DE102022121800A1 - Method for controlling an injection quantity of fuel into respective cylinders of a common rail internal combustion engine of a motor vehicle, control device and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Einspritzmenge eines Kraftstoffs in jeweilige Zylinder eines Common-Rail-Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, bei welchem anhand eines gemessenen Drucks des Kraftstoffs in einem gemeinsamen Verteilerrohr des Verbrennungsmotors und einer ermittelten Saug- oder Druckphase einer Hochdruckpumpe, mittels welcher der Druck des Kraftstoffs in dem Verteilerrohr aufgebaut wird, eine Prognose für einen Druckverlauf ab einem definierten Einspritzstartzeitpunkt ermittelt wird (V1), zu dem definierten Einspritzstartzeitpunkt ein Einspritzventil geöffnet wird, über welches Kraftstoff aus dem Verteilerrohr in wenigstens einen Zylinder strömt (V2), und zum Einstellen der Einspritzmenge des Kraftstoffs eine Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von der Prognose für den Druckverlauf und einer vorgegebenen Soll-Einspritzmenge gewählt wird (V3).The invention relates to a method for controlling an injection quantity of fuel into respective cylinders of a common rail internal combustion engine of a motor vehicle, in which based on a measured pressure of the fuel in a common distributor pipe of the internal combustion engine and a determined suction or pressure phase of a high-pressure pump, by means of which the Pressure of the fuel is built up in the distributor pipe, a forecast for a pressure curve from a defined injection start time is determined (V1), at the defined injection start time an injection valve is opened, via which fuel flows from the distributor pipe into at least one cylinder (V2), and for Setting the injection quantity of fuel, an opening duration of the injection valve is selected depending on the forecast for the pressure curve and a predetermined target injection quantity (V3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Einspritzmenge eines Kraftstoffs in jeweilige Zylinder eines Common-Rail-Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät.The invention relates to a method for controlling an injection quantity of fuel into respective cylinders of a common rail internal combustion engine of a motor vehicle, a control device for a motor vehicle and a motor vehicle with a control device.
Aus der
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders präzises Steuern einer Einspritzmenge eines Kraftstoffs in jeweilige Zylinder eines Common-Rail-Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.The object of the present invention is to create a solution which enables particularly precise control of an injection quantity of fuel into respective cylinders of a common rail internal combustion engine of a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.This task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures. Features, advantages and possible configurations set out in the description for one of the subject matter of the independent claims are at least analogous to the features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and any possible combination of the subject matter of the independent claims, if applicable in conjunction with one or more of the subclaims.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Einspritzmenge eines Kraftstoffs in jeweilige Zylinder eines Common-Rail-Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Der Common-Rail-Verbrennungsmotor umfasst eine Common-Rail-Einspritzung als ein Einspritzsystem, welche auch als Speichereinspritzung bezeichnet wird. Hierbei wird mittels einer Hochdruckpumpe der Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau gebracht. Das bedeutet, dass mittels der Hochdruckpumpe der Druck des Kraftstoffs in dem Verteilerrohr aufgebaut wird. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, das bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht. Beim Common-Rail-Verbrennungsmotor wird ein gemeinsamer Kraftstoff-Hochdruckspeicher, insbesondere in Form eines Verteilerrohrs, verwendet, an den Einspritzdüsen bzw. Einspritzventile, welche auch als Injektoren bezeichnet werden, zur Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff angeschlossen sind. Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge werden durch eine elektronische Motorsteuerung geregelt. Diese elektronische Motorsteuerung betätigt elektrisch die jeweiligen Einspritzventile zylinderindividuell.The invention relates to a method for controlling an injection quantity of fuel into respective cylinders of a common rail internal combustion engine of a motor vehicle. The common rail internal combustion engine includes common rail injection as an injection system, which is also referred to as storage injection. The fuel is brought to a high pressure level using a high-pressure pump. This means that the pressure of the fuel is built up in the distributor pipe using the high-pressure pump. The pressurized fuel fills a piping system that is constantly under pressure when the engine is running. In the common rail internal combustion engine, a common high-pressure fuel reservoir is used, in particular in the form of a distributor pipe, to which injection nozzles or injection valves, which are also referred to as injectors, are connected to supply the cylinders with fuel. The injection timing and quantity are regulated by an electronic engine control system. This electronic engine control electrically actuates the respective injection valves for each cylinder.
