DE102012218176A1

DE102012218176A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems

Info

Publication number: DE102012218176A1
Application number: DE102012218176.8A
Authority: DE
Inventors: Lars Empacher; Stephan OLBRICH; Michael Schenk; Rene Zieher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-04-10
Also published as: US9429093B2; US20140100761A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (11) für eine Brennkraftmaschine (10) beschrieben, bei dem unter Druck stehender Kraftstoff in einem Druckspeicher (16) bereit gestellt und ein in dem Druckspeicher (16) vorliegender Kraftstoffdruck (19) mittels eines Drucksensors (20) ermittelt wird, und bei dem der Kraftstoff durch mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) in einen Brennraum (12) der Brennkraftmaschine (10) gelangt. Erfindungsgemäß wird eine Steigung (51) einer Kurve (52), die eine Druckdifferenz (35) im Druckspeicher (16) bei einer Kraftstoffeinspritzung mit einer eingespritzten Kraftstoffmenge (40) verknüpft, ermittelt und aus der Steigung (51) wird auf den im Druckspeicher (16) herrschenden Kraftstoffdruck (19) geschlossen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm und ein Speichermedium nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Vom Markt her bekannt sind Brennkraftmaschinen, bei welchen ein Betriebszustand und/oder Werte von für den Betrieb wichtigen Größen mittels einer so genannten "On-Board-Diagnose" überwacht werden können. Unter anderem ist ein korrekt eingestellter Kraftstoffdruck in einem Druckspeicher eines Kraftstoffsystems der Brennkraftmaschine von Bedeutung. Häufig wird der Kraftstoffdruck mittels eines Drucksensors ("Raildrucksensor", RDS) ermittelt. Um eine ordnungsgemäße Funktion des Drucksensors zu prüfen bzw. zu überwachen, ist es beispielsweise denkbar, einen zweiten baugleichen Drucksensor an dem Druckspeicher anzuordnen und für einen Vergleich zu verwenden. Eine Patentveröffentlichung aus diesem Fachgebiet ist beispielsweise die DE 10 2008 043 592 .
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm und ein Speichermedium nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass auf einen Kraftstoffdruck in einem Druckspeicher (Kraftstoffspeicher, "Rail") eines Kraftstoffsystems ("Kraftstoffeinspritzsystem") für eine Brennkraftmaschine als korrekt geschlossen werden kann, ohne dass zusätzliche Sensoren oder Aktuatoren wie beispielsweise ein Druckregelventil erforderlich sind. Insbesondere kann auch ein an dem Druckspeicher angeordneter Drucksensor auf eine korrekte Funktion geprüft bzw. überwacht werden. Gegebenenfalls können Vorrichtungen oder Algorithmen in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine, welche aufgrund von Einspritzungen in Brennräume der Brennkraftmaschine erfolgte dynamische Druckänderungen in dem Druckspeicher ermitteln, für das Verfahren mit verwendet werden. Darüber hinaus ist die Erfindung vergleichsweise flexibel anwendbar und an vorhandene Kraftstoffsysteme anpassbar. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert vergleichsweise wenig Rechenzeit und/oder Datenspeicherplatz und kann an einem einzelnen – im Allgemeinen beliebigen – Brennraum ("Zylinder") der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Dadurch können schädliche Auswirkungen auf den Betrieb der Brennkraftmaschine (beispielsweise auf ein Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs) und/oder auf Abgasemissionen vermindert werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems für die Brennkraftmaschine, bei dem unter Druck stehender Kraftstoff in dem Druckspeicher bereit gestellt und ein in dem Druckspeicher vorliegender Kraftstoffdruck mittels des Drucksensors ermittelt wird, und bei dem der Kraftstoff durch mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (Einspritzventil, Injektor) in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Erfindungsgemäß wird eine Steigung einer Kurve, die eine