DE10012024A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe (3, 7) in einen Druckspeicher (8) gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (8) über ein Einspritzventil (10) in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r) berechnet wird. Um insbesondere bei starken Druckschwankungen des Speicherdrucks (p_r) die einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, dass aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten ein geschätzter Druckwert (p_rest) berechnet und als der in dem Druckspeicher (8) herrschende Speicherdruck (p_r) zur Berechnung der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten (dp_r_syn) des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff
durch mindestens eine Pumpe in einen Druckspeicher
gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher über ein
Einspritzventil in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei
die Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von
dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck
berechnet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine
Brennkraftmaschine, insbesondere eine direkteinspritzende
Brennkraftmaschine, mit
- - einem Druckspeicher,
- - mindestens einer Pumpe zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher,
- - einem Brennraum,
- - einem Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher in den Brennraum, und
- - einem Steuergerät zum Berechnen der Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch ein
Steuergerät für eine solche Brennkraftmaschine.
Ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art sind aus der DE 195 48 278 bekannt. Dort wird
ein Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes in einen
Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems (CR-
System) beschrieben. Bei solchen CR-Systemen wird die
Öffnungsdauer der Einspritzventile in Abhängigkeit von der
einzuspritzenden Kraftstoffmenge und von dem in dem
Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet. Der in
dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck muss in die
Berechnung der Öffnungsdauer mit einfließen, da der
Durchfluss durch die Einspritzventile abhängig ist von dem
Speicherdruck. Der Speicherdruck wird drehzahlsynchron
erfasst. Die Druckregelung erfolgt in einem festen
Zeitraster. Zur Druckregelung wird der drehzahlsynchron
erfasste Speicherdruck zeitsynchron abgetastet.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine ist es nachteilig, dass
die Öffnungsdauer der Einspritzventile nicht in
Abhängigkeit von einem zum Zeitpunkt der Einspritzung in
dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck, sondern in
Abhängigkeit von vor der Einspritzung gemessenen
Druckwerten berechnet wird. Im Stationärbetrieb, wo es über
der Zeit nur zu geringen Änderungen des Speicherdrucks
kommt, ist das Alter der gemessenen Druckwerte ohne große
Auswirkung auf die berechnete Öffnungsdauer der
Einspritzventile. Bei einem dynamischen Druckverlauf des
Speicherdrucks können sich jedoch relativ große
Unterschiede zwischen den für die Berechnung der
Öffnungsdauer herangezogenen, vor der Einspritzung
gemessenen Druckwerten und dem während der Einspritzung in
dem Druckspeicher tatsächlich herrschenden Druckwert
ergeben. Bei einem dynamischen Druckanstieg ist der
Speicherdruck während der Einspritzung höher als der zuvor
gemessene Druckwert. Das führt dazu, dass der Durchfluss
durch die Einspritzventile und letztendlich auch die in die
Brennräume eingespritzte Kraftstoffmasse tatsächlich größer
als berechnet ist; die Brennkraftmaschine läuft also im
Übergang zu fett. Dementsprechend läuft die
Brennkraftmaschine bei einem dynamischen Druckabfall im
Übergang zu mager.
Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 57 971
ist es bekannt, die Öffnungsdauern der Einspritzventile
nicht anhand von vor der Einspritzung gemessenen
Druckwerten zu berechnen, sondern ausgehend von mindestens
zwei gemessenen Druckwerten einen zukünftigen Druckwert,
genauer gesagt einen abgeschätzten Druckwert für den
Zeitpunkt des Einspritzbeginns, zu ermitteln und diesen
geschätzten Druckwert dann der Berechnung der Öffnungsdauer
der Einspritzventile zu Grunde zu legen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einer Brennkraftmaschine Fehler der in die Brennräume
eingespritzten Kraftstoffmasse zu reduzieren, um dadurch
das Emissionsverhalten, die Geräuschentwicklung und den
Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend
von dem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art vor, dass aus mindestens zwei
gemessenen Druckwerten ein geschätzter Druckwert berechnet
und als der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck
zur Berechnung der Öffnungsdauer des Einspritzventils
herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten des
Speicherdrucksverlaufs einen vorgegebbaren Schwellenwert
übersteigt.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, im stationären
Betrieb der Brennkraftmaschine und in einem dynamischen
Betrieb mit einem sich über der Zeit nur langsam ändernden
Speicherdruck die Öffnungsdauern der Einspritzventile in an
sich bekannter Weise anhand von gemessenen
Speicherdruckwerten zu berechnen.