Bei dem Verfahren zum Steuern der Einspritzmenge wird anhand eines gemessenen Drucks des Kraftstoffs in dem gemeinsamen Verteilerrohr des Verbrennungsmotors und anhand einer ermittelten Saug- oder Druckphase, folglich der Arbeitsphase, der Hochdruckpumpe eine Prognose für einen Druckverlauf ab einem definierten Einspritzstartzeitpunkt ermittelt. Das bedeutet, dass der Einspritzstartzeitpunkt vorgegeben wird und für ein Zeitintervall ab diesem Einspritzstartzeitpunkt die Prognose erstellt wird, welche beschreibt, wie sich der Druck in dem gemeinsamen Verteilerrohr höchstwahrscheinlich über das Zeitintervall verhält. Pumpen mit einer endlichen Zahl von Verdrängerelementen, wie Kolben, Flügeln oder Zähnen, liefern durch den periodischen Wechsel zwischen Saug- und Druckphase einen Volumenstrom, der um einen Mittelwert schwankt. Ein jeweiliger Wechsel zwischen Saugphasen und Druckphasen der Hochdruckpumpe kann zu einer Förderstrompulsation und infolgedessen zu einer Druckpulsation in dem Verteilerrohr führen. Das bedeutet, dass ein Förderhub der Hochdruckpumpe eine Druckpulsation in dem Verteilerrohr bewirkt. Diese Druckpulsation führt zu über die Zeit variierenden Volumenströmen von über das Einspritzventil strömendem Kraftstoff. Somit beeinflusst diese Druckpulsation eine tatsächliche Einspritzmenge insbesondere dann, wenn eine Öffnungsdauer der Einspritzventile fest vorgegeben ist. Anhand des aktuell gemessenen Drucks sowie der ermittelten Arbeitsphase der Hochdruckpumpe kann die Prognose besonders gut erstellt werden, welche den Druckverlauf in dem Verteilerrohr über das Zeitintervall schätzt.In the method for controlling the injection quantity, a forecast for a pressure curve from a defined injection start time is determined based on a measured pressure of the fuel in the common distributor pipe of the internal combustion engine and based on a determined suction or pressure phase, hence the working phase, of the high-pressure pump. This means that the injection start time is specified and the forecast is created for a time interval from this injection start time, which describes how the pressure in the common distributor pipe will most likely behave over the time interval. Pumps with a finite number of displacement elements, such as pistons, vanes or teeth, deliver a volume flow that fluctuates around an average value due to the periodic change between suction and pressure phases. A respective change between suction phases and pressure phases of the high-pressure pump can lead to a delivery flow pulsation and, as a result, to a pressure pulsation in the distributor pipe. This means that a delivery stroke of the high-pressure pump causes a pressure pulsation in the distributor pipe. This pressure pulsation leads to volume flows of fuel flowing through the injection valve that vary over time. This pressure pulsation therefore influences an actual injection quantity, particularly if the opening duration of the injection valves is fixed. Based on the currently measured pressure and the determined working phase of the high-pressure pump, the forecast can be created particularly well, which estimates the pressure curve in the distribution pipe over the time interval.
Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass zu dem definierten Einspritzstartzeitpunkt wenigstens ein Einspritzventil geöffnet wird, über welches Kraftstoff aus dem Verteilerrohr in wenigstens einen Zylinder strömt. Weiterhin ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass zum Einstellen der Einspritzmenge des Kraftstoffs eine Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von der Prognose für den Druckverlauf und einer vorgegebenen Soll-Einspritzmenge gewählt wird. Diese Soll-Einspritzmenge kann in einer Speichereinrichtung eines Steuergeräts, insbesondere eines Steuergeräts, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen, hinterlegt sein. Die Öffnungsdauer wird somit derart angepasst, dass über das Einspritzventil die vorgegebene Soll-Einspritzmenge in den zugeordneten Zylinder eingespritzt wird. Da bei variierendem Druck in dem Verteilerrohr ein Massenstrom beziehungsweise ein Volumenstrom des Kraftstoffs, welcher über das Einspritzventil in den Zylinder strömt, ebenfalls variieren, wird bei dem Verfahren die Öffnungsdauer des Einspritzventils derart angepasst, dass über diese Öffnungsdauer die vorgegebene Soll-Einspritzmenge über das Einspritzventil in den zugeordneten Zylinder strömt. Bei dem Verfahren wird somit eine Prognose für den Druckverlauf in dem Verteilerrohr ab einem Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils, und zwar dem definierten Einspritzstartzeitpunkt, erstellt und die Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von der Prognose angepasst, um die vorgegebene Soll-Einspritzmenge zu erreichen. Durch das Anpassen der Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem geschätzten Druckverlauf in dem Verteilerrohr ist ein besonders präzises Einstellen der Einspritzmenge an Kraftstoff in jeweilige Zylinder des Verbrennungsmotors ermöglicht.In the method it is further provided that at the defined injection start time at least one injection valve is opened, via which fuel flows from the distributor pipe into at least one cylinder. Furthermore, it is provided in the method that in order to adjust the injection quantity of fuel, an opening duration of the injection valve is selected depending on the forecast for the pressure