DE19646652C1

DE19646652C1 - Method for operating self-igniting diesel internal combustion engine

Info

Publication number: DE19646652C1
Application number: DE19646652A
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr Ing Boll
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2016-11-13

Abstract

The method uses a cylinder-specific fuel injection, a starting amount control which is dependent upon temperature and the speed of the engine, together with an air feed involving torsion formation in the cylinder. On starting in the range below idling speed, with the engine running up from the still state to idling speed, the fuel amount for the actual work stroke directly injected into the cylinder occurs in several successive injection processes which, measured for the degree of the crank angle, are somewhat equal in their angle distance for successive work strokes. The angle distance between successive injection processes of a work stroke increases. The angle distance between successive injection processes remains the same for subsequent, further work strokes. The fuel injection amount is controlled dependent upon the temperature of the combustion chamber surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for operating a diesel diesel engine according to the Preamble of claim 1.

Aus der DE 37 20 544 C2 geht ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit zylinderspezifischer Einspritzung hervor. Die pro Arbeits spiel eingespritzte Kraftstoffmenge kann demnach dem Zylinder in einer Piloteinspritzung und einer Haupteinspritzung zuge messen werden, wodurch das dieselspezifische Betriebsverhal ten der Maschine verbessert werden soll, welches durch die verzögerte Selbstzündung des Kraftstoffes bedingt ist. Die Startzeit und die Schlußzeit der Piloteinspritzung werden in bezug auf die optimale anteilige Kraftstoffmenge der Pilotin jektion in Abhängigkeit der Arbeitsbedingungen der Maschine berechnet, ebenso eine betriebspunktspezifische Zeitperiode bis zum Einsetzen der Haupteinspritzung. Die Summe der Kraft stoffmenge für die Hauptinjektion und der Kraftstoffmenge für die Pilotinjektion ist die Kraftstoffmenge, die für einen Zyklus des Zylinders benötigt wird, und der bei den Arbeits bedingungen des Motors optimale Wert der Summe wird aus einem ROM-Datenspeicher gelesen.DE 37 20 544 C2 describes a method for controlling the Fuel injection for a diesel engine with cylinder-specific injection. The per work The amount of fuel injected can therefore be the cylinder in a pilot injection and a main injection are measured, whereby the diesel-specific operating behavior ten of the machine should be improved, which by the delayed auto-ignition of the fuel is caused. The Start time and end time of the pilot injection are in in relation to the pilot’s optimal proportion of fuel injection depending on the working conditions of the machine calculated, as well as an operating point-specific time period until the main injection begins. The sum of the force amount of substance for the main injection and the amount of fuel for the pilot injection is the amount of fuel needed for one Cycle of the cylinder is needed, and that at work conditions of the engine optimal value of the sum is made from a ROM data memory read.

Selbstzündende Diesel-Brennkraftmaschinen erhalten beim Start eine Kraftstoffmenge, die weit über der Vollastmenge liegt.Self-igniting diesel engines receive at start an amount of fuel that is far above the full load amount.

Bei kalter Brennkraftmaschine entsteht dadurch ein Weißrauch stoß, der unangenehm riecht. Bei warmer Brennkraftmaschine entsteht ein Rußstoß, der eine deutliche Schwarzfärbung der Auspuffgase bedingt. Letzteres ist insbesondere bei sich häufiger wiederholenden Startvorgängen mit warmer Maschine unerwünscht, und teilweise auch unzulässig. Da bei warmer Maschine zur Sicherung des Startvorganges die Einspritzung von Kraftstoffmengen im Bereich der beim Start einer kalten Maschine erforderlichen Startkraftstoffmenge aber nicht nötig ist, ist es bekannt, für die Startphase eine Startmengensteuerung vorzusehen, die entsprechend den Motor- und Umgebungstemperaturen lediglich eine für Start- und Hochlauf des Motors erforderliche Einspritzmenge freigibt, wobei nach Überschreiten einer definierten Drehzahl ein Leerlaufregler die Motorregelung übernimmt und die Motordrehzahl auf einen Wert stabilisiert, der in Ab hängigkeit von der Kühlmitteltemperatur des Motors vorgegeben ist. (MTZ Motortechnische Zeitschrift 49 (1988) S 38)This produces white smoke in a cold internal combustion engine bump that smells unpleasant. With a warm internal combustion engine creates a soot impact, which is a clear blackening of the Exhaust gases conditional. The latter is particularly so more frequent repetitive starts with a warm machine undesirable, and sometimes inadmissible. Since at warmer Injection machine to secure the starting process of fuel amounts in the range of when starting a cold Machine does not need the required amount of starting fuel is, it is known for the starting phase one Start quantity control to be provided, which according to the engine and ambient temperatures only one for start and Start-up of the engine releases the required injection quantity, where after exceeding a defined speed Idle controller takes over the engine control and the Engine speed stabilized to a value that in Ab dependency on the coolant temperature of the engine is. (MTZ Motortechnische Zeitschrift 49 (1988) S 38)

