DE10241061B4

DE10241061B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstoffwandfilmmasse

Info

Publication number: DE10241061B4
Application number: DE10241061.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Mezger; Lutz Reuschenbach; Faouzi Takni
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: FR2844307A1; FR2844307B1; ITMI20031702A1; JP2004100695A; US20040045535A1; DE10241061A1; JP4338475B2; US6912997B2

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Kraftstoffwandfilmmasse bei einem Verbrennungsmotor (1) mit Saugrohreinspritzung, wobei die Kraftstoffwandfilmmasse in einem ersten Verfahrensabschnitt ausgehend von einer Kraftstoffeinspritzung ermittelt wird, die vollständig vor Öffnen eines Einlassventils (5) eines Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (1) in das Saugrohr (10) erfolgt, und dass in einem zweiten Verfahrensabschnitt der so ermittelte Wert für die Kraftstoffwandfilmmasse in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der über das offene Einlassventil (5) in einen Brennraum (15) des Zylinders (20) eingespritzten Kraftstoffmasse und der gesamten eingespritzten Kraftstoffmasse korrigiert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstoffwandfilmmasse nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Bei Verbrennungsmotoren mit Saugrohreinspritzung gibt es sogenannte Wandfilmeffekte. Dabei kommt der in das Saugrohr eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig in den Brennraum des Verbrennungsmotors, sondern schlägt sich teilweise als Wandfilm am Saugrohr oder an den Einspritzventilen nieder. Im dynamischen Motorbetrieb, insbesondere bei Lastwechseländerungen, ändert sich diese Wandfilmmasse. Dies führt zu Abweichungen von einem vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnis in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors. Über ein Modell wird die Änderung der Wandfilmmasse korrigiert. Auf diese Weise lassen sich die Abweichungen vom vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgasstrang kompensieren.
Aus der DE 101 06 169 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Betriebs einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Kraftstoff wird in das Saugrohr eingespritzt. Die Einspritzung erfolgt vollständig vor dem Öffnen des Einlassventils. Die Kraftstoffwandfilmasse wird bestimmt und über die Füllungsstrategie korrigiert.
Wird die eingespritzte Kraftstoffmenge ganz oder teilweise ins offene Einlassventil eingespritzt, so lassen sich mit dieser Vorgehensweise die Abweichungen vom vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnis nicht kompensieren.
Es stellt sich daher die Aufgabe die Wandfilmeffekte auch bei einer ganz oder teilweise Einspritzung ins offene Einlassventil zu kompensieren und für die Übergangskompensation eine Veränderung der Kraftstoffwandfilmmasse aufgrund einer zumindest teilweisen Einspritzung des Kraftstoffs ins offene Einlassventil zu berücksichtigen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstoffwandfilmmasse mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Kraftstoffwandfilmmasse in einem ersten Verfahrensabschnitt ausgehend von einer Kraftstoffeinspritzung ermittelt wird, die vollständig vor Öffnen eines Einlassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors in das Saugrohr erfolgt, und dass in einem zweiten Verfahrensabschnitt der so ermittelte Wert für die Kraftstoffwandfilmmasse in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der über das offene Einlassventil in einen Brennraum des Zylinders eingespritzten Kraftstoffmasse und der gesamten eingespritzten Kraftstoffmasse korrigiert wird. Auf diese Weise lassen sich Änderungen des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgasstrang bei Lastwechseländerungen mit Hilfe einer sogenannten Übergangskompensation als Vorsteuermaßnahme verhindern bzw. kompensieren, unabhängig davon, ob die eingespritzte Kraftstoffmasse vollständig vor dem Öffnen des Einlassventils abgespritzt wird, oder ganz oder teilweise ins offene Einlassventil gespritzt wird. Somit wird für die Übergangskompensation eine Veränderung der Kraftstoffwandfilmmasse aufgrund einer zumindest teilweisen Einspritzung des Kraftstoffs ins offene Einlassventil berücksichtigt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Eine