DE102016215394B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines mit einer Kraftstoffeinspritzung und einer Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines mit einer Kraftstoffeinspritzung und einer Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei in einer Verzögerungsphase ein geschlossener Abgasrückführungskreislauf ausgebildet wird, eine Masse (m_circ) einer darin eingeschlossenen Luftmenge bestimmt wird, ein erster Sauerstoffgehalt (O_2,exh1, O_2,man1) der Luftmenge erfasst wird, mit einem Einspritzventil eine Testeinspritzung durchgeführt wird, der durch die Testeinspritzung zugeführte Kraftstoff innerhalb des geschlossenen Kreislaufs verbrannt wird, ein zweiter Sauerstoffgehalt (O_2,exh2, O_2,man2) der Luftmenge erfasst wird und aus der Masse (m_circ) der Luftmenge sowie dem ersten und dem zweiten Sauerstoffgehalt (O_2,exh1, O_2,man1, O_2,exh2, O_2,man2) die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse (m_fuel) ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines mit einer Kraftstoffeinspritzung und einer Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung eines solchen Verbrennungsmotors.
• Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzte Verbrennungsmotoren, werden heute in der Regel mit einer Kraftstoffeinspritzung, beispielsweise einer Direkteinspritzung, ausgestattet. Dabei werden von einer Steuerungseinrichtung des Verbrennungsmotors insbesondere der Start- und der Endzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung derart bestimmt, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge einer Soll-Kraftstoffmenge, die insbesondere aus den jeweiligen Betriebsbedingungen ermittelt wird, entspricht. Damit beim Betrieb allen Zylindern die unter den betreffenden Bedingungen vorgesehene Kraftstoffmenge sowie allen Zylindern möglichst die gleiche Kraftstoffmenge zugeführt wird, sind die dabei eingesetzten Einspritzventile mit engen Toleranzen im Durchfluss spezifiziert. Dennoch können Abweichungen von der Soll-Kraftstoffmenge auftreten, etwa durch Ablagerungen in den Einspritzdüsen während der Laufzeit des Motors. Derartige Abweichungen können beispielsweise eine für eine Abgasnachbehandlung ungünstige Abgaszusammensetzung verursachen, können zu ungleichen Drehmomenten der einzelnen Zylinder und damit zu Drehschwingungen im Antriebsstrang führen und können eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge haben. Es sind daher Verfahren entwickelt worden, um die tatsächlich in einen Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzte Kraftstoffmenge zu ermitteln und beispielsweise auf dieser Grundlage die Einspritzparameter entsprechend anzupassen, so dass dem Zylinder im Betrieb des Verbrennungsmotors die vorgesehene Kraftstoffmenge zugeführt werden kann.
• Aus DE 10 2010 036 485 B3 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffeinspritzung bekannt, wobei eine Einspritzdauer eines Einspritzventils des Verbrennungsmotors verändert wird, eine Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors gemessen wird, aus der Abgaszusammensetzung eine Abweichung eines Durchflusses des Einspritzventils von einem Nominalwert ermittelt und das Einspritzventil mit einer zum Ausgleich der ermittelten Abweichung angepassten Einspritzdauer angesteuert wird.
• Gemäß EP 1 336 745 A2 werden bei einem Verfahren zur Steuerung der Einspritzung bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs der Ansaugmassenstrom und das Luftverhältnis im Abgas gemessen, um die Kraftstoffmenge abzuschätzen, die tatsächlich in den Motor eingespritzt worden ist. Mittels eines geschlossenen Regelkreises wird erreicht, dass die abgeschätzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen gleich einer Soll-Kraftstoffmenge ist, die berechnet ist, um die Anforderungen eines Benutzers des Kraftfahrzeugs zu erfüllen. Dabei wird die Differenz zwischen der Soll-Kraftstoffmenge und der geschätzten Kraftstoffmenge zur Berechnung eines Korrekturfaktors verwendet, mit dem die Soll-Kraftstoffmenge korrigiert wird.
• In GB 2 475 521 A ist ein Verfahren zur Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge bei einem Verbrennungsmotor offenbart, wobei in einem Betriebszustand ohne Kraftstoffzuführung eine Soll-Testkraftstoffmenge in einen Zylinder eingespritzt wird, mittels eines Luftmassenstromsensors die Luftmenge bestimmt wird, die bei der Testeinspritzung in den Zylinder einströmt, mit einer Lambdasonde das Luftverhältnis im Abgas bestimmt wird und die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge auf der Grundlage einer Funktion der eingeströmten Luftmenge und des Luftverhältnisses berechnet wird. Die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge kann mit einer Soll-Kraftstoffmenge verglichen werden, um die Einspritzung zu korrigieren, zum Beispiel durch entsprechende Einstellung der Aktivierungsdauer des Einspritzventils.
• Aus der DE 10 2010 046 703 A1 ist es bekannt, in einer Schubphase einer Brennkraftmaschine die Abgase in einem geschlossenen Kreislauf zurückzufördern, um zu verhindern, dass Kraftstoff- oder Öldämpfe in die Umwelt gelangen.