Bei einem sich schneller ändernden Speicherdruck, d. h.
wenn der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs
einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigt, wird bei der
Berechnung der Öffnungsdauern der Einspritzventile
erfindungsgemäß nicht ein relativ alter, vor der
Einspritzung gemessener Druckwert, sondern ein aktueller,
abgeschätzter Druckwert für die Zeitdauer während der
Einspritzung herangezogen. Der geschätzte Druckwert wird
anhand von mindestens zwei gemessenen Druckwerten
berechnet. Mit der vorliegenden Erfindung kann auch
dynamischen Druckänderungen des Speicherdrucks Rechnung
getragen werden. Es können dementsprechende Öffnungsdauern
der Einspritzventile berechnet und die in die Brennräume
einzuspritzende Kraftstoffmasse auch bei dynamischen
Druckänderungen besonders genau zugemessen werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Verbesserung des
Emissionsverhaltens, des Geräuschniveaus und des
Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine.
Der geschätzte Druckwert wird - wie bereits erwähnt - nur
dann zur Berechnung der Öffnungsdauern der Einspritzventile
herangezogen, falls der Gradient des Speicherdruckverlaufs
einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, d. h. falls
der Speicherdruckverlauf eine gewisse Dynamik übersteigen.
Der Gradient gibt die Richtung der stärksten Druckänderung
des Speicherdruckverlaufs wieder. Der Betrag des Gradienten
gibt den Betrag der maximalen Druckänderung wieder.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass durch den geschätzten
Druckwert ein mittlerer Speicherdruck zwischen dem Beginn
und dem Ende der Einspritzung charakterisiert wird. Der
mittlere Speicherdruck kann ein Wert zwischen dem
Speicherdruck zu Beginn und dem Speicherdruck am Ende der
Einspritzung sein. Vorzugsweise ist es derjenige
Speicherdruck, der genau mittig zwischen dem Speicherdruck
zu Beginn und dem Speicherdruck am Ende der Einspritzung
liegt. Alternativ ist der mittlere Speicherdruck derjenige
Speicherdruck, der zu einem Zeitpunkt genau mittig zwischen
dem Einspritzbeginn und dem Einspritzende in dem
Druckspeicher herrscht. Dadurch können Fehler der in die
Brennräume eingespritzten Kraftstoffmasse besonders gut
reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Ausgleichsfunktion
durch gemessenen Druckwerte gelegt und der geschätzte
Druckwert anhand der Ausgleichsfunktion berechnet wird.
Vorteilhafterweise wird ein Ausgleichspolynom erster
Ordnung durch die gemessenen Druckwerte gelegt. Wenn man in
die Ausgleichsfunktion bzw. in das Ausgleichspolynom den
voraussichtlichen Einspritzbeginn bzw. einen zwischen
Einspritzbeginn und Einspritzende liegenden Zeitpunkt
einsetzt, erhält man einen relativ genauen geschätzten
Druckwert für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns bzw. für
einen Zeitpunkt zwischen dem Einspritzbeginn und dem
Einspritzende. Ein Ausgleichspolynom erster Ordnung kann
ohne großen Rechenzeitaufwand und mit einem geringen
Speicherplatzbedarf durch zwei gemessene Druckwerte gelegt
werden und liefert einen geschätzten Druckwert mit einer
ausreichenden Genauigkeit.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
gemessenen Druckwerte über mehrere Einspritzzyklen erfasst
werden. Auf diese Weise können kurzfristige
Druckschwankungen in dem Druckspeicher ausgemittelt werden,
wodurch ein besonders runder Lauf der Brennkraftmaschine
ermöglicht wird.