Druckdifferenz in dem Druckspeicher bei einer Kraftstoffeinspritzung mit einer eingespritzten Kraftstoffmenge verknüpft, ermittelt. Aus der Steigung wird dann auf den im Druckspeicher herrschenden Kraftstoffdruck geschlossen. Dazu können beispielsweise Datenwerte, mittels welchen durch Vergleich auf den im Druckspeicher herrschenden Kraftstoffdruck bzw. auf eine ordnungsgemäße Funktion des Drucksensors geschlossen werden kann, in einem Prüfbetrieb ermittelt und in einem Datenspeicher der Steuer- und/oder Regeleinrichtung gespeichert werden. Dabei kann es sich um eine Vielzahl von Werten der eingespritzten Kraftstoffmenge, der Druckdifferenz und des Kraftstoffdrucks handeln, wobei gegebenenfalls weitere Größen beispielsweise als Parameter verwendet und mit gespeichert werden. Dies wird weiter unten noch beschrieben werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Steigung die von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzte Kraftstoffmenge vorzugsweise zyklisch verändert wird. Somit wird in einem ersten Schritt eine erste Kraftstoffmenge eingespritzt und in einem zweiten Schritt wird eine zweite, von der ersten verschiedene Kraftstoffmenge eingespritzt. Dies kann abwechselnd von Einspritzzyklus zu Einspritzzyklus erfolgen oder es kann auch die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge über mehrere aufeinander folgende Einspritzzyklen konstant gehalten werden. Damit wird eine für das Verfahren besonders geeignete "Stimulation" beschrieben. Vorzugsweise wird die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge nicht direkt (durch Messung), sondern indirekt ermittelt, beispielsweise unter Verwendung einer Ansteuerdauer einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung. Dadurch wird für die eingespritzte Kraftstoffmenge also eine so genannte "Wunschmenge" der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angenommen, welche einen aktuellen Sollwert der einzuspritzenden Kraftstoffmenge charakterisiert.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge durch eine vorzugsweise zyklische Änderung eines Einspritzmusters verändert wird. Dadurch wird eine besonders einfache Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglicht, indem zwischen vorzugsweise zwei Einspritzmustern zyklisch umgeschaltet wird.
Die Auswirkungen auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine können vermindert werden, wenn zwischen einem (ersten) Einspritzmuster mit einer nahen Voreinspritzung und einem (zweiten) Einspritzmuster ohne nahe Voreinspritzung hin- und hergeschaltet wird. Beispielsweise kann dadurch ein Betriebsgeräusch der Brennkraftmaschine vergleichsweise niedrig gehalten werden.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass zwischen einem Einspritzmuster mit einer späten Nacheinspritzung und einem Einspritzmuster ohne späte Nacheinspritzung hin- und hergeschaltet wird. Vorzugsweise wird dazu eine "momentenneutrale" Nacheinspritzung verwendet, so dass Auswirkungen auf ein von der Brennkraftmaschine erzeugtes Antriebs-Drehmoment minimiert werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine zwischen einem Betriebsmodus, in dem eine vergleichsweise geringe Einspritzmenge eingespritzt wird, und einem Betriebsmodus, in dem keine Einspritzung erfolgt, hin- und hergeschaltet wird. Durch die mögliche Verwendung des Schubbetriebs ist die Erfindung besonders vielseitig und flexibel anwendbar.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Einspritzmenge an einem einzelnen Brennraum zur Ermittlung der Steigung verändert wird, und dass eine in die übrigen Brennräume der Brennkraftmaschine jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge derart bemessen wird, dass ein von der Brennkraftmaschine erzeugtes Drehmoment in der Summe zumindest in etwa konstant ist. Vorzugsweise erfolgt dies derart, dass sich zugleich keine oder nur eine geringe Auswirkung auf Abgaswerte der Brennkraftmaschine ergibt. Dadurch kann der Aufwand zur Durchführung des Verfahrens besonders gering gehalten werden, wobei eventuell nachteilige Auswirkungen auf den Betrieb der Brennkraftmaschine minimiert werden.