• Die DE 603 06 697 T2 beschreibt ein Verfahren, mit einer Abgasrückführung, mit dem die eingespritzte Kraftstoffmasse aus dem Sauerstoffgehalt der Luftmenge ermittelt wird.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines mit einer Kraftstoffeinspritzung und einer Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung eines solchen Verbrennungsmotors anzugeben.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor, der ein Kraftfahrzeug antreibt und der insbesondere ein Diesel- oder ein Ottomotor ist. Der Verbrennungsmotor weist eine Kraftstoffeinspritzung auf und kann einen oder mehrere Zylinder umfassen, wobei jedem Zylinder mindestens ein Einspritzventil zur Zuführung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Zylinders zugeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Direkteinspritzung.
• Weiter ist der Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführung ausgestattet. Durch die Abgasrückführung kann ein Teil der Abgase des Verbrennungsmotors aus dem Abgastrakt über eine Abgasrückführungsleitung in den Ansaugtrakt zurückgeführt werden, wodurch insbesondere eine Verringerung des Schadstoffausstoßes erreichbar ist. Vorzugsweise verfügt der Verbrennungsmotor über einen Abgas-Turbolader. Der Turbolader weist eine Turbine auf, die im Abgasstrom angeordnet ist und die einen im Ansaugtrakt angeordneten Kompressor antreibt, der zur Verdichtung der dem Motor zugeführten Ladeluft dient, die ein Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas sein kann. Hierdurch kann eine Leistungssteigerung erreicht werden. Die Abgasrückführung ist vorzugsweise eine Niederdruck-Abgasrückführung, wobei stromabwärts der Turbine des Turboladers Abgas entnommen und stromaufwärts des Kompressors des Turboladers der angesaugten Ladeluft zugeführt wird.
• Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Verzögerungsphase, d.h. unter solchen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors, bei denen keine Motorleistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs gefordert ist, ein geschlossener Abgasrückführungskreislauf ausgebildet. In einem solchen geschlossenen Kreislauf erfolgt eine vollständige Abgasrückführung aus dem Abgastrakt des Verbrennungsmotors in dessen Ansaugtrakt. Hierfür werden entsprechende Ventile in eine solche Stellung gebracht, dass der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch eine Abgasrückführungsleitung in den Ansaugtrakt geführt wird und im Ansaugtrakt keine Frischluftzufuhr erfolgt. Solange der geschlossene Kreislauf besteht, ist daher in diesem eine Luftmenge eingeschlossen, die nicht in Austausch mit der Umgebungsluft steht. Da in der Verzögerungsphase der Verbrennungsmotor durch die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben wird, findet eine Strömung der eingeschlossenen Luftmenge innerhalb des geschlossenen Kreislaufs statt. Hier und im Folgenden ist von „Luft“ die Rede, wobei das eingeschlossene Gas gemeint ist, das insbesondere auch das durch Verbrennung entstehende Abgas enthält.
• Erfindungsgemäß wird die in dem geschlossenen Abgasrückführungskreislauf eingeschlossene Luftmasse ermittelt, d.h. es wird die Masse der eingeschlossenen Luftmenge bestimmt. Hierfür können Sensorsignale zur Erfassung entsprechender Messgrößen ausgewertet werden und das bekannte, typspezifisch vorgegebene Volumen des geschlossenen Kreislaufs sowie ggf. weitere Parameter berücksichtigt werden. Die Erfassung der Messgrößen sowie die Bestimmung der eingeschlossenen Luftmasse kann unmittelbar nach Schaffung des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs oder zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise während der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte, solange der Abgasrückführungskreislauf geschlossen ist.
• Weiter wird erfindungsgemäß zu einem ersten Zeitpunkt mindestens ein erster Sauerstoffgehalt der eingeschlossenen Luftmenge erfasst. Aus dem erfassten Sauerstoffgehalt kann auf den durch Verbrennung des Kraftstoffs verbrauchten Sauerstoffanteil und damit unter Berücksichtigung der in den Kreislauf eingeschlossenen Luftmasse auf eine verbrannte Kraftstoffmasse geschlossen werden. Sodann wird in einer Testeinspritzung mit einem Einspritzventil, das einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet ist, in den Zylinder Kraftstoff eingespritzt, vorzugsweise eine kleine Menge Kraftstoff. Die übrigen Einspritzventile des Verbrennungsmotors werden dabei nicht zur Kraftstoffeinspritzung angesteuert. Der durch die Testeinspritzung zugeführte Kraftstoff wird innerhalb des geschlossenen Kreislaufs verbrannt, beispielsweise im Verbrennungsraum des betreffenden Zylinders oder auch mittels eines innerhalb des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs befindlichen Katalysators des Abgastrakts. Der verbrannte Kraftstoff verbleibt in dem geschlossenen Kreislauf und kann sich darin verteilen. Weiter wird nach Durchführung der Testeinspritzung zu einem zweiten Zeitpunkt mindestens ein zweiter Sauerstoffgehalt der eingeschlossenen Luftmenge erfasst. Hieraus kann auf den zum zweiten Zeitpunkt durch Kraftstoffverbrennung verbrauchten Sauerstoffgehalt und somit, unter Berücksichtigung der in dem geschlossenen Kreislauf eingeschlossenen Luftmasse, auf die zu diesem Zeitpunkt verbrannte Kraftstoffmasse geschlossen werden. Nach dem zweiten Zeitpunkt oder auch zu einem späteren Zeitpunkt, etwa mit dem Ende der Verzögerungsphase, kann der geschlossene Abgasrückführungskreislauf wieder geöffnet werden, d.h. die Frischluftzufuhr und die Abgasrückführung werden wieder dem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors entsprechend eingestellt.