curve and a predetermined target injection quantity. This target injection quantity can be stored in a memory device of a control device, in particular a control device that is set up to carry out the method. The opening duration is thus adjusted in such a way that the predetermined target injection quantity is injected into the assigned cylinder via the injection valve. Since a mass flow or a volume flow of the fuel which flows into the cylinder via the injection valve also varies when the pressure in the distributor pipe varies, in the method the opening duration of the injection valve is adjusted in such a way that the predetermined target injection quantity via the injection valve over this opening duration flows into the assigned cylinder. In the method, a forecast is created for the pressure curve in the distributor pipe from an opening time of the injection valve, namely the defined injection start time, and the opening duration of the injection valve is adjusted depending on the forecast in order to achieve the predetermined target injection quantity. By adjusting the opening duration of the injection valve depending on the estimated pressure curve in the distributor pipe, a particularly precise adjustment of the injection quantity of fuel into respective cylinders of the internal combustion engine is made possible.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hochdruckpumpe mittels einer Kurbelwelle angetrieben wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Saug- oder Druckphase der Hochdruckpumpe anhand einer Winkellage der Kurbelwelle und einem hinterlegten Zusammenhang zwischen der Winkellage der Kurbelwelle und der Saug- oder Druckphase der Hochdruckpumpe ermittelt wird. Mit anderen Worten ist die Hochdruckpumpe mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt, wodurch bei einer Rotation der Kurbelwelle die Hochdruckpumpe angetrieben wird. Somit sind jeweilige Arbeitsphasen der Hochdruckpumpe von einer Winkellage der Kurbelwelle abhängig. Über die Winkellage der Kurbelwelle kann folglich die Arbeitsphase der Hochdruckpumpe ermittelt werden. Die Winkellage der Kurbelwelle kann beispielsweise mittels eines Sensors ermittelt werden. Der Zusammenhang beschreibt, bei welchen Winkellagen der Kurbelwelle welche Arbeitsphasen der Hochdruckpumpe vorliegen. Es können Soll-Vorgaben vorliegen, welche beschreiben, welche Arbeitsphasen der Hochdruckpumpe idealerweise bei jeweiligen Winkellagen der Kurbelwelle vorliegen sollen. Aufgrund von Bauteiltoleranzen der Hochdruckpumpe beziehungsweise der Kurbelwelle kann ein realer Zusammenhang zwischen der Winkellage der Kurbelwelle und der jeweiligen Arbeitsphase der Hochdruckpumpe von diesen Soll-Vorgaben abweichen. Dieser Zusammenhang kann somit einen Offsetfaktor der Winkellage der Kurbelwelle zu der jeweiligen Arbeitsphase der Hochdruckpumpe beschreiben. Dieser Offsetfaktor beschreibt einen Versatz zwischen der Winkellage der Kurbelwelle und der Arbeitsphase der Hochdruckpumpe in Relation zu definierten Soll-Vorgaben. Sind die Soll-Vorgaben erfüllt, dann liegt eine Nullabweichung von vorgegebenen Maßen und somit ein Versatz beziehungsweise ein Offsetfaktor von Null vor. Der Zusammenhang würde dann die definierten Soll-Vorgaben wiedergeben. Der Offsetfaktor kann von Kraftfahrzeug zu Kraftfahrzeug aufgrund jeweiliger Bauteiltoleranzen unterschiedlich sein. In a possible development of the invention it is provided that the high-pressure pump is driven by means of a crankshaft. Furthermore, it is provided that the suction or pressure phase of the high-pressure pump is determined based on an angular position of the crankshaft and a stored relationship between the angular position of the crankshaft and the suction or pressure phase of the high-pressure pump. In other words, the high-pressure pump is mechanically coupled to the crankshaft, whereby the high-pressure pump is driven when the crankshaft rotates. The respective working phases of the high-pressure pump therefore depend on the angular position of the crankshaft. The working phase of the high-pressure pump can therefore be determined via the angular position of the crankshaft. The angular position of the crankshaft can be determined, for example, using a sensor. The relationship describes which working phases of the high-pressure pump exist at which angular positions of the crankshaft. There may be target specifications that describe which working phases of the high-pressure pump should ideally occur at the respective angular positions of the crankshaft. Due to component tolerances of the high-pressure pump or the crankshaft, a real connection between the angular position of the crankshaft and the respective working phase of the high-pressure pump can deviate from these target specifications. This relationship can therefore describe an offset factor of the angular position of the crankshaft in relation to the respective working phase of the high-pressure pump. This offset factor describes an offset between the angular position of the crankshaft and the working phase of the high-pressure pump in relation to defined target specifications. If the target specifications are met, then there is a zero deviation from the specified dimensions and thus an offset or an offset factor of zero. The context would then reflect the defined target specifications. The offset factor can vary from vehicle to vehicle due to respective component tolerances.