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass dann, wenn aus der Steigung auf den im Kraftstoffspeicher herrschenden Druck geschlossen wird, eine Kraftstofftemperatur und/oder eine Kraftstoffsorte mit berücksichtigt wird. Diese Größen können beispielsweise in dem nachfolgend beschriebenen "Zusammenhang" als Parameter mit verwendet werden, wodurch sich die Genauigkeit des Verfahrens verbessern kann. Häufig ist die Kraftstofftemperatur und/oder die Kraftstoffsorte in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung jedoch nicht bekannt, da diese Größen vergleichsweise aufwändig zu ermitteln sind. Außerdem kann – weil erfindungsgemäß auch der Kraftstoffdruck bzw. der Drucksensor geprüft wird – nicht aus der besagten Steigung der Kurve auf die Kraftstofftemperatur und/oder die Kraftstoffsorte rückgeschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet im Prinzip unabhängig von der Kraftstofftemperatur und der Kraftstoffsorte. Falls diese Größen jedoch bekannt sind – beispielsweise indem diese gemessen werden – können sie gegebenenfalls die Genauigkeit des Verfahrens weiter verbessern.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Zusammenhang zwischen der Steigung der Kurve, die die Druckdifferenz im Druckspeicher bei einer Kraftstoffeinspritzung mit der eingespritzten Kraftstoffmenge verknüpft, in einem Prüfbetrieb (bspw. in einem Labor) und/oder in einem Neuzustand der Brennkraftmaschine und/oder in einem Neuzustand des Drucksensors ermittelt und vorzugsweise in Form von Gleichungen, Tabellen, Kennlinien, Kennfeldern und/oder Modellen gespeichert wird. Somit umfasst das Verfahren einen ersten Verfahrensabschnitt in dem Prüfbetrieb und einen zweiten Verfahrensabschnitt in einem nachfolgenden "normalen" Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs. Im Prüfbetrieb wird aus jeweils ermittelten Druckdifferenzen des Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher und zugehörigen Einspritzmengen und zugehörigen real gemessenen Werten des Kraftstoffdrucks ein Zusammenhang ermittelt. Dieser Zusammenhang umfasst beispielsweise eine Vielzahl von Kurven, welche die Druckdifferenzen, die Einspritzmengen, die Kraftstoffdrücke und daraus resultierend auch die Steigung(en) in eine quantitative Beziehung bringen, welche in dem Datenspeicher der Steuer- und/oder Regeleinrichtung abgespeichert werden. Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine wird dann aus mindestens zwei Paaren von Werten der Druckdifferenz und der eingespritzten Kraftstoffmenge die jeweilige Steigung ermittelt. Diese Steigung – und gegebenenfalls auch die Druckdifferenzen und die Einspritzmengen – kann dem in dem Datenspeicher abgespeicherten Zusammenhang als Eingangsgröße zugeführt und daraus der zugehörige Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher ermittelt werden. Der derart ermittelte Kraftstoffdruck wird verfahrensgemäß als vergleichsweise genau angenommen, da dieser im oben beschriebenen Prüfbetrieb real und exakt gemessen wurde. Anschließend kann der aus dem Zusammenhang ermittelte Kraftstoffdruck mit einem aktuell ermittelten Wert des Drucksensors verglichen werden und somit die Funktion des an dem Druckspeicher angeordneten Drucksensors geprüft werden. Ein Rechenaufwand dazu ist vergleichsweise gering und zusätzliche Elemente – wie beispielsweise ein zweiter Drucksensor oder ein Druckregelventil – sind nicht erforderlich.