• Erfindungsgemäß wird aus der Masse der eingeschlossenen Luftmenge sowie dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Sauerstoffgehalt die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt. Insbesondere wird unter Berücksichtigung der Masse der eingeschlossenen Luftmenge aus dem mindestens einen ersten Sauerstoffgehalt auf die zum ersten Zeitpunkt verbrannte Kraftstoffmasse und aus dem mindestens einen zweiten Sauerstoffgehalt auf die zum zweiten Zeitpunkt verbrannte Kraftstoffmasse geschlossen, wobei die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse die Differenz zwischen den derart ermittelten verbrannten Kraftstoffmassen ist. Da die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die entsprechende Kraftstoffmasse angegeben werden kann, ist im Folgenden auch von „Kraftstoffmenge“ die Rede.
• Dadurch, dass in einem geschlossenen Abgasrückführungskreislauf zu einem Zeitpunkt vor einer Testeinspritzung und zu einem Zeitpunkt nach einer Testeinspritzung jeweils mindestens ein Sauerstoffgehalt gemessen wird, kann somit auf den verbrauchten Sauerstoffanteil in der eingeschlossenen Luftmenge geschlossen werden und dadurch auf die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Ermittlung der bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge möglich. Insbesondere kann die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ohne Verwendung eines Massenflusssensors ermittelt werden; hierdurch kann die eingespritzte Kraftstoffmasse besonders genau bestimmt werden, weil die eingeschlossene Luftmasse häufig genauer als der Massenfluss bestimmt werden kann. Die derart ermittelte Kraftstoffmenge kann für eine verbesserte Steuerung des Verbrennungsmotors und/oder von Zusatzaggregaten des Verbrennungsmotors genutzt werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Abgastrakt des Verbrennungsmotors ein stromabwärts einer Abzweigung einer Abgasrückführungsleitung angeordnetes Abgasventil auf, der Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors weist ein Ansaugdrosselventil auf und die Abgasrückführungsleitung ein Abgasrückführungsventil. Hierbei wird zum Ausbilden eines geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs das Abgasventil derart angesteuert, dass derjenige Zweig des Abgastrakts, durch den das Abgas in die Umgebung austritt, vollständig verschlossen wird, so dass der gesamte Abgasstrom in die Abgasrückführungsleitung geführt wird. Weiter wird das Ansaugdrosselventil zum vollständigen Verschließen der Ansaugleitung angesteuert, so dass keine Frischluftzufuhr erfolgt, und das Abgasrückführungsventil wird geöffnet. Alternativ kann im Ansaugtrakt ein Dreiwegeventil vorgesehen sein; in diesem Fall wird zum Ausbilden des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs das Dreiwegeventil derart angesteuert, dass die Frischluftzufuhr vollständig verschlossen ist und die Abgasrückführungsleitung vollständig geöffnet ist. Auch hierbei ist das Abgasventil in einer solchen Stellung, dass der Austritt des Abgases aus dem Abgastrakt in die Umgebung vollständig verschlossen ist. Auf diese Weise kann mit den zur Steuerung der Abgasrückführung und der Frischluftzufuhr vorgesehenen Ventilen ein geschlossener Abgasrückführungskreislauf ausgebildet werden.
• Vorzugsweise wird die Masse der in dem geschlossenen Abgasrückführungskreislauf eingeschlossenen Luftmenge mittels mindestens eines Drucksensors und mindestens eines Temperatursensors ermittelt. Weiter können das bekannte Volumen des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs und der volumetrische Wirkungsgrad der Zylinder des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Der Drucksensor und der Temperatursensor sind vorzugsweise im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnet, insbesondere im Ansaugstutzen. Zur Steuerung des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems des Verbrennungsmotors können ein oder mehrere weitere Temperatursensoren vorhanden sein, beispielsweise im Abgastrakt und/oder in der Abgasrückführungsleitung. Sofern eine Mehrzahl von Druck- und/oder Temperatursensoren vorhanden sind, können diese in vorteilhafter Weise jeweils zur Ermittlung der Masse eines entsprechenden Teilvolumens der eingeschlossenen Luftmenge genutzt werden. Bei der Bestimmung der Masse des innerhalb des oder der Zylinder des Verbrennungsmotors befindlichen Luftvolumens kann der volumetrische Wirkungsgrad der Zylinder berücksichtigt werden. Auf diese Weise ist eine besonders genaue Bestimmung der eingeschlossenen Luftmasse möglich.