Weiterhin kann sich der Offsetfaktor über eine Lebensdauer des Common-Rail-Verbrennungsmotors ändern, beispielsweise aufgrund von Bauteilabnutzung.Furthermore, the offset factor can change over the lifespan of the common rail internal combustion engine, for example due to component wear.
Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass eine Prognose für den Druckverlauf in dem gemeinsamen Verteilerrohr ab dem definierten Einspritzstartzeitpunkt anhand des gemessenen Drucks in dem Verteilerrohr und der ermittelten Arbeitsphase der Hochdruckpumpe ermittelt wird, wobei die Arbeitsphase der Hochdruckpumpe wiederum über die Winkellage der Kurbelwelle und den hinterlegten Zusammenhang ermittelt wird. In dem Zusammenhang ist der Offsetfaktor berücksichtigt. Es wird somit über den Zusammenhang, in welchem der Offsetfaktor berücksichtigt ist, ein besonders präzises Ermitteln der jeweiligen Arbeitsphase der Hochdruckpumpe und infolgedessen ein besonders präzises Erstellen der Prognose für den Druckverlauf ab dem definierten Einspritzstartzeitpunkt ermöglicht.In the method it is provided that a forecast for the pressure curve in the common distributor pipe is determined from the defined injection start time on the basis of the measured pressure in the distributor pipe and the determined working phase of the high-pressure pump, the working phase of the high-pressure pump in turn being determined via the angular position of the crankshaft and the stored connection is determined. The offset factor is taken into account in this context. The context in which the offset factor is taken into account thus enables a particularly precise determination of the respective working phase of the high-pressure pump and, as a result, a particularly precise creation of the forecast for the pressure curve from the defined injection start time.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Zusammenhang mehrmals über den Betrieb der Hochdruckpumpe und/oder mehrmals über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs ermittelt und/oder überprüft wird. Das bedeutet, dass der Zusammenhang mehrmals von einem Starten der Hochdruckpumpe bis zu einem Abschalten der Hochdruckpumpe ermittelt und/oder überprüft wird beziehungsweise der Zusammenhang mehrmals über die Lebensdauer der Hochdruckpumpe ermittelt und/oder überprüft wird. Bei der mehrmaligen Überprüfung des Zusammenhangs über die Lebensdauer der Hochdruckpumpe kann der Zusammenhang ein- oder mehrmals während eines Betriebs der Hochdruckpumpe ermittelt und/oder überprüft werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der hinterlegte Zusammenhang in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Überprüfung angepasst wird. Beispielsweise kann der hinterlegte Zusammenhang anhand eines realen, gemessenen Druckverlaufs über das ab dem Einspritzstartzeitpunkt startende Zeitintervall im Rahmen eines Vergleichs mit dem prognostizierten Druckverlauf überprüft werden. Durch das mehrmalige Ermitteln beziehungsweise Überprüfen des Zusammenhangs kann sichergestellt werden, dass bei einer Änderung des Offsetfaktors über die Lebensdauer des Common-Rail-Verbrennungsmotors der hinterlegte Zusammenhang besonders gut das reale Verhältnis zwischen Winkellage der Kurbelwelle und Arbeitsphase der Hochdruckpumpe darstellt. Hierdurch kann die Einspritzmenge durch Anpassen der Öffnungsdauer des Einspritzventils besonders präzise eingestellt werden.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the relationship is determined and/or checked several times over the operation of the high-pressure pump and/or several times over the service life of the motor vehicle. This means that the connection is determined and/or checked several times from starting the high-pressure pump to switching off the high-pressure pump, or the connection is checked several times is determined and/or checked over the service life of the high-pressure pump. When checking the connection several times over the service life of the high-pressure pump, the connection can be determined and/or checked once or several times during operation of the high-pressure pump. In particular, it is provided that the stored context is adjusted depending on a result of the review. For example, the stored relationship can be checked based on a real, measured pressure curve over the time interval starting from the injection start time as part of a comparison with the predicted pressure curve. By determining or checking the relationship several times, it can be ensured that if the offset factor changes over the service life of the common rail internal combustion engine, the stored relationship particularly well represents the real relationship between the angular position of the crankshaft and the working phase of the high-pressure pump. This allows the injection quantity to be set particularly precisely by adjusting the opening duration of the injection valve.