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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung sind beispielsweise aus der
DE 196 36 507 A1 bekannt. Dort wird der Einspritzvorgang in eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung sowie eine Nacheinspritzung aufgeteilt. Die Voreinspritzung dient zur Geräuschreduzierung und die Nacheinspritzung zur Abgasverbesserung. Im Rahmen der Vor- und der Nacheinspritzung werden nur kleine Anteile der Gesamteinspritzmenge zugemessen.
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Um eine gute Wirkung der Nacheinspritzung auf die Abgasemissionen erzielen zu können, sollte die Nacheinspritzung in bestimmten Zeitabschnitten erfolgen, denen jeweils eine Winkelstellung der Kurbelwelle zugeordnet werden kann. Dabei kann der Fall eintreten, daß die Nacheinspritzung in einem Zeitabschnitt erfolgt, der mit dem Zeitabschnitt der Voreinspritzung der nachfolgenden Einspritzung in den folgenden Zylinder zusammenfällt.
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Aus der
DE 198 36 053 A1 ist ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung beschrieben. Auch hier wird der Einspritzvorgang in eine Vor-, eine Haupteinspritzung sowie eine Nacheinspritzung aufgeteilt. Dabei ist vorgesehen, dass in Betriebszuständen, in denen eine Nacheinspritzung erfolgt, die Voreinspritzung des nachfolgenden Einspritzvorgangs ausgesetzt wird.
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Um eine solche überlappende Einspritzung gewährleisten zu können, sind beim Stand der Technik zwei Endstufen vorgesehen, wobei jeweils in der Zündreihenfolge aufeinanderfolgende Zylinder unterschiedlichen Endstufen zugeordnet sind.
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Vorteile der Erfindung
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Dadurch, dass bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, bei dem ein Einspritzvorgang in eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung sowie eine Nacheinspritzung aufteilbar ist, die Nacheinspritzung bei vorliegen bestimmter Bedingungen ausgesetzt wird, kann eine der Endstufen eingespart werden, bzw. es können mit der selben Endstufe mehr Teileinspritzungen realisiert werden. Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn noch weitere Teileinspritzungen vorgesehen sind. Dabei ergibt sich eine einfache und sichere Möglichkeit zur Erkennung von überlappenden Teileinspritzungen dadurch, daß der Abstand der Nacheinspritzung und einer weiteren Teileinspritzung dahingehend überprüft wird, ob er kleiner als ein Schwellenwert ist.
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Dadurch, dass die Kraftstoffmenge, die bei der ausgesetzten Nacheinspritzung zugemessen werden sollte, auf nachfolgende weitere Nacheinspritzungen verteilt wird, können negative Auswirkungen auf das Gesamtsystem vermieden werden. Insbesondere treten auch bei einer ausgeblendeten Nacheinspritzung keine erhöhten Abgasemissionen auf.
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Bei Brennkraftmaschinen mit bestimmten Zylinderzahlen ist es vorteilhaft die Nacheinspritzung bei einem und/oder mehreren Zylindern auszublenden, bei denen die Abstände zwischen den Teileinspritzungen auf Grund der Zündfolge sehr klein sind. Dies wird sehr einfach dadurch realisiert, dass bei jedem n-ten Einspritzvorgang die Nacheinspritzung ausgesetzt wird.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen die 1 eine schematische Darstellung des Kraftstoffzumeßsystems 2 verschiedene Signale über der Zeit aufgetragen und 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines Magnetventils gesteuert wird. Die in 1 dargestellte Ausführungsform betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme beschränkt. Sie kann bei allen Systemen eingesetzt werden, bei denen eine entsprechende Kraftstoffzumessung möglich ist. Insbesondere kann bei Systemen, bei denen die Kraftstoffmenge mit kapazitiven Stellern, die auch als Piezo-Steller bezeichnet werden, steuerbar ist, entsprechend vorgegangen werden.
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Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine Ansaugleitung 105 Frischluft zugeführt bekommt und über eine Abgasleitung 110 Abgase abgibt. In der Abgasleitung 110 ist ein Reduktionskatalysator 115 angeordnet.
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Bei der dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit fünf Zylindern. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist jedoch nicht auf diese Zylinderzahl beschränkt. Sie kann bei allen Zylinderzahlen eingesetzt werden. Die Vorgehensweise ist aber besonders vorteilhaft bei ungeraden Zylinderzahlen.