Die Genauigkeit des Verfahrens kann erhöht werden, indem dann, wenn es zyklisch wiederholt durchgeführt wird, eine Zeitmittelung und/oder eine Scharmittelung von jeweiligen Größen erfolgt. Dies betrifft beispielsweise die Ermittlung der Druckdifferenz in dem Druckspeicher. Störungen in elektrischen Signalen oder durch eventuelle Druckpulsationen bedingte Schwankungen des Kraftstoffdrucks können somit auf einfache und genaue Weise gemittelt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels der Steuerund/oder Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine durchgeführt. Dies erfolgt besonders aufwandsarm und kostengünstig mittels eines Computerprogramms, welches zur Durchführung des Verfahrens entsprechend programmiert ist.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein vereinfachtes Schema einer Brennkraftmaschine und eines Kraftstoffsystems;
2 ein Zeitdiagramm mit einem Kraftstoffdruck in einem Druckspeicher des Kraftstoffsystems;
3 ein erstes Kraftstoff-Einspritzmuster;
4 ein zweites Kraftstoff-Einspritzmuster;
5 ein Diagramm mit einer Druckdifferenz in Abhängigkeit von einer eingespritzten Kraftstoffmenge; und
6 ein Flussdiagramm zum Betreiben des Kraftstoffsystems.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsystems 11 ("Kraftstoffeinspritzsystem") für eine Brennkraftmaschine 10 mit vorliegend vier Brennräumen 12 ("Zylinder") und zugehörigen Injektoren 14 ("Kraftstoff-Einspritzvorrichtung") zur Einspritzung von Kraftstoff. Beispielsweise ist die Brennkraftmaschine 10 ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor eines (in der Zeichnung nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs. Die Injektoren 14 können durch je eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 13 betätigt werden. Alternativ kann die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 13 auch als piezoelektrische Betätigungseinrichtung 13 ausgeführt sein.
In der Zeichnung ist oberhalb der Injektoren 14 ein Druckspeicher 16 (Hochdruckspeicher, "Rail") dargestellt, der aus einer Hochdruckleitung 18 mit Kraftstoff gespeist wird. Ein Kraftstoffdruck 19 ("Raildruck") in dem Druckspeicher 16 wird von einem Drucksensor 20 überwacht. Im rechten oberen Teil der 1 ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 zusammen mit angedeuteten abgehenden und ankommenden Steuerleitungen dargestellt, sowie ein darin enthaltener Datenspeicher 24 und ein Computerprogramm 26.
Im Betrieb speist eine (nicht dargestellte) Kraftstoffpumpe den Druckspeicher 16 über die Hochdruckleitung 18, wobei der Drucksensor 20 den aktuellen Kraftstoffdruck 19 über eine angedeutete Signalleitung zur Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 meldet. Die vier Injektoren 14 setzen abhängig von einem Ansteuersignal der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 13 eine bestimmte Kraftstoffmenge 40 (siehe 3) in die Brennräume 12 ab.
2 zeigt ein Zeitdiagramm mit dem Kraftstoffdruck 19 in dem Druckspeicher 16 über einer Zeit t. Ein dargestellter Zeitverlauf 28 des Kraftstoffdrucks 19 weist in einem in der Zeichnung linken Bereich einen im Wesentlichen konstanten ersten Mittelwert 30 auf, und in einem rechten Bereich der Zeichnung einen im Wesentlichen konstanten zweiten Mittelwert 32 auf.
In einem in der Zeichnung horizontal mittleren Bereich weist der Zeitverlauf 28 einen sprunghaften Abfall von dem ersten Mittelwert 30 zu dem zweiten Mittelwert 32 auf. Aus den beiden Mittelwerten 30 und 32 kann eine den sprunghaften Abfall charakterisierende Druckdifferenz 35 ermittelt werden. Die Druckdifferenz 35 ist dabei im Wesentlichen proportional zu der eingespritzten Kraftstoffmenge 40 und ist ebenso im Wesentlichen proportional zu einer Ansteuerdauer der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 13 bzw. des Kraftstoffdrucks 19.
Der erste Mittelwert 30 ist über ein erstes Zeitintervall 34 (Auswertefenster) gemittelt und der zweite Mittelwert 32 ist über ein zweites Zeitintervall 36 (Auswertefenster) gemittelt. Eine zeitliche Lage und Dauer des jeweiligen Mittelwerts 30 bzw. 32 wird vorzugsweise in Abhängigkeit von eventuellen dem Zeitverlauf 28 überlagerten Störungen vorgegeben, wie dies vorliegend der Fall ist.