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Zusammenhang in einem bestimmten Betriebszustand der Hochdruckpumpe ermittelt und/oder überprüft wird. Das bedeutet, dass der Zusammenhang in einem definierten Teillastzustand oder im Volllastzustand der Hochdruckpumpe ermittelt und/oder überprüft wird. Insbesondere kann es Betriebszustände der Hochdruckpumpe geben, in welchen der Zusammenhang besonders einfach und/oder besonders genau ermittelt werden kann. Es wird somit derjenige Betriebszustand der Hochdruckpumpe ermittelt, in welchem der Zusammenhang besonders einfach und/oder genau ermittelt werden kann und infolgedessen in diesem Betriebszustand der Hochdruckpumpe der Zusammenhang ermittelt und/oder überprüft. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Zusammenhang besonders einfach und mit besonders hoher Präzision ermittelt wird. Insbesondere für eine mehrmalige Ermittlung des Zusammenhangs ist es vorteilhaft, wenn der Zusammenhang besonders einfach ermittelt werden kann.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the connection is determined and/or checked in a specific operating state of the high-pressure pump. This means that the connection is determined and/or checked in a defined partial load state or in the full load state of the high-pressure pump. In particular, there may be operating states of the high-pressure pump in which the connection can be determined particularly easily and/or particularly precisely. The operating state of the high-pressure pump is thus determined in which the connection can be determined particularly easily and/or precisely and, as a result, the connection is determined and/or checked in this operating state of the high-pressure pump. This ensures that the connection is determined particularly easily and with particularly high precision. In particular, for multiple determination of the connection, it is advantageous if the connection can be determined particularly easily.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Zusammenhang überprüft wird, sobald die Hochdruckpumpe in dem bestimmten Betriebszustand betrieben wird. Das bedeutet, dass bei dem Verfahren dauerhaft überprüft wird, in welchem Betriebszustand sich die Hochdruckpumpe befindet. Sobald festgestellt wird, dass sich die Hochdruckpumpe in dem bestimmten Betriebszustand befindet, in welchem der Zusammenhang besonders einfach und/oder besonders präzise ermittelt werden kann, wird der Zusammenhang ermittelt und überprüft. Mit anderen Worten wird jedes Mal, wenn die Hochdruckpumpe in diesem bestimmten Betriebszustand betrieben wird, der Zusammenhang ermittelt und überprüft. Hierdurch wird das mehrmalige Ermitteln des Zusammenhangs über den Betrieb der Hochdruckpumpe beziehungsweise über die Lebensdauer der Hochdruckpumpe besonders einfach und mit besonders hoher Präzision ermöglicht.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the connection is checked as soon as the high-pressure pump is operated in the specific operating state. This means that the process continuously checks the operating state in which the high-pressure pump is. As soon as it is determined that the high-pressure pump is in the specific operating state in which the connection can be determined particularly easily and/or particularly precisely, the connection is determined and checked. In other words, every time the high-pressure pump is operated in this specific operating state, the connection is determined and checked. This makes it possible to determine the relationship repeatedly over the operation of the high-pressure pump or over the service life of the high-pressure pump particularly easily and with particularly high precision.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Soll-Einspritzmenge in Abhängigkeit von einer Emissionsvorgabe für den Verbrennungsmotor vorgegeben ist. Hierbei beschreibt die Emissionsvorgabe insbesondere jeweilige Grenzwerte für Substanzen im Abgas des Verbrennungsmotors. Beispielsweise können die Emissionsvorgaben beschreiben, wie hoch ein Stickoxidanteil höchstens im Abgas des Verbrennungsmotors sein darf. Bei dem Verfahren wird somit die Soll-Einspritzmenge derart vorgegeben, dass bei einer Verbrennung des Kraftstoffs in dem Verbrennungsmotor ein entstehender Anteil an Stickoxiden unterhalb des in der Emissionsvorgabe vorgegebenen Grenzwerts liegt. Durch das Vorgeben der Soll-Einspritzmenge sowie des besonders präzisen Steuerns der Einspritzmenge im Rahmen des Verfahrens, sodass die reale Einspritzmenge besonders nah an der Soll-Einspritzmenge liegt, können jeweilige Emissionsvorgaben für den Verbrennungsmotor besonders gut eingehalten werden. Hierdurch können jeweilige Umweltbelastungen durch den Verbrennungsmotor besonders geringgehalten werden.