• In bevorzugter Weise wird nach Ausbildung des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs und vor der Ermittlung des mindestens einen ersten Sauerstoffgehalts eine erste Wartezeit eingehalten. Diese Wartezeit ist insbesondere derart bestimmt, dass der Verbrennungsmotor eine ausreichende Anzahl von Umdrehungen ausgeführt hat, um die in dem geschlossenen Kreislauf eingeschlossene und in diesem zirkulierende Luftmenge gleichmäßig zu durchmischen. Dabei kann eine ungleichmäßige Befüllung des Zylinders, in den die Testeinspritzung durchgeführt worden ist, zur gleichmäßigen Durchmischung beitragen, ebenso wie bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern die übrigen Zylinder. Alternativ oder zusätzlich kann nach Durchführung der Testeinspritzung und vor der Ermittlung des mindestens einen zweiten Sauerstoffgehalts eine zweite Wartezeit eingehalten werden, innerhalb derer der Verbrennungsmotor ebenfalls genügend Umdrehungen ausgeführt hat, um die in dem geschlossenen Kreislauf eingeschlossene Luftmenge gleichmäßig zu durchmischen. In besonders bevorzugter Weise sind sowohl eine erste als auch eine zweite Wartezeit vorgesehen. Hierdurch ist eine genauere Erfassung des Sauerstoffgehalts der eingeschlossenen Luftmenge und damit eine genauere Bestimmung der eingespritzten Kraftstoffmasse möglich.
• Vorzugsweise werden der erste und der zweite Sauerstoffgehalt mittels mindestens eines im Abgastrakt und/oder mindestens eines im Ansaugtrakt angeordneten Sauerstoffsensors, beispielsweise jeweils einer Lambdasonde, erfasst. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste und der zweite Sauerstoffgehalt der eingeschlossenen Luftmenge durch einen im Abgastrakt angeordneten Sauerstoffsensor und zusätzlich durch einen im Ansaugtrakt angeordneten Sauerstoffsensor gemessen werden. Vorzugsweise ist der Sauerstoffsensor bzw. die Lambdasonde im Abgastrakt stromaufwärts eines Katalysators angeordnet. Der Sauerstoffsensor bzw. die Lambdasonde im Ansaugtrakt ist vorzugsweise im Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors angeordnet. Hierdurch können jeweils zwei unabhängige Messungen des ersten und des zweiten Sauerstoffgehalts der eingeschlossenen Luftmenge durchgeführt werden, die eine redundante Bestimmung der bei der Testeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglichen. In besonders vorteilhafter Weise kann es vorgesehen sein, dass aus den jeweils ermittelten Kraftstoffmassen ein Mittelwert gebildet wird. Hierdurch kann die tatsächlich zugeführte Kraftstoffmenge mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bei einem Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Einspritzventilen, die insbesondere einer Mehrzahl von Zylindern zugeordnet sind, die Messung des ersten Sauerstoffgehalts, die Testeinspritzung und die Messung des zweiten Sauerstoffgehalts sowie die darauf beruhende Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge für jedes Einspritzventil des Verbrennungsmotors durchgeführt, wobei mit den jeweils übrigen Einspritzventilen zwischen der Messung des ersten Sauerstoffgehalts und der des zweiten Sauerstoffgehalts kein Kraftstoff eingespritzt wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass nach Schaffung des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs die genannten Schritte für mehrere oder für alle Einspritzventile des Verbrennungsmotors nacheinander durchgeführt werden, bevor der geschlossene Abgasrückführungskreislauf wieder geöffnet wird. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der geschlossene Abgasrückführungskreislauf ausgebildet wird, die genannten Schritte für ein erstes Einspritzventil durchgeführt werden, danach der geschlossene Abgasrückführungskreislauf wieder geöffnet wird und die eingespritzte Kraftstoffmenge für das erste Einspritzventil ermittelt wird; nach einer jeweiligen Wartezeit von einigen Umdrehungen des Verbrennungsmotors, besonders bevorzugt in einer jeweiligen weiteren Verzögerungsphase, wird in entsprechender Weise zur Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge für jedes weitere Einspritzventil des Verbrennungsmotors verfahren. Hierdurch kann für alle Einspritzventile des Verbrennungsmotors die eingespritzte Kraftstoffmenge genau ermittelt werden.
• Vorzugsweise wird ein Abgasnachbehandlungssystem des Verbrennungsmotors aufgrund der wie beschrieben ermittelten, bei einer Testeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmasse bzw. der für jedes Einspritzventil des Verbrennungsmotors ermittelten jeweiligen eingespritzten Kraftstoffmasse gesteuert. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass diese zur Ermittlung der bei mindestens einer weiteren Einspritzung, insbesondere bei den Einspritzungen im Normalbetrieb, tatsächlich zugeführten Kraftstoffmasse verwendet wird. So kann häufig angenommen werden, dass die bei einer Einspritzung im Normalbetrieb tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse gegenüber einer Soll-Kraftstoffmasse etwa im gleichen Verhältnis verändert ist wie die bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse gegenüber einer Soll-Kraftstoffmasse der Testeinspritzung. Die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglicht eine verbesserte Ansteuerung eines Abgasnachbehandlungssystems des Verbrennungsmotors und damit eine Verringerung der Schadstoffemissionen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aus mindestens einem Einspritzparameter der Testeinspritzung und aus der ermittelten Kraftstoffmasse, die bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzt worden ist, eine Korrektur des mindestens einen Einspritzparameters ermittelt. Diese ist insbesondere derart bestimmt, dass mit einem entsprechend korrigierten Einspritzparameter die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse einer Soll-Kraftstoffmasse der Testeinspritzung gleich wäre. Diese Korrektur wird bei mindestens einer weiteren Einspritzung, insbesondere bei den Einspritzungen, die nach dem Ende der Verzögerungsphase im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors erfolgen, verwendet, um den mindestens einen Einspritzparameter der mindestens einen weiteren Einspritzung derart anzupassen, dass die tatsächlich in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmasse der jeweils aus dem geforderten Drehmoment und den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ermittelten Soll-Kraftstoffmasse gleich ist oder dieser zumindest nahekommt. Insbesondere kann dann, wenn für alle Einspritzventile des Verbrennungsmotors die bei einer jeweiligen Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt worden ist, für jedes Einspritzventil eine eigene Korrektur ermittelt werden, die jeweils zur entsprechenden Anpassung des mindestens einen Einspritzparameters bei den Einspritzungen im Normalbetrieb verwendet wird. Hierdurch kann eine verbesserte Steuerung des Verbrennungsmotors und insbesondere ein sparsamerer Betrieb erreicht werden. Wenn für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors bei dem mindestens einen dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Einspritzventil eine entsprechende Anpassung des mindestens einen Einspritzparameters erfolgt, kann zudem die Erzeugung von ungleichen Drehmomenten durch die einzelnen Zylinder und damit die Entstehung von Drehschwingungen vermieden werden.
• Insbesondere kann der mindestens eine Einspritzparameter die Einspritzdauer sein. Die bei der Testeinspritzung tatsächlich dem Verbrennungsraum zugeführte Kraftstoffmenge hängt u.a. vom Durchfluss, d.h. von der pro Zeiteinheit durch das Einspritzventil fließenden Kraftstoffmenge, und der Einspritzdauer ab. Die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge kann insbesondere dadurch von einer vorgegebenen Soll-Kraftstoffmenge abweichen, dass der Durchfluss von einem nominellen Wert abweicht, etwa aufgrund von Ablagerungen in der Einspritzdüse. Da auch die im Betrieb des Verbrennungsmotors zum Antrieb des Kraftfahrzeugs eingespritzte Kraftstoffmenge vom Durchfluss abhängt, kann hierdurch in den meisten Fällen auf eine Abweichung der im Betrieb tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge von einer Soll-Kraftstoffmenge geschlossen werden. Durch eine entsprechende Korrektur bzw. Anpassung der Einspritzdauer kann daher auf einfache Weise eine Abweichung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge korrigiert werden, so dass eine jeweilige Soll-Kraftstoffmenge bei den nachfolgenden Einspritzungen im Betrieb des Verbrennungsmotors mit einer größeren Genauigkeit tatsächlich erreicht wird.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, der eine Kraftstoffeinspritzung und eine Abgasrückführung aufweist, umfasst eine Steuerungseinrichtung, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Steuerung des Verbrennungsmotors eingerichtet ist. Hierfür kann die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils sowie einerseits eines Ansaugdrosselventils und eines Abgasrückführungsventils oder andererseits eines Dreiwegeventils im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors ausgebildet sein, um in einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeugs einen geschlossenen Abgasrückführungskreislauf zu schaffen. Weiter ist die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung mindestens eines Einspritzventils des Zylinders zur Durchführung einer TestEinspritzung ausgebildet. Ferner ist die Steuerungseinrichtung zur Erfassung der Sensorsignale eines im Ansaugtrakt und/oder eines im Abgastrakt angeordneten Sauerstoffsensors, insbesondere einer Lambdasonde, sowie eines Drucksensors und eines Temperatursensors, die beispielsweise im Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors angeordnet sind, und zur Ermittlung der bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse aus der Masse der eingeschlossenen Luftmenge sowie dem ersten und dem zweiten Sauerstoffgehalt eingerichtet. Die Steuerungseinrichtung kann Prozessormittel zur Berechnung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge umfassen. Die Steuerungseinrichtung kann Teil einer elektronischen Motorsteuerung des Verbrennungsmotors sein und beispielsweise auch zur Detektion einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die Vorrichtung zur Steuerung des Verbrennungsmotors kann weiterhin die Sensoren zur Erfassung des ersten und des zweiten Sauerstoffgehalts sowie zur Ermittlung der eingeschlossenen Luftmasse umfassen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgasrückführungssystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
• 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abgasrückführungssystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
• 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• In den 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele eines Abgasrückführungssystems eines Kraftfahrzeugs gezeigt, wobei das Abgasrückführungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Das Abgasrückführungssystem ist dabei jeweils als Niederdruckabgasrückführung ausgebildet.