Durch die vorgeschilderte Motorregelung wird zwar eine Kraft stoffmengenanpassung vorgenommen, eine besondere Berücksichtigung der in der Startphase teilweise sehr geringen Drehzahlen und der dadurch bedingten Veränderungen in der zylinderinternen Gemischbildung und des dadurch bedingten Verbrennungsablaufes erfolgt aber nicht. Eine gewisse Rußbildung ist deshalb in der Startphase noch vorhanden.Due to the engine control described above, there is a force made a special adjustment Consideration of the very early in the start phase low speeds and the resulting changes in the in-cylinder mixture formation and thereby conditional combustion process does not take place. A certain soot formation is therefore still in the starting phase available.

Durch die Erfindung soll eine solche Rußbildung in der Start phase weiter herabgesetzt bzw. völlig vermieden werden.The invention is intended to start such soot formation phase further reduced or completely avoided.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is due to the characteristic features of claim 1 achieved.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß beim Starten die Luft im Zylinder zunächst ruht und über der Anlaufphase, vor allem während der ersten Arbeitstakte, entsprechend den niedrigen Drehzahlen, sehr viel weniger bewegt ist als im normalen Ar beitsbetrieb bei normalen Arbeitsdrehzahlen. Das Einspritzen eines Kraftstoffstrahles in nahezu ruhende Luft - wenn über einen Zeitabstand eingespritzt wird, innerhalb dessen bereits eine Zündung stattgefunden hat, und deshalb der nachfolgende Kraftstoff in die sich entzündende Flamme hineingespritzt wird - begünstigt aber die Rußbildung, weil in der sauerstoffverarmten Umgebung keine vollständige Verbrennung mehr stattfinden kann.The invention assumes that the air when starting initially rests in the cylinder and above the start-up phase, especially during the first work cycles, corresponding to the low ones Speeds, is much less agitated than in normal Ar operating at normal working speeds. The injection of a fuel jet in almost still air - if over a time interval is injected within which already an ignition has taken place, and therefore the subsequent one Fuel injected into the igniting flame is - but favors soot formation, because in the oxygen depleted environment no complete combustion more can take place.

Hier setzt die Erfindung an, gemäß der die für den jeweiligen Arbeitstakt direkt in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff menge in mehrere aufeinanderfolgende Spritzvorgänge aufge gliedert ist, so daß - als Folge der Luftbewegung - quasi für jeden der aufeinander folgenden Teilstrahlen eine gewisse, eigenständige Luftmenge zur Verfügung steht und die aus der Einspritzung eines ersten Teilstrahles resultierende Flammfront durch eine Luftbarriere gegenüber dem nachfolgenden Bereich abgegrenzt ist, in den der nachfolgende Teilstrahl eingespritzt wird. Für die aufeinanderfolgenden Arbeitstakte sind die Abstände zwischen den einzelnen Spritzvorgängen, gemessen über Grad Kurbelwinkel, in ihrem Winkelabstand dabei etwa gleich, und folgen damit bei steigender Drehzahl in zeitlich kürzeren Abständen aufeinander, so daß der über der Zeit beim Anlaufen des Motors wachsenden Luftbewegung Rechnung getragen wird und für die einzelnen Arbeitstakte die Verbrennungsverhältnisse somit vergleichbar bleiben.This is where the invention comes in, according to which for each Power stroke fuel injected directly into the cylinder quantity in several successive spraying processes is structured so that - as a result of the air movement - for each of the successive partial beams a certain, independent air volume is available and which from the Injection of a first partial jet resulting Flame front through an air barrier opposite the the following area is delimited into the following area Partial jet is injected. For the successive Work cycles are the distances between the individual Injection processes, measured by crank angle degrees, in their Angular distance is approximately the same, and thus follow increasing speed at shorter intervals on top of each other, so that over time when the Engine's growing air movement is taken into account and for the individual work cycles the combustion conditions remain comparable.