3 zeigt schematisch ein erstes Einspritzmuster 37 des Kraftstoffs in einen der Brennräume 12 der Brennkraftmaschine 10. Dargestellt ist eine Einspritzrate 38 (Ordinate) über einem Kurbelwellenwinkel 39 (Abszisse). In der Zeichnung von links nach rechts weist das erste Einspritzmuster 37 vorliegend eine erste Voreinspritzung 42, eine zweite Voreinspritzung 44 ("nahe Voreinspritzung") und eine Haupteinspritzung 46 auf.
Ein Integral über der Einspritzrate 38 charakterisiert eine jeweilige eingespritzte Kraftstoffmenge 40 ("Einspritzmenge") des Kraftstoffs, wobei die Kraftstoffmenge 40 für jede der Teileinspritzungen 42, 44 und 46 einzeln oder auch für eine Summe der Teileinspritzungen 42, 44 und 46 ermittelt werden kann. Durch eine Umrechnung des Kurbelwellenwinkels 39 unter Verwendung von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 kann auch ein Zeitintegral ermittelt werden, wodurch eine jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge 40 quantitativ ermittelt werden kann.
4 zeigt schematisch ähnlich zu der 3 ein zweites Einspritzmuster 48 des Kraftstoffs in den Brennraum 12. Im Unterschied zu der 3 weist das zweite Einspritzmuster 48 der 4 lediglich die erste Voreinspritzung 42 und die Haupteinspritzung 46 auf. Alternativ oder ergänzend zu der zweiten Voreinspritzung 44 können das erste bzw. das zweite Einspritzmuster 37 bzw. 48 eine momentenneutrale späte Nacheinspritzung umfassen. Dies ist in den 3 und 4 jedoch nicht dargestellt.
5 zeigt ein Diagramm mit vorliegend fünf Kurven, welche einen Zusammenhang der Druckdifferenz 35 (Ordinate) in Abhängigkeit von der eingespritzten Kraftstoffmenge 40 (Abszisse) und in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck 19 (als Parameter verwendet) in dem Druckspeicher 16 charakterisieren. Ein Pfeil 50 zeigt in Richtung eines hohen Kraftstoffdrucks 19. Vorliegend weist der Kraftstoffdruck 19 Werte in einem Bereich von etwa 250 bar bis etwa 1600 bar auf.
Das Diagramm der 5 wird vorzugsweise zunächst in einem Prüfbetrieb und/oder in einem Neuzustand der Brennkraftmaschine 10 und/oder in einem Neuzustand des Drucksensors 20 ermittelt und in Form von Gleichungen, Tabellen, Kennlinien, Kennfeldern und/oder Modellen in dem Datenspeicher 24 gespeichert. Dazu wird in dem Prüfbetrieb der Brennkraftmaschine 10, welcher im Wesentlichen stationär ist und wobei ein von der Brennkraftmaschine 10 erzeugtes Drehmoment und eine Temperatur des Kraftstoffs als in etwa konstant vorausgesetzt werden kann, die Einspritzung von Kraftstoff alternierend ("zyklisch") durch Hin- und Herschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Einspritzmuster 37 und 48 durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt dies derart, dass sich zugleich keine oder nur eine geringe Auswirkung auf die Abgaswerte und das Betriebsgeräusch der Brennkraftmaschine ergibt.
Dabei wird für eine vorgegebene Anzahl von Kraftstoffdrücken 19 (Parameter) in dem Druckspeicher 16 eine Kurvenschar ähnlich zu der 5 ermittelt. Dazu wird für jede der Kurven punktweise ein Zusammenhang zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge 40 und der Druckdifferenz 35 ermittelt. Unter Verwendung des ersten und des zweiten Einspritzmusters 37 und 48 können Steigungen 51 der Kurven ermittelt werden. Dies wird beispielhaft für einen Abschnitt bzw. für zwei Punkte einer Kurve 52 nachfolgend näher erläutert.
Dazu wird in einem ersten Schritt das Einspritzmuster 37 verwendet, siehe den zugehörigen Pfeil in der Zeichnung von 5. Dem ersten Einspritzmuster 37 entspricht – bei dem der Kurve 52 zugrunde liegenden Kraftstoffdruck 19 – ein Wert 54 der Druckdifferenz 35 und ein Wert 56 der eingespritzten Kraftstoffmenge 40.
In einem zweiten Schritt wird das Einspritzmuster 48 verwendet, siehe ebenfalls den zugehörigen Pfeil in der Zeichnung. Dem zweiten Einspritzmuster 48 entspricht ein Wert 58 der Druckdifferenz 35 und ein Wert 60 der eingespritzten Kraftstoffmenge 40. Damit kann eine Gleichung (1) angegeben werden: ΔΔp = Δp2 – Δp1, (1) wobei