• Wie in 1 beispielhaft symbolisch dargestellt, ist ein Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgasturbolader ausgestattet, der einen Kompressor 2 und eine Turbine 3 umfasst. Die im Abgastrakt 4 des Verbrennungsmotors 1 angeordnete Turbine 3 wird vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors 1 durchlaufen und dadurch angetrieben. Über eine in 1 nicht dargestellte Turbinenwelle treibt die Turbine 3 den im Ansaugtrakt 5 angeordneten Kompressor 2 an, der dem Verbrennungsmotor 1 komprimierte Ladeluft zuführt.
• Von der Turbine 3 des Turboladers gelangt das Abgas durch eine Abgasleitung 6 in ein Abgasnachbehandlungssystem, das im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Katalysator 7 gebildet wird. Die Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung 6 ist in 1 durch den Pfeil 8 dargestellt. Stromabwärts des Katalysators 7 zweigt von der Abgasleitung 6 eine Abgasrückführungsleitung 9 ab, durch die ein Anteil des Abgases in den Ansaugtrakt 5 des Verbrennungsmotors 1 rückgeführt werden kann; die Strömungsrichtung des rückgeführten Abgasanteils ist durch den Pfeil 10 gekennzeichnet. Der restliche Anteil des Abgases strömt durch die Abgasleitung 6 in Richtung des Pfeils 11 weiter durch den Abgastrakt 4, ggf. durch ein weiteres Abgasnachbehandlungssystem, und wird schließlich an die Umgebung abgegeben. Stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführungsleitung 9 ist an der Abgasleitung 10 ein Abgasventil 12 angeordnet, das von einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung zur Einstellung des rückgeführten Abgasanteils angesteuert werden kann.
• Die Abgasrückführungsleitung 9 mündet stromaufwärts des Kompressors 2 in eine Ansaugleitung 13, so dass das rückgeführte Abgas zusammen mit der über die Ansaugleitung 13 angesaugten Frischluft dem Kompressor 2 zugeführt wird. Der Kompressor 2 komprimiert das Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas und führt dieses als komprimierte Ladeluft über eine Ladeluftzuführung 14 und einen Ansaugstutzen 15 dem Verbrennungsmotor 1 zu. An der Ansaugleitung 13 ist stromaufwärts der Einmündung der Abgasrückführungsleitung 9 ein Ansaugdrosselventil 16 angeordnet, und an der Abgasrückführungsleitung 9 ist stromaufwärts der Einmündung in die Ansaugleitung 13 ein Abgasrückführungsventil 17 angeordnet. Das Ansaugdrosselventil 16 und das Abgasrückführungsventil 17 können von der Steuerungseinrichtung zur Einstellung des Frischluftanteils und des Abgasanteils und damit des Mischungsverhältnisses von Frischluft und Abgas in der dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Ladeluft angesteuert werden. Wie in 1 symbolisch angedeutet ist, ist im Ansaugstutzen 15 eine Mehrzahl von Ladeluftsensoren 18 angeordnet, die zumindest die Temperatur, den Druck und den Sauerstoffgehalt der dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten komprimierten Ladeluft erfassen. Die Ladeluftsensoren 18 umfassen insbesondere einen Temperatursensor, einen Drucksensor und eine Lambdasonde. Weiter ist an der Abgasleitung 6 stromabwärts der Turbine 3 und stromaufwärts des Katalysators 7 eine weitere Lambdasonde 19 zur Erfassung des Sauerstoffgehalts des Abgases angeordnet. Die Ladeluftsensoren 18 und die im Abgasstrom angeordnete weitere Lambdasonde 19 sind mit der in 1 nicht gezeigten Steuerungseinrichtung verbunden.
• Bei dem in 2 ebenfalls symbolisch dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines Abgasrückführungssystems ist anstelle des Ansaugdrosselventils 16 und des Abgasrückführungsventils 17 ein Dreiwegeventil 20 vorgesehen, das an der Einmündung der Abgasrückführungsleitung 9 in die Ansaugleitung 13 angeordnet ist. Das Dreiwegeventil 20 kann zur Einstellung des Mischungsverhältnisses von Frischluft und rückgeführtem Abgas in der Ladeluft von der nicht dargestellten Steuerungseinrichtung angesteuert werden. Im Übrigen ist das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel wie das in 1 gezeigte ausgebildet.
• In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in vereinfachter Form in einem Flussdiagramm dargestellt. Wenn beispielsweise aufgrund des Signals eines Geschwindigkeitssensors des Kraftfahrzeugs und der Stellung des Gaspedals sowie ggf. des Bremspedals des Kraftfahrzeugs festgestellt wird, dass sich das Kraftfahrzeug in einer Verzögerungs- bzw. Schubphase befindet, so wird ein geschlossener Abgasrückführungskreislauf hergestellt, d.h. ein Abgasrückführungskreislauf mit einer Abgasrückführung von 100%. Hierfür wird von der Steuerungseinrichtung das Abgasventil 12 geschlossen (s. 1 und 2). In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Ansaugdrosselventil 16 geschlossen und das Abgasrückführungsventil 17 geöffnet; bei der Ausführungsform gemäß 2 wird das Dreiwegeventil 20 so angesteuert, dass die Ansaugleitung 13 einlassseitig geschlossen und die Abgasrückführungsleitung 9 geöffnet ist.
• Nach einer ersten Wartezeit t₁, die einige Umdrehungen des Verbrennungsmotors umfasst, so dass die in dem geschlossenen Abgasrückführungskreislauf eingeschlossene Luftmenge gleichmäßig durchmischt ist, wird die Masse m_circ der eingeschlossenen Luftmenge aus dem allgemeinen Gasgesetz für ideale Gase abgeschätzt: $${\text{m}}_{\text{circ}}=\text{p V}/\text{R T},$$