Als zweckmäßig erweist es sich, den Winkelabstand für aufeinanderfolgende Spritzvorgänge innerhalb eines jeweiligen Arbeitstaktes mit zunehmender Entflammung zu verlängern, damit trotz der Verdrängerwirkung der Flammfront noch ausreichend Frischluft mitgerissen wird.It proves expedient for the angular distance successive spraying processes within a respective To prolong the work cycle with increasing ignition, thus despite the displacement of the flame front sufficient fresh air is entrained.

Eine Veränderung der zwischen den aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen eines Arbeitstaktes liegenden Zeitabstände (Austaktzeiten) von Arbeitstakt zu Arbeitstakt ist im Regelfall nicht erforderlich. In Anpassung an die mit zunehmender Motordrehzahl sich verstärkende Luftbewegung, insbesondere den sich verstärkenden Luftdrall kann es aber zweckmäßig sein, diese Zeitabstände zu verringern, wobei entsprechend den kleinen Winkelbereichen, über die die jeweiligen Spritzvorgänge sich erstrecken, die diesbezüglichen Anpassungen in verhältnismäßig engen Grenzen liegen. A change in between the successive Spraying intervals of one work cycle (Cycle times) from work cycle to work cycle is in Normally not necessary. In line with the increasing engine speed, increasing air movement, in particular, the increasing air swirl can be expedient to reduce these time intervals, whereby corresponding to the small angular ranges over which the respective spraying processes that extend related adjustments within relatively narrow limits lie.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es bei einer kalten Brennkraftmaschine entsprechend dem großen Zündverzug für die ersten Spritzvorgänge zweckmäßig sein, deren Einspritzzeitpunkte nach früh zu verlegen und/oder die Austaktzeiten zwischen den Spritzvorgängen eines Arbeitstaktes gezielt zu vergrößern.In a further embodiment of the invention, one cold internal combustion engine corresponding to the large ignition delay be useful for the first spraying, whose To postpone injection times early and / or Cycle times between the spraying processes To increase the work cycle in a targeted manner.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobeiThe invention is illustrated by an embodiment explained where

Fig. 1 aufgetragen über der Zeit (t,) den zunehmenden Winkelversatz (Φ) der Einspritzzeitpunkte gegenüber der oberen Totpunktstellung (OT) - gemessen in Grad Kurbelwinkel (°KW) für in der Einspritz folge aufeinanderfolgende Zylinder und bezogen auf eine vierzylindrige Brennkraftmaschine - für die entsprechenden Arbeitstakte in der Startphase zeigt, beginnend mit dem 1. Arbeitstakt eines vollen, vier Arbeitstakte umfassenden Arbeitsspieles, Fig. 1 plotted over time (t,) the increasing angular misalignment (Φ) of the injection times compared to the top dead center position (OT) - measured in degrees crank angle (° KW) for successive cylinders in the injection sequence and based on a four-cylinder internal combustion engine - for shows the corresponding work cycles in the start phase, starting with the 1st work cycle of a full work cycle comprising four work cycles,

Fig. 2 den zeitlichen Versatz der einzelnen Spritzvorgänge innerhalb eines Arbeitstaktes veranschaulicht, durch Auftrag der Einspritzmenge (m) pro Spritzvorgang über Grad Kurbelwinkel (°KW), und Fig. 2 illustrates the time offset of the individual spraying processes within a work cycle, by applying the injection quantity (m) per spraying operation via degrees crank angle (° KW), and

Fig. 3 verdeutlicht, daß die Zeit pro Grad Kurbelwinkel (t/°KW) mit zunehmender Drehzahl abnimmt, also der zeitliche Abstand zwischen einzelnen Spritzvorgängen trotz gleichbleibender Winkelabstände mit zunehmender Drehzahl kleiner wird. Fig. 3 shows that the time per degree crank angle (t / ° KW) decreases with increasing speed, that is, the time interval between individual spraying processes decreases with increasing speed despite constant angular distances.