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the target injection quantity is specified depending on an emission specification for the internal combustion engine. The emission specification describes in particular the respective limit values for substances in the exhaust gas of the internal combustion engine. For example, the emission specifications can describe how high a nitrogen oxide content can be in the exhaust gas of the internal combustion engine. In the method, the target injection quantity is specified in such a way that when the fuel is burned in the internal combustion engine, a resulting proportion of nitrogen oxides is below the limit value specified in the emission specification. By specifying the target injection quantity and the particularly precise control of the injection quantity within the framework of the method, so that the real injection quantity is particularly close to the target injection quantity, respective emission specifications for the internal combustion engine can be met particularly well. As a result, any environmental impact caused by the internal combustion engine can be kept particularly low.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, welches dazu eingerichtet ist, eine Einspritzmenge eines Kraftstoffs in jeweilige Zylinder eines Common-Rail-Verbrennungsmotors im Rahmen eines Verfahrens, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern der Einspritzmenge beschrieben worden ist, durchzuführen. Das bedeutet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, anhand eines gemessenen Drucks des Kraftstoffs in dem gemeinsamen Verteilerrohr des Verbrennungsmotors und einer ermittelten Saug- oder Druckphase der Hochdruckpumpe die Prognose für den Druckverlauf ab dem definierten Einspritzstartzeitpunkt zu ermitteln. Weiterhin ist das Steuergerät dazu eingerichtet, zu dem definierten Einspritzstartzeitpunkt ein Öffnen des Einspritzventils auszulösen. Darüber hinaus ist das Steuergerät dazu eingerichtet, zum Einstellen der Einspritzmenge des Kraftstoffs eine Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von der Prognose für den Druckverlauf und einer vorgegebenen Soll-Einspritzmenge zu wählen. Das bedeutet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Öffnungsdauer des Einspritzventils vorzugeben. Hierbei kann das Steuergerät dazu eingerichtet sein, das Öffnen des Einspritzventils sowie ein Schließen des Einspritzventils durch jeweilige Steuersignale auszulösen.The invention further relates to a control device for a motor vehicle, which is set up to determine an injection quantity of fuel into respective cylinders of a common rail internal combustion engine as part of a method as has already been described in connection with the method according to the invention for controlling the injection quantity , to carry out. This means that the control unit is set up to determine the forecast for the pressure curve from the defined injection start time on the basis of a measured pressure of the fuel in the common distributor pipe of the internal combustion engine and a determined suction or pressure phase of the high-pressure pump. Furthermore, the control unit is set up to trigger the opening of the injection valve at the defined injection start time. In addition, the control unit is set up to select an opening duration of the injection valve depending on the forecast for the pressure curve and a predetermined target injection quantity in order to adjust the injection quantity of fuel. This means that the control unit is set up to specify the opening duration of the injection valve. The control unit can be set up to open the injection valve as well as triggering the closing of the injection valve by respective control signals.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug, mit einem Steuergerät wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät beschrieben worden ist. Das Kraftfahrzeug weist zusätzlich einen Common-Rail-Verbrennungsmotor auf, welcher mittels des Steuergeräts gesteuert werden kann.The invention further relates to a motor vehicle with a control device as has already been described in connection with the control device according to the invention. The motor vehicle also has a common rail internal combustion engine, which can be controlled using the control unit.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of the invention to leave.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur (
In
Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt V1 anhand eines gemessenen Drucks des Kraftstoffs in dem gemeinsamen Verteilerrohr des Verbrennungsmotors sowie anhand einer ermittelten Arbeitsphase, insbesondere einer Saug- oder Druckphase, der Hochdruckpumpe eine Prognose für einen Druckverlauf in dem gemeinsamen Verteilerrohr ab einem definierten Einspritzstartzeitpunkt ermittelt wird. Im Rahmen der Prognose wird somit geschätzt, wie der Druck in dem gemeinsamen Verteilerrohr voraussichtlich sich ab dem definierten Einspritzstartzeitpunkt verhält.In the method it is provided that in a first method step V1 a forecast for a pressure curve in the common distributor pipe is made based on a measured pressure of the fuel in the common distributor pipe of the internal combustion engine and based on a determined working phase, in particular a suction or pressure phase, of the high-pressure pump is determined at a defined injection start time. As part of the forecast, it is estimated how the pressure in the common distributor pipe is likely to behave from the defined injection start time.