besonders einfache Methode zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen der über das offene Einlassventil in einen Brennraum des Zylinders eingespritzten Kraftstoffmasse und der gesamten eingespritzten Kraftstoffmasse ergibt sich, wenn die Zeit, in der der Kraftstoff über das offene Einlassventil in den Brennraum eingespritzt wird, auf eine gesamte effektive Einspritzzeit bezogen wird. Besonders vorteilhaft dabei ist es, wenn bei der Zeit, in der der Kraftstoff über das offene Einlassventil in den Brennraum eingespritzt wird, eine Flugzeit des Kraftstoffs von einem Einspritzventil bis zum Einlassventil berücksichtigt wird. Auf diese Weise lässt sich die Zeit, in der Kraftstoff in den Brennraum gelangen kann, besonders genau ermitteln und somit eine besonders zuverlässige Korrektur der ermittelten Kraftstoffwandfilmmasse durchführen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verhältnis ermittelt wird, in dem der Kurbelwinkelbereich, in dem der Kraftstoff über das offene Einlassventil in den Brennraum eingespritzt wird, auf einen Kurbelwinkelbereich bezogen wird, der einer gesamten effektiven Einspritzzeit in Abhängigkeit einer Motordrehzahl zugeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich das Verhältnis zwischen der über das offene Einlassventil in einen Brennraum des Zylinders eingespritzten Kraftstoffmasse und der gesamten eingespritzten Kraftstoffmasse besonders einfach durch Auswertung verschiedener Kurbelwinkel während des Einspritzvorgangs ermitteln.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in Abhängigkeit des Verhältnisses ein Korrekturfaktor für die ermittelten Werte der Kraftstoffwandfilmmasse derart ermittelt wird, dass sich im Rahmen einer Wandfilmkompensation bei gleichen Lastsprüngen gleiche Werte für ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors ergeben, wie bei vollständiger Einspritzung des Kraftstoffs vor Öffnen des Einlassventils. Auf diese Weise ist eine einfache und an den jeweiligen Verbrennungsmotor angepasste und damit besonders genaue Korrektur der ermittelten Kraftstoffwandfilmmasse möglich, die eine äußerst zuverlässige Übergangskompensation unabhängig davon, ob die eingespritzte Kraftstoffmasse vollständig vor Öffnen des Einlassventils abgespritzt wird oder ganz oder teilweise ins offene Einlassventil gespritzt wird, möglich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verhältnis durch Änderung einer Nockenwellenposition bei verstellbarer Nockenwelle, durch Änderung eines Vorlagerungswinkels für ein Ende der Kraftstoffeinspritzung oder durch Änderung eines Flugwinkels, der sich aus einer Flugzeit des Kraftstoffs vom Verlassen des Einspritzventils bis zum Erreichen des Einlassventils ergibt, verändert wird. Auf diese Weise lässt sich die in das offene Einlassventil eingespritzte Kraftstoffmasse besonders flexibel variieren.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Funktionsdiagramm zur Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a) bis d) jeweils eine unterschiedliche Möglichkeit zur Variation der Kraftstoffeinspritzung in ein geöffnetes Einlassventil und
3 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit Saugrohreinspritzung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 3 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 1 mit Saugrohreinspritzung dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst mindestens einen Zylinder 20 mit einem Brennraum 15 und einem Kolben 85, der eine in 3 nicht dargestellte Kurbelwelle antreibt. Im Brennraum 15 ist über ein Einlassventil 5 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus einem Saugrohr 10 zuführbar. Das nach Verbrennung im Brennraum 15 entstandene Abgas wird über ein Auslassventil 90 einem Abgasstrang 30 zugeführt. Das im Brennraum 15 angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Saugrohr 10 wird über eine Zündkerze 55 gezündet. Das Einlassventil 5 und das Auslassventil 90 können in dem Fachmann bekannter Weise mittels einer von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle und damit in Abhängigkeit des Kurbelwinkels des Zylinders 20 geöffnet oder geschlossen werden. Es ist auch möglich, das Einlassventil 5 und das Auslassventil 90 über eine Motorsteuerung 60 voll variabel anzusteuern. Zu diesem Zweck