  

  wobei R die spezifische Gaskonstante ist. Der Druck p und die Temperatur T werden mittels der Ladeluftsensoren 18 gemessen. Das Volumen V des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs ist bekannt, wobei der ebenfalls bekannte volumetrische Wirkungsgrad der Zylinder des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird. Die Bestimmung der Luftmasse m_circ kann auch zu einem anderen Zeitpunkt erfolgen. Weiter werden der Sauerstoffanteil O_2,exh1 (in Prozent) im Abgastrakt 4 mittels der Lambdasonde 19 sowie der Sauerstoffanteil O_2,man1 (in Prozent) im Ansaugtrakt 5 mittels der Lambdasonde der Ladeluftsensoren 18 gemessen. Hieraus wird jeweils der verbrauchte Sauerstoffanteil der eingeschlossenen Luftmenge im Abgastrakt (f_exh1) sowie im Ansaugtrakt (f_man1) gemäß $${\text{f}}_{\text{exh1}}=1-{\text{O}}_{\mathrm{2,}\text{exh1}}/21$$

  

  $${\text{f}}_{\text{man}}=1-{\text{O}}_{\mathrm{2,}\text{man1}}/21$$

  

  berechnet.
• Es wird nun eine Testeinspritzung in einen Zylinder des Verbrennungsmotors durchgeführt, wobei die Einspritzparameter bekannt sind und insbesondere die Einspritzdauer T_inj,test zum Zuführen einer Soll-Kraftstoffmasse m_test,soll gewählt ist. Nach einer zweiten Wartezeit t₂, die wieder einige Umdrehungen des Verbrennungsmotors umfasst, so dass die in dem geschlossenen Abgasrückführungskreislauf eingeschlossene Luftmenge gleichmäßig durchmischt ist und eine entsprechende Verbrennung stattgefunden hat, werden mit der Lambdasonde 19 der Sauerstoffanteil O_2,exh2 im Abgastrakt 4 und mit der Lambdasonde der Ladeluftsensoren 18 der Sauerstoffanteil O_2,man2 im Ansaugtrakt 5 gemessen. Hieraus werden jeweils der verbrauchte Sauerstoffanteil der eingeschlossenen Luftmenge im Abgastrakt (f_exh1) bzw. im Ansaugtrakt (f_man1) $${\text{f}}_{\text{exh2}}=1-{\text{O}}_{\text{2}\text{,exh2}}/21$$

  

  $${\text{f}}_{\text{man2}}=1-{\text{O}}_{\mathrm{2,}\text{man2}}/21$$

  

  und daraus jeweils eine bei der Testeinspritzung tatsächlich zugeführte Kraftstoffmasse berechnet: $${\text{m}}_{\text{fuel}\text{,exh}}=\left({\text{f}}_{\text{exh2}}-{\text{f}}_{\text{exh1}}\right){\text{m}}_{\text{circ}}/\left(1+{\mathrm{\phi }}_{\text{stoech}}\right)$$

  

  $${\text{m}}_{\text{fuel}\text{,man}}=\left({\text{f}}_{\text{exh}2}-{\text{f}}_{\text{exh1}}\right){\text{m}}_{\text{circ}}/\left(1+{\mathrm{\phi }}_{\text{stoech}}\right)$$

  

  wobei φ_stoech das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Aus den beiden auf diese Weise ermittelten Werten kann die tatsächlich zugeführte Kraftstoffmasse m_fuel genauer bestimmt werden, beispielsweise durch Mittelwertbildung: $${\text{m}}_{\text{fuel}}=\left({\text{m}}_{\text{fuel},\text{exh}}+{\text{m}}_{\text{fuel},\text{man}}\right)/2$$

  
• Hieraus wird ein Korrekturfaktor $${\text{F}}_{\text{corr}}={\text{m}}_{\text{fuell}}/{\text{m}}_{\text{test},\text{soll}}$$

  

  ermittelt, der angibt, um welchen Faktor die tatsächlich zugeführte Kraftstoffmenge gegenüber der Soll-Kraftstoffmenge verändert ist.
• Ist nun die Verzögerungsphase beendet, beispielsweise durch Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs, so werden das Abgasventil 12 sowie das Ansaugdrosselventil 16 und das Abgasrückführungsventil 17 (s. 1) bzw. das Dreiwegeventil 20 (s. 2) so angesteuert, wie es dem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors entspricht, d.h. in der Regel für eine teilweise Abgasrückführung. Für eine Einspritzung in den Verbrennungsraum des Zylinders wird aus dem geforderten Drehmoment und der momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors eine zuzuführende Soll-Kraftstoffmasse und eine dieser entsprechende Einspritzdauer T_inj,soll ermittelt. Diese wird mit dem Korrekturfaktor korrigiert, um eine korrigierte bzw. angepasste Einspritzdauer T_inj zu ermitteln: $${\text{T}}_{\text{inj}}={\text{T}}_{\text{inj},\text{soll}}/{\text{F}}_{\text{corr}}$$