Fig. 1 geht davon aus, daß die momentane Drehzahl der Brenn kraftmaschine in der Startphase für aufeinanderfolgende Arbeitstakte höher wird, die Brennkraftmaschine bezogen auf den Zeitpunkt der jeweiligen Arbeitstakte mit steigender Taktfolge also eine höhere Winkelgeschwindigkeit aufweist. Dem wird für die Kraftstoffeinspritzung bezogen auf die einzelnen Arbeitstakte in der Startphase dadurch Rechnung ge tragen, daß, gemessen in Grad Kurbelwinkel, für aufeinander folgende Arbeitstakte die Winkelabstände etwa gleich bleiben, mit der Folge, daß die Zeitabstände zwischen den aufeinander folgenden Arbeitstakten entsprechend der größeren Winkelgeschwindigkeit kleiner werden. Dies entspricht der mit der Drehzahl wachsenden Luftbewegung. Mit zunehmendem Luftdrall können ferner - unter Vermeidung von Rußbildung - die einzelnen Spritzvorgänge innerhalb eines Arbeitstaktes schneller aufeinanderfolgen, ohne daß der jeweils nächstfolgende Spritzvorgang zu einer Einspritzung in die Flammfront führt, die aus der Zündung der Einspritzmenge des vorausgehenden Spritzvorganges resultiert. Fig. 1 assumes that the instantaneous speed of the internal combustion engine is higher in the starting phase for successive work cycles, so the internal combustion engine has a higher angular velocity based on the time of the respective work cycles with increasing cycle sequence. This is taken into account for the fuel injection based on the individual work cycles in the starting phase by the fact that, measured in degrees crank angle, the angular distances remain approximately the same for successive work cycles, with the result that the time intervals between the successive work cycles corresponding to the larger one Angular velocity become smaller. This corresponds to the air movement growing with the speed. With increasing air swirl, the individual spraying processes can also follow one another more quickly within one work cycle, while avoiding soot formation, without the subsequent spraying process leading to an injection into the flame front, which results from the ignition of the injection quantity of the previous spraying process.

Bezogen auf eine vierzylindrige Brennkraftmaschine baut sich ein über 720°KW laufendes Arbeitsspiel aus je einem Arbeits takt je Zylinder, und je vier Spritzvorgängen pro Arbeitstakt auf (Fig. 2). Hiervon als Ausführungsbeispiel ausgehend sind, beginnend mit dem 1. Arbeitstakt bei der Durchführung eines Startvorganges, in Fig. 1 vier ein volles Arbeitsspiel einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine bildende Arbeitstakte 1-4 und weitere Arbeitstakte 1n, 1n+1 zeitlich später liegender Arbeitsspiele schematisch aufgetragen, innerhalb derer sich der Spritzbeginn, ausgehend etwa vom oberen Totpunkt OT für den 1. Arbeitstakt des beim Starten der Maschine ersten Arbeitsspieles, mit zunehmender Drehzahl zunächst nach spät verschiebt.Based on a four-cylinder internal combustion engine, a work cycle running over 720 ° KW is made up of one work cycle per cylinder, and four spraying processes per work cycle ( FIG. 2). Proceeding from this as an exemplary embodiment, starting with the 1st work cycle when a starting operation is carried out, in Fig. 1 four work cycles 1-4 forming a full work cycle of a four-cylinder internal combustion engine and further work cycles 1n, 1n + 1 work cycles later in time are schematically plotted within which the start of spraying, starting approximately from top dead center TDC for the first cycle of the first cycle when starting the machine, initially shifts late with increasing speed.

Innerhalb dieser Arbeitstakte erfolgt für die hier ange sprochene Startphase keine kontinuierliche Einspritzung, son dern es ist die Einspritzung je Arbeitstakt in mehrere Spritzvorgänge, vorzugsweise drei oder mehr Spritzvorgänge unterteilt. Am Beispiel der Fig. 2 ist dies für den 2. Arbeitstakt des ersten Arbeitsspieles (Arbeitstakte 1-4) schematisch veranschaulicht, wobei ersichtlich ist, daß sich der in Grad Kurbelwinkel gemessene Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen A-D eines Arbeitstaktes vergrößert.Within these work cycles, there is no continuous injection for the start phase mentioned here, but the injection is divided into several spray processes, preferably three or more spray processes, per work cycle. Using the example of FIG. 2, this is schematically illustrated for the second work cycle of the first work cycle (work cycles 1-4), it being evident that the distance, measured in degrees crank angle, between the successive spraying processes AD of a work cycle increases.

Hierbei entspricht der Abstand zwischen den mit A-D bezeich neten Spritzvorgängen in Grad Kurbelwinkel für jeweils aufeinanderfolgende Spritzvorgänge etwa folgenden, beispielhaft genannten Werten:
A-B ∼ 2° KW
B-C ∼ 3° KW
C-D ∼ 4° KW,
und diesen Winkelgrößen entsprechen Zeitabstände .t, die über der Drehzahl kleiner werden, wie Fig. 3 zeigt.Here, the distance between the spraying operations denoted by AD in degrees crank angle for successive spraying operations corresponds approximately to the following, exemplary values:
FROM ∼ 2 ° KW
BC ∼ 3 ° KW
CD ∼ 4 ° KW,
and these angular sizes correspond to time intervals .t, which become smaller over the rotational speed, as shown in FIG. 3.