ist das Einlassventil 5 und das Auslassventil 90 in gestrichelter Verbindung mit der Motorsteuerung 60 in 3 dargestellt. Die dem Saugrohr 10 zugeführte Luftmasse wird von einer Luftmassenmessvorrichtung 65, beispielsweise einem Heißfilm-Luftmassenmesser erfasst und das gebildete Mess-Signal der Motorsteuerung 60 zugeführt. Die Luftzufuhr in das Saugrohr 10 kann mittels einer beispielsweise elektrisch von der Motorsteuerung 60 ansteuerbaren Drosselklappe 50 eingestellt werden. Dabei ist die Drosselklappe 50 in Strömungsrichtung der Luft dem Heißfilm-Luftmassenmesser 65 nachfolgend angeordnet. Die Strömungsrichtung der Luft ist in 3 durch einen Pfeil im Saugrohr 10 gekennzeichnet. Der Drosselklappe 50 in Strömungsrichtung der Luft im Saugrohr 10 nachfolgend angeordnet ist ein Saugrohrdrucksensor 70, der den Druck im Saugrohr 10 erfasst und ein entsprechendes Mess-Signal an die Motorsteuerung 60 überträgt. Zwischen dem Einlassventil 5 und der Drosselklappe 50 ist im Saugrohr 10 ein Einspritzventil 25 zur Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr 10 angeordnet. Im Abgasstrang 30 ist eine Lambdasonde 75 angeordnet, die einen Sauerstoffgehalt im Abgasstrang 30 ermittelt und an die Motorsteuerung 60 weiterleitet. Aus dem Sauerstoffgehalt kann die Motorsteuerung 60 das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgasstrang 30 ermitteln. Ferner ist am Zylinder 20 ein Kurbelwinkelsensor 80 angeordnet, der in dem Fachmann bekannter Weise den aktuellen Kurbelwinkel erfasst und ebenfalls an die Motorsteuerung 60 weiterleitet.
Die hier angestellten Betrachtungen sind beispielhaft für den Zylinder 20 angestellt, können aber in entsprechender Weise auf mehrere Zylinder angewendet werden.
Die Motorsteuerung 60 umfasst eine in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 35, die hardware- und/oder softwaremäßig in der Motorsteuerung 60 implementiert sein kann. Die Vorrichtung 35 wird im Folgenden auch als Wandfilmermittlungs- und Korrektureinheit bezeichnet. Aus dem vom Kurbelwinkelsensor 80 gelieferten Verlauf des Kurbelwinkels über der Zeit kann die Motorsteuerung 60 die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 in dem Fachmann bekannter Weise ermitteln. Aus der vom Heißfilm-Luftmassenmesser 65 ermittelten, dem Brennraum 15 zugeführten Luftmasse, dem vom Saugrohrdrucksensor 70 gelieferten Saugrohrdruck und der mit Hilfe des Kurbelwinkelsensors 80 ermittelten Motordrehzahl kann die Motorsteuerung 60 in dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise mittels eines Modells eine relative Füllung rlp des Zylinders 20 ermitteln. Die relative Füllung rlp wird in der Wandfilmermittlungs- und Korrektureinheit 35 von einem Block 91 Mitteln 40 zum Ermitteln einer Kraftstoffwandfilmmasse am Saugrohr und/oder an dem Einspritzventil 25 zugeführt. Die Mittel 40 realisieren dabei eine Wandfilmkennlinie bzw. -funktion, die die relative Füllung rlp als Eingangsgröße in eine zugeordnete Kraftstoffwandfilmmasse wf als Ausgangsgröße umwandeln. Die Wandfilmkennlinie wird dabei ausgehend von einer Kraftstoffeinspritzung ermittelt, die vollständig vor dem Öffnen des Einlassventils 5 in das Saugrohr 10 erfolgt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die gesamte Kraftstoffmasse vorgelagert wird, d. h. es wird nicht ins offene Einlassventil 5 eingespritzt. Unter diesen Bedingungen wird durch Lastsprünge, die durch entsprechende Veränderung der Stellung der Drosselklappe 50 und damit durch entsprechende Veränderung der relativen Füllung rlp realisiert werden, die Wandfilmkennlinie appliziert. Dies kann dadurch erfolgen, dass für die jeweilige Stellung der Drosselklappe bzw. die sich daraus ergebende jeweilige relative Füllung rlp die Motorsteuerung 60 das Einspritzventil 50 derart zur Variation der Kraftstoffeinspritzmenge ansteuert, dass der sich bildende Wandfilmeffekt gerade kompensiert wird und eine Änderung im Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgasstrang 30, ermittelt durch die Lambdasonde 35, gerade ausgeglichen wird. Die dazu erforderliche Mehrmenge an Kraftstoff entspricht dann der bei der jeweiligen Stellung der Drosselklappe gebildeten Kraftstoffwandfilmmasse. Diese kann dann als Ausgangsgröße zur zugehörigen relativen Füllung rIp in der Wandfilmkennlinie abgelegt werden.