∆p1: = Wert 54 der Druckdifferenz 35;
∆p2: = Wert 58 der Druckdifferenz 35; und
∆∆p: = Differenz von ∆p1 und ∆p2.

Entsprechend kann eine Gleichung (2) für die eingespritzte Kraftstoffmenge 40 angegeben werden: Δq = q2 – q1, (2) wobei

q1: = Wert 56 der eingespritzten Kraftstoffmenge 40;
q2: = Wert 60 der eingespritzten Kraftstoffmenge 40; und
∆q: = Differenz von q1 und q2.

Es versteht sich, dass abhängig von der (willkürlichen) Wahl der Indizes (1; 2) die Größen ∆∆p und ∆q gegebenenfalls auch negativ sein können. Vorliegend wird die eingespritzte Kraftstoffmenge 40 nicht direkt, sondern indirekt ermittelt, beispielsweise unter Verwendung einer Ansteuerdauer der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 13. Vorzugsweise erfolgt diese Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge 40 in dem besagten Prüfbetrieb und in einem normalen Betrieb (siehe 6) der Brennkraftmaschine 10 in jeweils gleicher Weise. Dabei entspricht der Wert 56 der eingespritzten Kraftstoffmenge 40 nicht der wirklich eingespritzten Kraftstoffmenge 40, da diese nicht exakt bekannt ist. Daher wird im Prüfbetrieb und im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 für die eingespritzte Kraftstoffmenge eine so genannte "Wunschmenge" der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 angenommen, welche einen aktuellen Sollwert der einzuspritzenden Kraftstoffmenge 40 charakterisiert.
Die Steigung 51 entsprechend einem jeweiligen Kraftstoffdruck 19 ("Raildruck") kann mittels einer Gleichung (3) angegeben werden zu: Ψp = ΔΔp / Δq ⇒ Ψ = KL(p), (3) wobei

Ψ: = jeweilige Steigung 51;
KL: = "Kennlinie", also ein funktionaler Zusammenhang; und
p: = Kraftstoffdruck 19 in dem Druckspeicher 16.

Die Kennlinie KL weist also den unter Verwendung eines korrekt arbeitenden Drucksensors 20 ermittelten Kraftstoffdruck 19 als Eingangsgröße auf. Vorzugsweise werden die von dem Kraftstoffdruck 19 abhängigen Werte der Steigung 51 in einer zu der Gleichung (3) inversen Kennlinie in dem Datenspeicher 24 gespeichert entsprechend der Gleichung (4): p_MESS = KL^–1(Ψ), (4) wobei

p_MESS: = mit einem korrekt arbeitenden Drucksensor 20 in dem Prüfbetrieb ermittelter Kraftstoffdruck 19;
KL^–1: = inverse Kennlinie zu Gleichung (3); und
Ψ: = gemäß den Gleichungen (1) bis (3) ermittelbare Steigung 51.