Es kann zweckmäßig sein, für späteren Arbeitsspielen n, n+1 zugehörige Arbeitstakte 1n, 2n. . ., 1n+1, 2n+1. . ., innerhalb dieser Arbeitstakte die Abstände zwischen den einzelnen Spritzvorgängen mit steigender Drehzahl, entsprechend dem stärker werdenden Luftdrall zu verkürzen. Als Beispiel: Für das n. volle Arbeitsspiel und darauf folgende volle Arbeitsspiele n+1, n+2 usw. kann es zweckmäßig sein, den Abstand zwischen den entsprechenden Spritzvorgängen der jeweiligen Arbeitstakte, erläutert am Beispiel der Spritzvorgänge C und D, wie folgt zu verkürzen:
(C-D)n ∼ 4° KW
(D-D)n+1 ∼ 3,5° KW
(C-D)n+2 ∼ 3° KW. It may be expedient for subsequent work cycles n, n + 1 associated work cycles 1n, 2n. . ., 1n + 1, 2n + 1. . ., to shorten the intervals between the individual spraying processes with increasing speed within these work cycles, in accordance with the increasing air swirl. As an example: For the n. Full work cycle and subsequent full work cycles n + 1, n + 2 etc., it may be advisable to add the distance between the corresponding spraying processes of the respective work cycles, explained using the example of spraying processes C and D, as follows shorten:
(CD) n ∼ 4 ° KW
(DD) n + 1 ∼ 3.5 ° KW
(CD) n + 2 ∼ 3 ° KW.

Analog ist eine Verkürzung der in Grad Kurbelwinkel gemessenen Abstände zwischen den sonstigen Spritzvorgängen der jeweils gleichen vollen Arbeitsspiele erfindungsgemäß vorzunehmen. Diese Verkürzung der Abstände zwischen den Spritzvorgängen ist als Vorstufe zur Kontinuität der Einspritzung im Arbeitsbetrieb zu sehen, in dem die Einspritzung üblicherweise als Voreinspritzung und Haupteinspritzung je Arbeitstakt erfolgt.A shortening of the crank angle in degrees is analogous measured distances between the other spraying processes the same full work cycles according to the invention to make. This shortening of the distances between the Spraying is a preliminary step to the continuity of the Injection can be seen in the work mode, in which the Injection usually as pre-injection and Main injection takes place per work cycle.

Neben den bereits genannten Vorteilen wird durch die erfin dungsgemäße Strahlunterbrechung die Kaltstartfähigkeit deutlich verbessert, da in größerem Umfang heiße Luft in den Strahlkernbereich gelangt und die Löschwirkung eines kontinuierlichen Strahles gemildert wird. Die günstigsten Zündbedingungen liegen für den einzelnen Spritzvorgang bei lokalen Luftzahlen von 2 < Lambda < 3. Ferner wird die erforderliche mittlere Zündtemperatur gesenkt und der Zündverzug, und damit dem Kaltstartnageln entgegengewirkt.In addition to the advantages already mentioned, inventions beam interruption according to the cold start ability significantly improved because hot air in the Reaches the core area and the extinguishing effect of a continuous beam is mitigated. The cheapest Ignition conditions are included for the individual spraying process local air numbers of 2 <lambda <3. Furthermore, the required average ignition temperature is lowered and the Ignition delay, and thus counteracting cold start nailing.

Claims

1. A method for operating a self-igniting diesel internal combustion engine with cylinder-specific fuel injection, starting quantity control depending on the temperature and speed of the internal combustion engine and air supply with swirl formation in the cylinder, characterized in that when starting in the range below the idle speed when the engine is running at standstill from idle speed the respective work cycle, the amount of fuel injected directly into the cylinder is broken down into several successive spray processes which, measured by degrees of crank angle, are approximately the same in angular distance for successive work cycles.

2. The method according to claim 1, characterized, that the angular distance (cycle time) between each other following spray processes of a work cycle increases.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the angular distance between successive Spraying processes for subsequent, further work cycles remains about the same.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the angular distance between successive Spraying processes for subsequent, further work cycles with air swirl growing above the engine speed smaller becomes.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the angular distances between successive Injection processes of one work cycle in the order of magnitude between 1 ° and 5 ° crank angle.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the respective fuel injection quantity in Dependence on the temperature of the combustion chamber surface is controlled.

7. The method according to claim 6, characterized, that the amount of fuel injected increases Temperature of the combustion chamber surface is reduced.