Die so von den Mitteln 40 ermittelte Kraftstoffwandfilmmasse wf wird dann einem dritten Multiplikationsglied 107 zugeführt.
Über einen Block 92 wird der Vorrichtung 35 ein Kurbelwinkel von 360° zugeführt, der die Kurbelwinkelposition eines oberen Zündtotpunktes des Kolbens 85 gegenüber einem oberen Ladungswechseltotpunkt des Kolbens 85 kennzeichnet. Dieser Kurbelwinkel von 360° wird einem ersten Subtraktionsglied 101 zugeführt. Über einen Block 93 wird der Vorrichtung 35 ein Kurbelwinkel wnwreo zugeführt, der die Kurbelwinkelposition zum Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils 5 bezogen auf den oberen Ladungswechseltotpunkt kennzeichnet. Der Kurbelwinkel wnwreo ist dabei in der Regel fest vorgegeben bzw. in der Motorsteuerung 60 bekannt und wird einem Additionsglied 102 zugeführt. Über einen Block 94 wird der Vorrichtung 35 ein Kurbelwinkel WESSOT zugeführt, der die Kurbelwinkelposition des oberen Zündtotpunktes bezogen auf die Kurbelwinkelposition zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 5 kennzeichnet. Der Kurbelwinkel WESSOT ist dabei ebenfalls in der Regel fest vorgegeben bzw. in der Motorsteuerung 60 bekannt und wird ebenfalls dem Additionsglied 102 zugeführt. Das Additionsglied 102 bildet somit die Summe der Kurbelwinkel wnwreo und WESSOT. Diese Summe wird im ersten Subtraktionsglied 101 vom Kurbelwinkel 360° abgezogen. Somit steht am Ausgang des ersten Subtraktionsgliedes 101 ein Kurbelwinkel woe_w, der dem Kurbelwinkelbereich entspricht, über den das Einlassventil 5 geöffnet ist, also vom Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils 5 bis zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 5. Der Kurbelwinkel woe_w wird dann einem zweiten Subtraktionsglied 103 zugeführt. Über einen Block 95 wird der Vorrichtung 35 ein Kurbelwinkel wee zugeführt, der dem Kurbelwinkel zum Zeitpunkt des Endes der Kraftstoffeinspritzung bezogen auf den Kurbelwinkel zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 5 bezeichnet. Der Kurbelwinkel wee ist dabei ebenfalls in der Regel fest vorgegeben bzw. in der Motorsteuerung 60 bekannt und wird einem dritten Subtraktionsglied 104 zugeführt. Über einen Block 96 wird der Vorrichtung 35 eine Winkelgeschwindigkeit vwkw der Kurbelwelle des Zylinders 20 zugeführt, wobei die Winkelgeschwindigkeit vwkw aus dem Mess-Signal des Kurbelwinkelsensors 80 in dem Fachmann bekannter Weise in der Motorsteuerung 60 ermittelt werden kann. Die Winkelgeschwindigkeit vwkw der Kurbelwelle entspricht dabei der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1. Die Winkelgeschwindigkeit vwkw wird einem ersten Multiplikationsglied 105 zugeführt. Über einen Block 97 wird der Vorrichtung 35 eine Kraftstoff-Flugzeit TKRF zugeführt, die die Zeit kennzeichnet, die ein Kraftstofftröpfchen benötigt, vom Verlassen des Einspritzventils 25 bis zum Erreichen des Einlassventils 5. Die Flugzeit TKRF wird in der Motorsteuerung 60 abhängig von dem bekannten Einspritzwinkel und Einspritzdruck und dem bekannten Abstand zwischen Einspritzventil 25 und Einlassventil 5 in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt und ebenfalls dem ersten Multiplikationsglied 105 zugeführt. Das erste Multiplikationsglied 105 bildet somit das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit vwkw und der Kraftstoff-Flugzeit TRKF. Das so gebildete Produkt ist der Kurbelwinkel WKRF, der der Flugzeit des Kraftstoffs vom Einspritzventil 25 bis zum Einlassventil 5 entspricht. Der Kurbelwinkel wkrf wird ebenfalls dem dritten Subtraktionsglied 104 zugeführt und dort vom Kurbelwinkel wee abgezogen. Somit ergibt sich am Ausgang des dritten Subtraktionsgliedes 104 ein Kurbelwinkel weeotkrf, der dem Kurbelwinkel zum Zeitpunkt des Endes der Flugzeit bezogen auf den Kurbelwinkel zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 5 