Bei einem dynamischen Druckanstieg in dem Druckspeicher
sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten
Öffnungsdauern der Einspritzventile kleiner als aufgrund
von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten berechnete
Öffnungsdauern. Ebenso sind bei einem dynamischen
Druckabfall die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
berechneten Öffnungsdauern größer als aufgrund von vor der
Einspritzung gemessenen Druckwerten berechneten
Öffnungsdauern. Um insbesondere bei sehr starken
Druckschwankungen in dem Druckspeicher die Differenz der
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten
Öffnungsdauern einerseits und der auf Grundlage von vor der
Einspritzung gemessenen Druckwerten berechneten
Öffnungsdauern andererseits nicht zu groß werden zu lassen,
wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung desweiteren vorgeschlagen, dass der
geschätzte Druckwert mit einem Reduktionsfaktor, der < 1
ist, multipliziert wird, bevor er als der in dem
Druckspeicher herrschende Speicherdruck zur Berechnung der
Öffnungsdauer des Einspritzventils herangezogen wird.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Steuerelements,
das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einer direkt einspritzenden
Brennkraftmaschine, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem
Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem
Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, des
Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall
wird also die Erfindung durch eines auf dem Steuerelement
abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem
Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die
Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung
das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann
insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung
kommen, bspw. ein Read-Only-Memory (ROM) oder ein Flash-
Memory.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wird ausgehend von der Brennkraftmaschine der
eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät
aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen
geschätzten Druckwert berechnet und den geschätzten
Druckwert als den in dem Druckspeicher herrschenden
Speicherdruck heranzieht, falls der Betrag des Gradienten
des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebbaren Schwellenwert
übersteigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Druckspeicher als
ein Hochdruckspeicher eines Common-Rail (CR)-
Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil als ein
Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist. Insbesondere bei
Brennkraftmaschinen mit einem CR-Einspritzsystem ist es
vorteilhaft, die Öffnungsdauern der
Hochdruckeinspritzventile bei dynamischen Druckschwankungen
des Speicherdrucks anhand von geschätzten Druckwerten zu
berechnen, die den Speicherdruck während der Einspritzung
charakterisieren.
Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ausgehend von dem Steuergerät
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das
Steuergerät aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten
einen geschätzten Druckwert berechnet und den geschätzten
Druckwert als den in dem Druckspeicher herrschenden
Speicherdruck heranzieht, falls der Betrag des Gradienten
des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebbaren Schwellenwert
übersteigt.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den
Zeichnungen dargestellt ist. Dabei bilden alle
beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den
Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig
von Ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung
bzw. in den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftstoffversorgungssystem einer
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform und
Fig. 3 einen dynamischen Druckverlauf des
Speicherdrucks in einem Druckspeicher einer
Brennkraftmaschine.
In Fig. 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem einer
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit
Hochdruckeinspritzung in seiner Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Kraftstoffversorgungssystem
1 wird üblicherweise als Common-Rail (CR)-
Kraftstoffeinspritzsystem bezeichnet.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter
bezeichnet, der mit einer Vorförderpumpe 3 in Verbindung
steht. Von der Vorförderpumpe 3 gelangt der Kraftstoff über
eine Leitung 4 zu einem Zumessventil 5. Die Leitung 4 steht
über ein Niederdruckbegrenzungsventil 6 mit dem
Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung. Das Zumessventil
5 steht über eine Hochdruckpumpe 7 mit einem
Hochdruckspeicher 8 in Verbindung. Der Hochdruckspeicher 8
ist als eine Hochdruckspeicherleitung (Rail) ausgebildet.
Der Hochdruckspeicher 8 steht über Kraftstoffleitungen 9
mit Hochdruckeinspritzventilen 10 (sog. Injektoren) in
Verbindung. Der Hochdruckspeicher 8 steht über ein
Druckbegrenzungsventil 11 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter
2 in Verbindung. Das Zumessventil 5 ist mittels einer Spule
12 ansteuerbar.
Der Bereich des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zwischen dem
Ausgang der Hochdruckpumpe 7 und dem Eingang des
Druckbegrenzungsventils 11 wird als Hochdruckbereich
bezeichnet. Der Druck in dem Hochdruckbereich wird mittels
eines Sensors 13 erfasst. Der Bereich des
Kraftstoffeinspritzsystems 1 zwischen dem
Kraftstoffvorratsbehälter 2 und der Hochdruckpumpe 7 wird
als Niederdruckbereich bezeichnet.