Ergänzend können beispielsweise eine Kraftstofftemperatur und/oder eine Kraftstoffsorte ermittelt und als weitere Parameter der Kennlinie mit in dem Datenspeicher 24 gespeichert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet im Prinzip jedoch unabhängig von der Kraftstofftemperatur und der Kraftstoffsorte.
Die derart ermittelte Kennlinie kann zu einem späteren Zeitpunkt (siehe 6) in einem normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 verwendet werden, um auf einen vorliegenden Kraftstoffdruck 19 in dem Druckspeicher 16 zu schließen. Daraus kann insbesondere auf einen Zustand des Drucksensors 20 geschlossen werden und somit dessen Funktion bzw. dessen Genauigkeit überwacht werden.
Gegebenenfalls können mehrere der oben genannten Größen oder Parameter mittels einer Zeitmittelung und/oder einer Scharmittelung gemittelt werden.
Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden. Vergleiche dazu beispielsweise die Mittelwerte 30 und 32 in der 2.
Die 6 zeigt die Durchführung des Verfahrens ähnlich zu dem oben beschriebenen Prüfbetrieb in einem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 mittels eines Flussdiagramms. Es versteht sich, dass das Flussdiagramm der 6 sinngemäß und zumindest teilweise auch auf den oben beschriebenen Prüfbetrieb angewendet werden kann, und umgekehrt, dass die oben beschriebenen Gleichungen (1) bis (4) sinngemäß auf die Durchführung des Verfahrens im normalen Betrieb angewendet werden können.
In einem Startblock 62 beginnt die in der 6 dargestellte Prozedur. Vergleichbar zu dem weiter oben beschriebenen Prüfbetrieb wird in einem folgenden Block 64 geprüft, ob die Brennkraftmaschine 10 in einem stationären Betriebszustand betrieben wird, und ob das von der Brennkraftmaschine 10 erzeugte Drehmoment und die Temperatur des Kraftstoffs in etwa konstant sind. Andernfalls wird zum Anfang desselben Blocks 64 zurück verzweigt. Vorzugsweise sind der für das Verfahren im normalen Betrieb gewählte Betriebszustand und das Drehmoment der Brennkraftmaschine 10, sowie die Temperatur des Kraftstoffs zu dem bei der 5 beschriebenen Prüfbetrieb vergleichbar.
Optional können dann, wenn der stationäre Betriebszustand nicht ausreichend lange aufrechterhalten werden kann, zwischenzeitlich ermittelte Werte oder Ergebnisse in dem Datenspeicher 24 vorübergehend gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt, in dem erneut ein geeigneter vergleichbarer Betriebszustand vorliegt, verwendet werden. Dadurch können Anforderungen insbesondere an eine Dauer des stationären Betriebszustands vermindert und somit das beschriebene Verfahren optimal in Bezug auf vorliegende Betriebsbedingungen angewendet werden.
In einem folgenden Block 66 wird einer der Brennräume 12 ("Prüfzylinder") alternierend ("zyklisch") mit den Einspritzmustern 37 und 48 nach den 3 und 4 betrieben. Die übrigen Brennräume 12 werden dauernd mit dem zweiten Einspritzmuster 48 gemäß der 4 betrieben. Weil in dem Prüfzylinder als Folge des ersten Einspritzmusters 37 zeitlich gemittelt eine höhere Kraftstoffmenge 40 eingespritzt wird, so wird die eingespritzte Kraftstoffmenge 40 in den übrigen Brennräumen 12 entsprechend vermindert, damit die eingespritzte Kraftstoffmenge 40 und damit das Drehmoment in der Summe konstant bleibt.
Besonders günstig für das Verfahren ist es, wenn die alternierende Verwendung des ersten und des zweiten Einspritzmusters 37 und 48 in einem solchen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 erfolgt, in welchem ein möglichst geringer Einfluss auf das Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 bzw. auf Abgaswerte der Brennkraftmaschine 10 vorliegt. Außerdem wird das Verfahren vorzugsweise nur auf einem einzigen der Brennräume 12 durchgeführt.
In einem folgenden Block 68 wird die Steigung 51 gemäß dem Schema der 5 aus den Werten 54, 56, 58 und 60 ermittelt. Sofern die Steigung 51 einen stabilen Wert aufweist, wird die Prozedur in einem nachfolgenden Block 70 fortgesetzt. Andernfalls wird an den Anfang desselben Blocks 68 zurück verzweigt. Störungen in elektrischen Signalen des Drucksensors 20 oder durch eventuelle Druckpulsationen bedingte Schwankungen des Kraftstoffdrucks 19 können gegebenenfalls durch eine Zeitmittelung und/oder Scharmittelung vermindert werden.
Im Block 70 wird entsprechend einer Gleichung (5) unter Verwendung von in dem oben beschriebenen Prüfbetrieb gespeicherten Daten ein Kraftstoffdruck 19 in dem Druckspeicher 16 ermittelt ("errechnet"): p_CALC = KL^–1(Ψ), (5) wobei

p_CALC: = im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 "errechneter" Kraftstoffdruck 19;
KL^–1: = inverse Kennlinie wie in Gleichung (4); und
Ψ: = mit den obigen Gleichungen (1) bis (3) im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 ermittelte ("gemessene") Steigung 51.

Dazu wird die in der Gleichung (5) verwendete Steigung 51 auch in der Gleichung (4) (bzw. in in dem Datenspeicher 24 gespeicherten Tabellen, Kennlinien, Kennfeldern und/oder Modellen) als Eingangsgröße verwendet, so dass die Größe p_MESS von Gleichung (4) mit der Größe p_CALC von Gleichung (5) verglichen werden kann. Dies entspricht einer Gleichung (6): p_ERR = p_MESS – p_CALC, (6) wobei

p_ERR: = durch den Vergleich ermittelter Fehler des Kraftstoffdrucks 19 bzw. des Drucksensors 20.