entspricht. Der Kurbelwinkel weeotkrf wird dem zweiten Subtraktionsglied 103 zugeführt und dort vom Kurbelwinkel woe_w subtrahiert. Als Ergebnis ergibt sich am Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 103 ein Kurbelwinkel, der dem Kurbelwinkelbereich entspricht, in dem der Kraftstoff in das geöffnete Einlassventil 5 gelangen kann, sei es durch Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Einspritzventil 25 nach Öffnen des Einlassventils 5 oder während der Flugzeit TKRF des Kraftstoffs. Der Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 103 wird dann einem Maximalauswahlglied 109 zugeführt, dem über einen weiteren Eingang von einem Block 98 der Wert Null zugeführt ist. Das Maximalauswahlglied 109 bildet dann das Maximum aus Null und dem vom zweiten Subtraktionsglied 103 gelieferten Kurbelwinkel. Das bedeutet, dass der Ausgang des Maximalauswahlgliedes 109 Null ist, wenn der Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 103 negativ ist, und damit die Kraftstoffmasse vollständig vor Öffnen des Einlassventils 5 in das Saugrohr 10 eingespritzt wird und auch unter Berücksichtigung der Flugzeit TKRF des Kraftstoffs kein Kraftstoff in das offene Einlassventil 5 eingespritzt wird. Ist hingegen der Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 103 positiv, so entspricht der Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 103 auch dem Ausgang des Maximalauswahlgliedes 109, der wiederum auf ein Divisionsglied 108 geführt ist. Über einen Block 99 ist der Vorrichtung 35 wiederum die Winkelgeschwindigkeit vwkw zugeführt. Dabei ist in diesem Fall die Winkelgeschwindigkeit vwkw einem zweiten Multiplikationsglied 106 zugeführt. Über einen Block 100 ist der Vorrichtung 35 eine gesamte effektive Einspritzzeit te_w zugeführt. Diese Zeit entspricht der Zeit, in der das Einspritzventil 25 geöffnet ist und ist fest vorgegeben oder in der Motorsteuerung 60 bekannt. Die gesamte effektive Einspritzzeit te_w wird ebenfalls dem zweiten Multiplikationsglied 106 zugeführt. Im zweiten Multiplikationsglied 106 wird somit das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit vwkw und der gesamten effektiven Einspritzzeit te_w gebildet. Das Produkt ist ein Kurbelwinkel wte, der bei der aktuellen Winkelgeschwindigkeit vwkw der gesamten effektiven Einspritzzeit te_w entspricht. Der Kurbelwinkel wte wird dann ebenfalls dem Divisionsglied 108 zugeführt. Im Divisionsglied 108 wird der Ausgang des Maximalauswahlgliedes 109 und damit der Kurbelwinkelbereich, in dem der vom Einspritzventil 25 eingespritzte Kraftstoff in das geöffnete Einlassventil 5 gelangen kann, durch den Kurbelwinkel wte und damit den Kurbelwinkelbereich für die gesamte effektive Einspritzzeit dividiert. Das Ergebnis ist ein Verhältnis vti der über das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 des Zylinders 20 eingespritzten Kraftstoffmasse bezogen auf die gesamte eingespritzte Kraftstoffmasse. Dieses Verhältnis entspricht also dem Verhältnis des Kurbelwinkelbereichs, über den der Kraftstoff über das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 eingespritzt wird, bezogen auf den Kurbelwinkelbereich, in dem die gesamte Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Das Verhältnis vti entspricht außerdem dem Verhältnis der Zeit, in der der Kraftstoff über das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 eingespritzt wird, bezogen auf die gesamte effektive Einspritzzeit te_w. Das Verhältnis vti wird Mitteln 45 zur Korrektur der ermittelten Kraftstoffwandfilmmasse als Eingangsgröße zugeführt, die eine Korrekturfunktion bzw. -kennlinie umfasst und anhand dieser Korrekturkennlinie das Verhältnis vti in eine Ausgangsgröße ftineo umwandelt, die einen Korrekturfaktor für die Kraftstoffwandfilmmasse darstellt und ebenfalls dem dritten Multiplikationsglied 107 zugeführt ist.