  
• Diese Korrektur wird für den Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, d.h. für den Betrieb außerhalb der Verzögerungsphase, verwendet und die Einspritzungen jeweils mit einer angepassten Einspritzdauer T_inj durchgeführt. Auf diese Weise kann insbesondere eine Verringerung des Durchflusses eines Einspritzventils durch eine entsprechende Verlängerung der Einspritzdauer ausgeglichen werden.
• Entsprechende Korrekturfaktoren können nacheinander für alle Zylinder des Verbrennungsmotors ermittelt und bei der Einspritzung im Normalbetrieb berücksichtigt werden. Das beschriebene Verfahren kann regelmäßig wiederholt werden, beispielsweise kann nach einer Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs, innerhalb derer eine Veränderung des Durchflusses eines Einspritzventils auftreten kann, eine erneute Durchführung des Verfahrens bei Detektion einer Verzögerungsphase gestartet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Verbrennungsmotor

2

Kompressor

3

Turbine

4

Abgastrakt

5

Ansaugtrakt

6

Abgasleitung

7

Katalysator

8

Pfeil

9

Abgasrückführungsleitung

10

Pfeil

11

Pfeil

12

Abgasventil

13

Ansaugleitung

14

Ladeluftzuführung

15

Ansaugstutzen

16

Ansaugdrosselventil

17

Abgasrückführungsventil

18

Ladeluftsensoren

19

Lambdasonde

20

Dreiwegeventil

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung eines mit einer Kraftstoffeinspritzung und einer Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei in einer Verzögerungsphase ein geschlossener Abgasrückführungskreislauf ausgebildet wird, eine Masse (m_circ) einer darin eingeschlossenen Luftmenge bestimmt wird, ein erster Sauerstoffgehalt (O_2,exh1, O_2,man1) der Luftmenge erfasst wird, mit einem Einspritzventil eine Testeinspritzung durchgeführt wird, der durch die Testeinspritzung zugeführte Kraftstoff innerhalb des geschlossenen Kreislaufs verbrannt wird, ein zweiter Sauerstoffgehalt (O_2,exh2, O_2,man2) der Luftmenge erfasst wird und aus der Masse (m_circ) der Luftmenge sowie dem ersten und dem zweiten Sauerstoffgehalt (O_2,exh1, O_2,man1, O_2,exh2, O_2,man2) die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse (m_fuel) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasventil (12) sowie einerseits ein Ansaugdrosselventil (16) und ein Abgasrückführungsventil (17) oder andererseits ein Dreiwegeventil (20) des Ansaugtrakts (5) zum Ausbilden des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs angesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (m_circ) der eingeschlossenen Luftmenge mittels mindestens eines Drucksensors und mindestens eines Temperatursensors ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausbildung des geschlossenen Abgasrückführungskreislaufs und vor der Erfassung des ersten Sauerstoffgehalts (O_2,exh1, O_2,man1) eine erste Wartezeit t₁ und/oder nach Durchführung der Testeinspritzung und vor Erfassung des zweiten Sauerstoffgehalts (O_2,exh2, O_2,man2) eine zweite Wartezeit t₂ eingehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Sauerstoffgehalt (O_2,exh1, O_2,man1, O_2,exh2, O_2,man2) mittels mindestens eines Sauerstoffsensors im Abgastrakt (4) und/oder mindestens eines Sauerstoffsensors im Ansaugtrakt (5) gemessen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Sauerstoffgehalt (O_2,exh1, O_2,exh2) im Abgastrakt (4) und aus dem Sauerstoffgehalt (O_2,man1, O_2,man2) im Ansaugtrakt (5) jeweils eine bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse (mf_uel,exh, m_fuel,man) errechnet wird und zur Ermittlung der bei der Testeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmasse (m_fuel) ein Mittelwert gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) eine Mehrzahl von Einspritzventilen aufweist und dass die bei einer jeweiligen Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse (m_fuel) für jedes Einspritzventil ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasnachbehandlungssystem des Verbrennungsmotors (1) aufgrund der ermittelten Kraftstoffmasse (m_fuel) gesteuert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einem Einspritzparameter der Testeinspritzung und aus der ermittelten Kraftstoffmasse (m_fuel) eine Korrektur des mindestens einen Einspritzparameters zur Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmasse (m_fuel) an eine Soll-Kraftstoffmasse (m_test,soll) ermittelt wird und dass bei mindestens einer weiteren Einspritzung das Einspritzventil gemäß der ermittelten Korrektur angesteuert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einspritzparameter die Einspritzdauer (T_inj) ist.
11. Vorrichtung zur Steuerung eines mit einer Kraftstoffeinspritzung und einer Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

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