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Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 120, 121, 122, 123 und 124 zugeordnet. Die Injektoren messen abhängig von der Ansteuerung der Magnetventile 130, 131, 132, 133 und 134 der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu. Der Kraftstoff gelangt von einem sogenannten Rail 135 über die Injektoren 120, 121, 122, 123 und 124 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 100.
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Der Kraftstoff in dem Rail 135 wird von einer Hochdruckpumpe 145 auf einen einstellbaren Druck gebracht. Die Hochdruckpumpe 145 ist über ein Magnetventil 150 mit einer Kraftstofförderpumpe 155 verbunden. Die Kraftstofförderpumpe steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 160 in Verbindung.
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Das Ventil 150 umfaßt eine Spule 152. Die Magnetventile 130, 131, 132, 133 und 134 enthalten Spulen 140, 141, 142, 143 und 144, die jeweils mittels einer Endstufe 175 mit Strom beaufschlagt werden können. Die Endstufen 175 sind vorzugsweise in einem Steuergerät 170 angeordnet, das die Spule 152 entsprechend ansteuert.
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Desweiteren ist ein Sensor 177 vorgesehen, der den Druck im Rail 135 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 170 leitet.
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Dies Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Kraftstofförderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die Hochdruckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen vorgebbaren Druck auf. Üblicherweise werden Druckwerte größer als 800 bar im Rail 135 erzielt.
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Durch Bestromen der Spulen 140 bis 144 werden die entsprechenden Magnetventile 130 bis 134 angesteuert. Die Ansteuersignale für die Spulen legen dabei den Einspritzbeginn und das Einspritzende des Kraftstoffs durch die Injektoren 120 bis 124 fest.
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Der zugemessene Kraftstoff verbrennt in der Brennkraftmaschine 100, dabei entsteht Abgas, das als unerwünschtes Bestandteil Stickoxide umfaßt. Diese Stickoxide werden in dem Katalysator 115 mit Hilfe von Kohlenwasserstoffen reduziert. Dabei ist vorgesehen, daß mittels der Injektoren 120 bis 123 zusätzlich Kraftstoff nach der Verbrennung zugemessen wird. Diese Kraftstoffmenge wird mit dem Abgas ausgestoßen und reagiert im Katalysator 115 zusammen mit dem Stickoxid zu unschädlichen Bestandteilen. Die zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff nach der eigentlichen Einspritzung wird als Nacheinspritzung bezeichnet. Die Nacheinspritzung erfolgt vorzugsweise im Bereich des unteren Totpunktes des jeweiligen Zylinders.
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In der 2 sind verschiedene Größen über der Winkelstellung der Kurbelwelle aufgetragen. In der Teilfigur 2a sind die oberen Totpunkte der einzelnen Zylinder bezeichnet. Mit OT1 ist der obere Totpunkt des ersten Zylinders, mit OT2 der obere Totpunkt des zweiten Zylinders, mit OT3 der obere Totpunkt des dritten Zylinders und mit OT4 der obere Totpunkt des vierten Zylinders bezeichnet. Dabei erfolgt die Zumessung in die Zylinder gemäß der dargestellten Zündreihenfolge. Dies bedeutet der Kraftstoff erfolgt zuerst in den Zylinder 1, anschließend in die Zylinder 2, 4, 5 und 3. Die einzelnen oberen Totpunkte der einzelnen Zylinder besitzen einen Abstand von 140° Kurbelwellenwinkel.
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In 2b sind die Zeiträume, in denen die Haupteinspritzung HE und die Nacheinspritzung NE in den ersten Zylinder erfolgen, gekennzeichnet. Dabei sind der obere Totpunkt, bei dem die Einspritzung in den ersten Zylinder erfolgt, mit ZOT1 bezeichnet. Der untere Totpunkt des Zylinders ist mit UT1 bezeichnet. Der sogenannte Gaswechsel OT ist mit GOT1 bezeichnet. Die Haupteinspritzung in den ersten Zylinder erfolgt im Bereich des oberen Totpunktes ZOT1.
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Um eine optimale Abgasnachbehandlung erzielen zu können, sollte die Nacheinspritzung in einem Bereich erfolgen, der ca. 100° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt ZOT1 beginnt, und im Bereich des unteren Totpunktes UT1 endet. Gestrichelt ist der Bereich eingezeichnet, in dem sich die Nacheinspritzung und die Haupteinspritzung in den nächsten Zylinder möglicherweise überlappen.