Mit 14 ist ein Steuergerät der Brennkraftmaschine
bezeichnet, das auch das Kraftstoffversorgungssystem 1
steuert. Das Steuergerät 14 beaufschlagt die
Hochdruckeinspritzventile 10 mit Ansteuersignalen A und
steuert die Spule 12 des Zumessventils 5 an. Hierzu wird
das Ausgangssignal P_r des Drucksensors 13 und verschiedene
Ausgangssignale n von weiteren Sensoren 15, wie bspw. eines
Drehzahlsensors, ausgewertet.
Die Steuerung 14 umfasst einen Filter 16, dem das
Ausgangssignal P_r des Drucksensors 13 zugeleitet wird. Das
Filter 16 beaufschlagt eine Mengenberechnungseinrichtung 17
und einen Summationspunkt 18 mit dem gefilterten Druckwert
P_r des Drucksensors 13. An einem zweiten Eingang des
Summationspunktes 18 liegt das Ausgangssignal P_soll einer
Sollwertvorgabeeinrichtung 19 an. Diese verarbeitet die
Ausgangssignale n der weiteren Sensoren 15 sowie das
Ausgangssignal Q_n der Mengenberechnungseinrichtung 17.
Die Mengenberechnungseinrichtung 17 beaufschlagt die
Hochdruckeinspritzventile 10 mit Ansteuersignalen A und die
Sollwertvorgabeeinrichtung 19 mit dem Signal Q_n, das der
in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzenden
Kraftstoffmenge entspricht. Mit dem Ausgangssignal des
Summationspunktes 18 wird ein Druckregler 20 beaufschlagt,
der wiederum die Spule 12 des Zumessventils 5 ansteuert.
Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Zunächst wird Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter
2 von der Vorförderpumpe 3 gefördert. Sobald der Druck in
dem Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte ansteigt,
öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 6 und gibt die
Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 3 und
dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 frei.
Die Hochdruckförderpumpe 7 fördert den Kraftstoff aus dem
Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die
Hochdruckpumpe 7 baut in dem Hochdruckspeicher 8 einen
hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei einem
Kraftstoffversorgungssystem für eine fremdgezündete
Brennkraftmaschine Druckwerte von etwa 30 bis 200 bar und
bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine Druckwerte von
etwa 1000 bis 2000 bar in dem Hochdruckspeicher 8 erzielt.
Über die Hochdruckeinspritzventile 10 kann der Kraftstoff
unter hohem Druck den einzelnen Brennräumen in den
Zylindern der Brennkraftmaschine zugemessen werden.
Durch das Zumessventil 5 kann der Druck in dem
Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der
Spule 12 anliegenden Spannung bzw. von dem durch die Spule
12 fließenden Strom stellt das Zumessventil 5
unterschiedliche Fördermengen der Hochdruckpumpe 7 zur
Verfügung.
Zur Regelung des Speicherdrucks p_r in dem Hochdruckbereich
können auch weitere Stellglieder eingesetzt werden. Dies
sind alternativ zu dem Zumessventil 5 eine in der
Fördermenge verstellbare elektrische Vorförderpumpe oder
ein Druckbegrenzungsventil, das ebenfalls mittels einer
Spule ansteuerbar ist.
Die Ansteuersignale A für die Hochdruckeinspritzventile 10
sind abhängig von dem Speicherdruck p_r und von der
einzuspritzenden Kraftstoffmenge Q_n. Die einzuspritzende
Kraftstoffmasse wird über die Öffnungsdauer t_i der
Hochdruckeinspritzventile 10 eingestellt. Da der Durchfluss
durch die geöffneten Einspritzventile 10 von dem
Speicherdruck p_r in dem Hochdruckspeicher 8 abhängt, muss
dieser in die Berechnung der Öffnungsdauer t_i mit
einfließen. Die Berechnung der Ansteuersignale A erfolgt
drehzahlabhängig mit variablem Zeitabstand. Der zeitliche
Abstand zwischen den einzelnen Berechnungen hängt von der
Drehzahl n der Brennkraftmaschine ab. Die Berechnung des
Ansteuersignals für das Zumessventil 5 in dem Druckregler
20 erfolgt in einem festen Zeittakt. Dieser Zeittakt ist so
gewählt, dass der Druckregler 20 umgehend auf sich ändernde
Sollwerte p_soll reagieren kann und sich der neue Sollwert
p_soll möglichst rasch einstellt.