Die Hochdruckpumpe ist dazu eingerichtet, den Druck des Kraftstoffs in dem Verteilerrohr aufzubauen. Der Druck beziehungsweise der Druckverlauf in dem gemeinsamen Verteilerrohr beeinflusst, wie viel Kraftstoff die jeweilige Brennkammer des Common-Rail-Verbrennungsmotors bei geöffnetem Einspritzventil einfließt. Die Hochdruckpumpe wird mittels einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Die jeweilige Arbeitsphase der Hochdruckpumpe kann somit anhand einer Winkellage der Kurbelwelle sowie anhand eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen der Winkellage der Kurbelwelle und der Arbeitsphase der Hochdruckpumpe ermittelt werden. Dieser Zusammenhang kann aufgrund von Bauteiltoleranzen zwischen der Hochdruckpumpe und der Kurbelwelle sich von Kraftfahrzeug zu Kraftfahrzeug unterscheiden beziehungsweise sich über eine Lebensdauer des Verbrennungsmotors ändern. Um somit über die gesamte Lebensdauer ein präzises Steuern der Einspritzmenge des Kraftstoffs zu ermöglichen, ist es somit vorgesehen, dass der Zusammenhang mehrmals über den Betrieb der Hochdruckpumpe beziehungsweise mehrmals über die Lebensdauer der Hochdruckpumpe ermittelt und überprüft wird. Hierbei beschreibt dieser Betrieb der Hochdruckpumpe ein Zeitintervall von einem Starten der Hochdruckpumpe bis zu einem Stoppen der Hochdruckpumpe. Der Zusammenhang kann insbesondere in ausgewählten Betriebszuständen der Hochdruckpumpe gelernt werden. Das bedeutet, dass der Zusammenhang in einem bestimmten Betriebszustand der Hochdruckpumpe ermittelt und überprüft wird. Hierbei wird der Zusammenhang überprüft, sobald ermittelt wird, dass die Hochdruckpumpe in dem bestimmten Betriebszustand betrieben wird.The high-pressure pump is designed to build up the pressure of the fuel in the distributor pipe. The pressure or the pressure curve in the common distributor pipe influences how much fuel flows into the respective combustion chamber of the common rail internal combustion engine when the injection valve is open. The high-pressure pump is driven by a crankshaft of the internal combustion engine. The respective working phase of the high-pressure pump can thus be determined based on an angular position of the crankshaft and based on a stored relationship between the angular position of the crankshaft and the working phase of the high-pressure pump. This relationship can differ from motor vehicle to motor vehicle due to component tolerances between the high-pressure pump and the crankshaft or can change over the lifespan of the internal combustion engine. In order to enable precise control of the fuel injection quantity over the entire service life, it is therefore provided that the relationship is determined and checked several times over the operation of the high-pressure pump or several times over the service life of the high-pressure pump. This operation of the high-pressure pump describes a time interval from starting the high-pressure pump to stopping the high-pressure pump. The connection can be learned in particular in selected operating states of the high-pressure pump. This means that the connection is determined and checked in a specific operating state of the high-pressure pump. The connection is checked as soon as it is determined that the high-pressure pump is being operated in the specific operating state.
Bestimmte Betriebszustände der Hochdruckpumpe eignen sich unterschiedlich gut für die Ermittlung eines Offsetfaktors. Der Offsetfaktor beschreibt eine Abweichung zwischen einer Soll-Korrelation der Arbeitsphase der Hochdruckpumpe zu der Winkellage der Kurbelwelle und einer Ist-Korrelation. Der Offsetfaktor wird somit immer bei einem gut geeigneten Betriebszustand ermittelt. Dieser ermittelte Offsetfaktor ist für alle Betriebszustände der Hochdruckpumpe gleich und somit unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand der Hochdruckpumpe. Lediglich die Einfachheit beziehungsweise Präzision des Ermittelns des Offsetfaktors kann sich über jeweilige unterschiedliche Betriebszustände variieren. Der Offsetfaktor wird herangezogen, um den Zusammenhang zwischen der Arbeitsphase der Hochdruckpumpe und der Winkellage der Kurbelwelle zu ermitteln. Der Zusammenhang ist somit abhängig von dem Offsetfaktor.Certain operating states of the high-pressure pump vary in their suitability for determining an offset factor. The offset factor describes a deviation between a target correlation of the working phase of the high-pressure pump to the angular position of the crankshaft and an actual correlation. The offset factor is therefore always determined in a well-suited operating condition. This determined offset factor is the high pressure for all operating states pump is the same and therefore independent of the respective operating status of the high-pressure pump. Only the simplicity or precision of determining the offset factor can vary across different operating states. The offset factor is used to determine the relationship between the working phase of the high-pressure pump and the angular position of the crankshaft. The connection therefore depends on the offset factor.