In einem folgenden Block 72 erfolgt in Abhängigkeit von dem ermittelten Fehler p_ERR gegebenenfalls eine Reaktion in einem System für eine so genannte "On-Board-Diagnose" (OBD). Beispielsweise erfolgt dann, wenn ein Betrag von p_ERR einen Schwellenwert überschreitet, nach einer hinreichend langen "Entprellzeit" ein Eintrag in einen Fehlerspeicher und/oder es erfolgt ein Hinweis an den Fahrer des Kraftfahrzeugs mittels einer Warnleuchte oder dergleichen.
Nach Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird in einem Block 74 für den weiteren normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 auch in dem Prüfzylinder ein zu den übrigen Brennräumen 12 vergleichbares Einspritzmuster 48 verwendet. Das Verfahren hat also auf den weiteren normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 keinen Einfluss, bis gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt das Verfahren zur Überwachung des Drucksensors 20 erneut durchgeführt wird. In einem folgenden Endeblock 76 endet die in der 6 dargestellte Prozedur.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, die übrigen Brennräume 12 – und nach Durchführung des Verfahrens alle Brennräume 12 – mit dem ersten Einspritzmuster 37 zu betreiben. Eine Anpassung der Kraftstoffmengen 40 erfolgt während des Verfahrens entsprechend, so dass das Drehmoment wiederum in der Summe konstant ist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform wird das Verfahren in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt. Dabei wird eine kleine Kraftstoffmenge 40 alternierend ("zyklisch") für eine erste Anzahl von Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine 10 in den Prüfzylinder eingespritzt und danach für eine zweite Anzahl von Arbeitszyklen nicht.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform werden eine oder mehrere momentenneutrale Teileinspritzungen für eine erste Anzahl von Arbeitszyklen in den Prüfzylinder eingebracht und danach für eine zweite Anzahl von Arbeitszyklen nicht. Vorzugsweise erfolgt dies mittels einer so genannten "späten Nacheinspritzung", welche zeitlich auf die Haupteinspritzung 46 folgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008043592 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (11) für eine Brennkraftmaschine (10), bei dem unter Druck stehender Kraftstoff in einem Druckspeicher (16) bereit gestellt und ein in dem Druckspeicher (16) vorliegender Kraftstoffdruck (19) mittels eines Drucksensors (20) ermittelt wird, und bei dem der Kraftstoff durch mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) in einen Brennraum (12) der Brennkraftmaschine (10) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigung (51) einer Kurve (52), die eine Druckdifferenz (35) im Druckspeicher (16) bei einer Kraftstoffeinspritzung mit einer eingespritzten Kraftstoffmenge (40) verknüpft, ermittelt und aus der Steigung (51) auf den im Druckspeicher (16) herrschenden Kraftstoffdruck (19) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Steigung (51) die von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) eingespritzte Kraftstoffmenge (40) vorzugsweise zyklisch verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge (40) durch eine vorzugsweise zyklische Änderung eines Einspritzmusters (37, 48) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Einspritzmuster (37) mit einer nahen Voreinspritzung (44) und einem Einspritzmuster (48) ohne nahe Voreinspritzung (44) hin- und hergeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Einspritzmuster (37, 48) mit einer späten Nacheinspritzung und einem Einspritzmuster (37, 48) ohne späte Nacheinspritzung hin- und hergeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (10) zwischen einem Betriebsmodus, in dem eine vergleichsweise geringe Einspritzmenge (40) eingespritzt wird, und einem Betriebsmodus, in dem keine Einspritzung erfolgt, hin- und hergeschaltet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge (40) an einem einzelnen Brennraum (12) zur Ermittlung der Steigung (51) verändert wird, und dass eine in die übrigen Brennräume (12) der Brennkraftmaschine (10) jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge (40) derart bemessen wird, dass ein von der Brennkraftmaschine (10) erzeugtes Drehmoment in der Summe zumindest in etwa konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn aus der Steigung (51) auf den im Kraftstoffspeicher (16) herrschenden Druck (19) geschlossen wird, eine Kraftstofftemperatur und/oder eine Kraftstoffsorte berücksichtigt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusammenhang zwischen der Steigung (51) der Kurve (52), die die Druckdifferenz (35) im Druckspeicher (16) bei einer Kraftstoffeinspritzung mit der eingespritzten Kraftstoffmenge (40) verknüpft, in einem Prüfbetrieb und/oder in einem Neuzustand der Brennkraftmaschine (10) und/oder in einem Neuzustand des Drucksensors (20) ermittelt und vorzugsweise in Form von Gleichungen, Tabellen, Kennlinien, Kennfeldern und/oder Modellen gespeichert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn es zyklisch wiederholt durchgeführt wird, eine Zeitmittelung und/oder eine Scharmittelung von jeweiligen Größen (30, 32; 54, 58; 56, 60; 51) erfolgt.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm (26), dadurch gekennzeichnet, dass es dazu programmiert ist, ein Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Computerprogramm (26) nach Anspruch 12 umfasst.