bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine umfasst ein Arbeitszyklus beispielsweise vier Arbeitstakte. Wie oben erläutert, führt eine unvollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs zu HC-, NMHC-Emissionen. Dabei ist es bekannt, dass dieses Problem verstärkt im kalten Zustand der Brennkraftmaschine auftritt, in dem die Abgasanlage noch kalt ist und besonders belastet wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass herkömmliche Verfahren zur ottomotorischen Direkteinspritzung weiterzubilden, sodass der Kraftstoffeinsatz noch weiter optimiert, das heißt verringert wird und gleichzeitig die Emissionen reduziert werden, um insbesondere die Abgasanlage zu entlasten. Die Aufgabe besteht ferner darin, eine Entlastung des Benzineintrags in das Öl der Brennkraftmaschine möglichst signifikant zu reduzieren. Die Erfindung lehrt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff in einer Einrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in einer Mehrzahl von zeitlich voneinander beabstandeten Teileinspritzungen pro Arbeitszyklus direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mit den Schritten: Bestimmen der Gesamteinspritzmasse pro Arbeitszyklus in den Brennraum in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit einer in den Brennraum zugeführten Luftmasse und Herstellen eines Kraftstoff/Luft-Gemischs unter Berücksichtigung e