In einem zweiten Verfahrensschritt V2 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass zu dem definierten Einspritzstartzeitpunkt ein Einspritzventil des Common-Rail-Verbrennungsmotors geöffnet wird, über welches Kraftstoff aus dem gemeinsamen Verteilerrohr in wenigstens einen Zylinder strömt. Das Öffnen des Einspritzventils kann mittels einer Motorsteuerung, bei welcher es sich um ein Steuergerät für das Kraftfahrzeug handelt, ausgelöst werden. Insbesondere handelt es sich bei der Motorsteuerung um eine digitale Motorelektronik.In a second method step V2 of the method, it is provided that at the defined injection start time, an injection valve of the common rail internal combustion engine is opened, via which fuel flows from the common distributor pipe into at least one cylinder. The opening of the injection valve can be triggered by an engine control, which is a control unit for the motor vehicle. In particular, the engine control is digital engine electronics.
In einem dritten Verfahrensschritt V3 ist es vorgesehen, dass zum Einstellen der Einspritzmenge des Kraftstoffs eine Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von der Prognose für den Druckverlauf und in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Soll-Einspritzmenge gewählt wird. Hierbei ist die Soll-Einspritzmenge insbesondere in Abhängigkeit von einer Emissionsvorgabe für den Verbrennungsmotor vorgegeben. Die Soll-Einspritzmenge wird insbesondere zusätzlich in Abhängigkeit einer Momentenanforderung des Verbrennungsmotors vorgegeben.In a third method step V3 it is provided that in order to adjust the injection quantity of fuel, an opening duration of the injection valve is selected depending on the forecast for the pressure curve and depending on a predetermined target injection quantity. Here, the target injection quantity is specified in particular as a function of an emissions specification for the internal combustion engine. The target injection quantity is additionally specified in particular depending on a torque requirement of the internal combustion engine.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Förderhub der Hochdruckpumpe eine Druckpulsation in dem gemeinsamen Verteilerrohr bewirkt, welche je nach mechanisch eingestellter Phasenlage zwischen der Hochdruckpumpe und der Kurbelwelle eine tatsächliche Einspritzmenge beeinflussen kann. Diese Mengenungenauigkeit kann zu einer Verschlechterung der Emissionierbarkeit des Verbrennungsmotors führen. Die mechanische Phasenlage der Hochdruckpumpe in Relation zu der Winkellage der Kurbelwelle ist über eine lange Maßkette toleranzbehaftet, sodass ein Offsetfaktor zwischen der Arbeitsphase der Hochdruckpumpe und der Winkellage der Kurbelwelle entstehen kann. Dieser Offsetfaktor kann sich im Betrieb beispielsweise durch Kettenverschleiß über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors ändern.The method described is based on the knowledge that a delivery stroke of the high-pressure pump causes a pressure pulsation in the common distributor pipe, which can influence an actual injection quantity depending on the mechanically adjusted phase position between the high-pressure pump and the crankshaft. This quantitative inaccuracy can lead to a deterioration in the emissions capability of the internal combustion engine. The mechanical phase position of the high-pressure pump in relation to the angular position of the crankshaft is subject to tolerances over a long dimensional chain, so that an offset factor can arise between the working phase of the high-pressure pump and the angular position of the crankshaft. This offset factor can change during operation, for example due to chain wear over the service life of the internal combustion engine.
Über einen Drucksensor in dem gemeinsamen Verteilerrohr sowie über einen Winkelgeber der Kurbelwelle kann die tatsächliche Phasenlage der Hochdruckpumpe im Betrieb gelernt werden, insbesondere in ausgewählten Betriebszuständen der Hochdruckpumpe. Hierdurch können Mengenkorrekturen errechnet werden, die eine Einspritzgenauigkeit erhöhen und eine Verbesserung der Emissionierung ermöglichen.The actual phase position of the high-pressure pump during operation can be learned via a pressure sensor in the common distributor pipe and via an angle sensor on the crankshaft, in particular in selected operating states of the high-pressure pump. This allows quantity corrections to be calculated that increase injection accuracy and enable emissions to be improved.
Insgesamt zeigt die Erfindung wie eine Erhöhung der Mengengenauigkeit einer Einspritzmenge für Common-Rail-Motoren erreicht werden kann.Overall, the invention shows how an increase in the quantity accuracy of an injection quantity for common rail engines can be achieved.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- V1 bis V3V1 to V3
- jeweilige Verfahrensschritterespective process steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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