Nach dem Stand der Technik wird die Öffnungsdauer der
Hochdruckeinspritzventile, d. h. das Ansteuersignal A,
unmittelbar aus gemessenen Druckwerten p_r berechnet. Da
die Einspritzung theoretisch schon zu relativ frühen
Zeitpunkten (bspw. bei 340° vor dem oberen Totpunkt (OT)
der Zündphase) erfolgen kann, muss die für eine
Einspritzung berechnete Öffnungsdauer der
Hochdruckeinspritzventile 10 bereits vor diesem frühen
Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Das hat jedoch zur Folge,
dass bei einer relativ späten Einspritzung (bspw. bei 240°
vor Zünd-OT) die berechnete Öffnungsdauer t_i für die
Hochdruckeinspritzventile 10 auf der Grundlage relativ
alter gemessener Druckwerte p_r erfolgte.
Die Berechnung der Öffnungsdauer t_i der
Hochdruckeinspritzventile 10 in Abhängigkeit von relativ
alten, früher gemessenen Druckwerten p_r hat im
Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine kaum Auswirkungen.
Der Druck in dem Hochdruckspeicher 8 kann jedoch sehr stark
schwanken. Die Druckschwankungen werden von der
Einspritzung einerseits und von dem Druckaufbau in dem
Hochdruckbereich andererseits verursacht. Bei solchen
dynamischen Druckschwankungen weicht der für die Berechnung
der Öffnungsdauer t_i herangezogene gemessene Druckwert zum
Teil stark von dem in dem Hochdruckspeicher 8 zum Zeitpunkt
der Einspritzung tatsächlich herrschenden Speicherdruck ab.
Um die über die Hochdruckeinspritzventile 10 in die
Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzende
Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird
gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die
Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 auf
Grundlage eines geschätzten Druckwertes des zum Zeitpunkt
der Einspritzung in dem Hochdruckspeicher 8 herrschenden
Speicherdrucks zu berechnen. Ein Ablaufdiagramm des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt.
Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 30. In einem
nachfolgenden Funktionsblock 31 wird der derzeitige in dem
Hochdruckspeicher 8 herrschende Speicherdruck p_r_ist
gemessen und in einem Speicher 32 abgelegt. In einem
Funktionsblock 33 wird aus dem Speicher 32 ein früher
gemessener alter Druckwert p_r_ist_alt entnommen. Dann wird
in einem Funktionsblock 34 der Gradient des
Speicherdruckverlaufs dp_r_syn gebildet, in dem von dem
aktuellen Speicherdruckwert p_r_ist der alte
Speicherdruckwert p_r_ist_alt subtrahiert wird.
Anschließend wird in einem Abfrageblock 35 überprüft, ob
der Betrag des Gradienten dp_r_syn einen vorgegebenen
Schwellenwert übersteigt. Der Betrag des Gradienten des
Speicherdruckverlaufs übersteigt die vorgegebene Schwelle,
wenn sich der Speicherdruck p_r in dem Hochdruckspeicher 8
relativ schnell ändert. In diesem Fall wird ein geschätzter
Druckwert p_r_est in einem Funktionsblock 36 berechnet. In
einem Funktionsblock 37 wird dann die Öffnungsdauer t_i der
Hochdruckeinspritzventile 10 in Abhängigkeit von dem
geschätzten Druckwert p_r_est berechnet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch zwei
gemessene Druckwerte p_r ein Ausgleichspolynom erster
Ordnung gelegt und der geschätzte Druckwert p_r_est anhand
der Ausgleichsgeraden berechnet. Der geschätzte Druckwert
p_r_est kann einen Speicherdruck p_r zu Beginn der
Einspritzung charakterisieren, wie dies ausführlich in der
DE 198 57 971 beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich
Bezug genommen wird. In diesem Fall wird der geschätzte
Druckwert p_r_est anhand der nachfolgenden Gleichung
berechnet (vgl. Fig. 3):
wobei für eine 4-Takt-Brennkraftmaschine gilt:
und w_esb_x der Winkel bei Einspritzbeginn ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel charakterisiert der
geschätzte Druckwert p_r_est einen Speicherdruck p_r in der
Mitte der Einspritzung, d. h. zwischen dem Beginn und dem
Ende der Einspritzung, bei einem Winkel w_esm_x. In diesem
Fall wird der geschätzte Druckwert p_r_est anhand der
nachfolgenden Gleichungen berechnet:
wobei w_esm_x der Winkel in der Mitte der Einspritzung ist
und
w_esm_x = w_esb_x + Winkel{0,5 . t_i}
wobei für eine 4-Takt-Brennkraftmaschine gilt:
Winkel{0,5 . t_i} = 0,006
mit der Drehzahl n der Brennkraftmaschine und der
Öffnungsdauer t_i, die der Einspritzdauer entspricht.
Falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs
unterhalb des Schwellenwertes liegt, d. h. in den Fällen, in
denen die Brennkraftmaschine im Bereich des
Stationärbetriebs betrieben wird, wird in einer an sich aus
der DE 195 48 278 bekannten Weise die Öffnungsdauer t_i der
Hochdruckeinspritzventile 10 unmittelbar aus den gemessenen
Druckwerten p_r_ist in einem Funktionsblock 38 berechnet.
Schließlich wird die berechnete Öffnungsdauer t_i der
Hochdruckeinspritzventile 10 in einem Funktionsblock 39
ausgegeben. In einem Funktionsblock 40 ist das
erfindungsgemäße Verfahren beendet.
Claims (10)
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine,
bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe (3, 7) in
einen Druckspeicher (8) gefördert und der Kraftstoff aus
dem Druckspeicher (8) über ein Einspritzventil (10) in
einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer
(t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in
dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r)
berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens
zwei gemessenen Druckwerten (p_r_ist, p_r_ist_alt) ein
geschätzter Druckwert (p_r_est) berechnet und als der in
dem Druckspeicher (8) herrschende Speicherdruck (p_r) zur
Berechnung der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils
(10) herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten
(dp_r_syn) des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen
Schwellenwert übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass durch den geschätzten Druckwert (p_r_est) ein
mittlerer Speicherdruck (p_r) zwischen dem Beginn und dem
Ende der Einspritzung charakterisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Ausgleichsfunktion durch die
gemessenen Druckwerte gelegt und der geschätzte Druckwert
(p_r_est) anhand der Ausgleichsfunktion berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ausgleichspolynom erster Ordnung durch die
gemessenen Druckwerte gelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die gemessenen Druckwerte über mehrere
Einspritzzyklen erfasst werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der geschätzte Druckwert (p_r_est) mit
einem Reduktionsfaktor, der < 1 ist, multipliziert wird,
bevor er als der in dem Druckspeicher (8) herrschende
Speicherdruck zur Berechnung der Öffnungsdauer (t_i) des
Einspritzventils (10) herangezogen wird.
7. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory (ROM)
oder Flash-Memory, für ein Steuergerät (14) einer
Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden
Brennkraftmaschine, auf dem ein Programm abgespeichert ist,
das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem
Mikroprozessor, des Steuergeräts (14) ablauffähig und zur
Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen
Ansprüche geeignet ist.
8. Brennkraftmaschine, insbesondere direkteinspritzende
Brennkraftmaschine, mit
- - einem Druckspeicher (8),
- - mindestens einer Pumpe (3, 7) zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher (8),
- - einem Brennraum,
- - einem Einspritzventil (10) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher (8) in den Brennraum und
- - einem Steuergerät (14) zum Berechnen der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r),
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (8) als ein
Hochdruckspeicher eines Common-Rail (CR)-
Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil (10) als
ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist.
10. Steuergerät (14) für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere für eine direkteinspritzende
Brennkraftmaschine, mit
- - einem Druckspeicher (8),
- - mindestens einer Pumpe (3, 7) zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher (8)
- - einem Brennraum,
- - einem Einspritzventil (10) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher (8) in den Brennraum und
- - dem Steuergerät (14) zum Berechnen der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r),
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