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In Teilfigur 2c ist die Voreinspritzung VE und die Haupteinspritzung HE in den zweiten Zylinder aufgetragen. Die Haupteinspritzung HE erfolgt im Bereich des oberen Totpunktes ZOT2 des zweiten Zylinders. Die Voreinspritzung VE findet unmittelbar vor der Haupteinspritzung statt.
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Der optimale Bereich für die Nacheinspritzung NE in den ersten Zylinder und die Vor- und Haupteinspritzung in den zweiten Zylinder überlappen sich weitestgehend. Der Bereich, in dem sich die Nacheinspritzung NE und die Haupteinspritzung HE überlappen, sind in 2b mit einer strichpunktierten Linie bezeichnet. Der Bereich, in dem sich lediglich die Nacheinspritzung in den ersten Zylinder und die Voreinspritzung in den zweiten Zylinder überlappen, sind in 2b mit einer durchgezogenen Linie gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß wenn eine Voreinspritzung wie in 2c dargestellt erforderlich ist, um die Geräuschemissionen zu reduzieren, die Nacheinspritzung NE des in der Zündreihenfolge vorhergehenden Zylinders, d. h. dem Zylinder 1, ausgeblendet wird. Dies ist in 2b dadurch dargestellt, daß die Voreinspritzung NE lediglich gestrichelt gezeichnet ist.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß das Aussetzen der Nacheinspritzung für einen Einspritzvorgang nur eine relativ geringe Auswirkung auf die Abgasemissionen besitzt. Desweiteren wurde erkannt, daß nicht bei jeder Einspritzung eine Nacheinspritzung erfolgen muß.
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In 3 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Flußdiagrammes verdeutlicht. In einem ersten Schritt 300 werden bestimmte Betriebsparameter erfaßt und/oder berechnet. In der dargestellten Ausführungsform wird der Beginn BNE(N) der Nacheinspritzung und der Beginn BVE(N + 1) der Voreinspritzung der nachfolgenden Einspritzung N + 1 bestimmt.
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Die sich anschließende Abfrage 310 überprüft, ob bestimmte Bedingungen vorliegen bei denen eine Nacheinspritzung ausgesetzt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird überprüft, ob der Abstand der beiden Teileinspritzungen kleiner als ein Schwellenwert SW ist. Insbesondere wird überprüft, ob der Abstand zwischen dem Beginn BNE(N) der Nacheinspritzung und der Beginn BVE(N + 1) der Voreinspritzung der nachfolgenden Einspritzung kleiner als ein Schwellenwert SW ist. Ist dies der Fall, das heißt die Nacheinspritzung und die Voreinspritzung der folgenden Einspritzung überlappen sich, so wird in Schritt 320 ein Korrekturwert KW bestimmt. Im anschließenden Schritt 330 wird die Nacheinspritzung unterbunden. Dies erfolgt in der dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Dauer DNE(N) der Nacheinspritzung zu Null gesetzt wird.
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Der Korrekturwert KW gibt an um welchen Wert die Einspritzmenge der Nacheinspritzungen der übrigen Zylinder und/oder der nachfolgenden Nacheinspritzungen des selben Zylinders erhöht wird, um die unterdrückte Nacheinspritzung zu kompensieren.
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Vorzugsweise wird die Kraftstoffmenge auf die übrigen Zylinder verteilt. Hierzu wird zur Ermittlung des Korrekturwerts KW die Dauer DNE(N) der Nacheinspritzung durch die Zahl K der übrigen Zylinder dividiert. Um diesen Korrekturwert KW werden dann die Nacheinspritzungen der übrigen Zylinder verlängert.
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Dies bedeutet die Dauern DNE(N + 1), NDE(N + 2) bis DNE(N + K) werden im Schritt 340 um den Korrekturwert KW verlängert. Im folgenden Schritt 350 endet das entsprechende Programm.
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Bei einer weiteren Ausführungsformen wird bei jedem n-ten Einspritzvorgang die Nacheinspritzung ausgesetzt. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei einem Zylinder, bei dem sich die Nacheinspritzung mit einer anderen Teileinspritzung eines anderen Zylinders überlappt, generell die Nacheinspritzung ausgeblendet wird. Diese Ausführungsform wird beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Zylinderzahlen größer als 4, insbesondere bei 5 Zylindern eingesetzt.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird bei vorliegen bestimmter Betriebszustände die Nacheinspritzung ausgesetzt.