Für die Applikation der Korrekturkennlinie bzw. des Korrekturfaktors ftineo kann beispielsweise die Einspritzung über den Kurbelwinkel wee, der auch als Vorlagerungswinkel bezeichnet werden kann, so zu einem späteren Zeitpunkt verschoben, dass zumindest ein Teil der Kraftstoffmasse über das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 gelangt. Die Korrekturkennlinie wird dann so in Abhängigkeit des Verhältnisses vti appliziert, dass sich im Rahmen einer Wandfilmkompensation bei gleichen Lastsprüngen gleiche Werte für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgasstrang 30 des Verbrennungsmotors 1 ergeben, wie bei vollständiger Einspritzung des Kraftstoffs vor Öffnen des Einlassventils 5. Der Korrekturfaktor ftineo für die Kraftstoffwandfilmmasse ist dann in Abhängigkeit des Verhältnisses vti derart appliziert, dass eine um den Korrekturfaktor ftineo korrigierte kompensierte Kraftstoffwandfilmmasse die erforderliche Übergangskompensation der Änderungen des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Abgasstrang 30 bei Lastwechseln sicher stellt. Der Korrekturfaktor ftineo wird zu diesem Zweck im dritten Multiplikationsglied 107 mit dem Ausgang der Mittel 40 und damit mit der ermittelten Kraftstoffwandfilmmasse wf multipliziert, um eine korrigierte Kraftstoffwandfilmmasse dwf zu ermitteln.
Für den Fall, dass nicht ins offene Einlassventil 5 eingespritzt wird, ist das Verhältnis vti gleich Null und der Korrekturfaktor ftineo gleich 1, so dass keine Korrektur der Kraftstoffwandfilmmasse stattfindet. Wenn das Verhältnis vti gleich eins ist, dann wird die gesamte Kraftstoffmasse ins offene Einlassventil 5 gespritzt. Der Korrekturfaktor ftineo ist dann entsprechend geringer als eins, da in diesem Fall weniger Kraftstoffwandfilmmasse gebildet wird.
Durch das Funktionsdiagramm gemäß 1 wird somit für das Verhältnis vti die folgende Gleichung realisiert:
dabei steht °KW für °Kurbelwelle.
Wird das Verhältnis vti im Zeitbereich berechnet, so ergibt es sich wie folgt:
dabei ist tioe die Zeit, in der Kraftstoff vom Einspritzventil 25 abgespritzt wird und gleichzeitig das Einlassventil 5 geöffnet ist. Die Summe im Zähler der Gleichung (2) entspricht der Zeit, in der der Kraftstoff über das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 eingespritzt wird, wobei die Flugzeit TKRF des Kraftstoffs vorn Einspritzventil 25 bis zum Einlassventil 5 berücksichtigt wird.
Beim Berechnen des Verhältnisses vti gemäß dem Funktionsdiagramm nach 1 wird also die eingespritzte Kraftstoffmasse in zwei Teile aufgeteilt. Dabei wird der Zeitpunkt zu dem das Einlassventil 5 öffnet, als Bezug genommen. In der beschriebenen Modellvorstellung wird dabei davon ausgegangen, dass die Kraftstoffwandfilmmasse dann korrigiert werden muss, wenn zumindest ein Teil der eingespritzten Kraftstoffmasse ins offene Einlassventil 5 gespritzt wird. Die Aufteilung der eingespritzten Kraftstoffmasse wird also durch das Verhältnis vti definiert. Das Verhältnis vti ist dabei also die eingespritzte Kraftstoffmasse, die über das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 gelangt, bezogen auf die gesamte eingespritzte Kraftstoffmasse. Durch die Festlegung des Zeitpunktes, zu dem das Einlassventil 5 öffnet, als Bezugspunkt, muss bei der Aufteilung des Kraftstoffs bezogen auf diesen Zeitpunkt wie beschrieben die Flugzeit TKRF des Kraftstoffs aber auch eine mögliche Verstellung des Zeitpunkts, zu dem das Einlassventil 5 öffnet, durch die Nockenwelle oder durch eine voll variable Ventilsteuerung seitens der Motorsteuerung 60, berücksichtigt werden.
Eine verstellbare Nockenwelle für das Einlassventil 5 hat bei einer Verschiebung in Frührichtung den selben Effekt wie eine Verschiebung des Einspritzzeitpunktes über den Vorlagerungswinkel wee nach Spät. Durch die Verschiebung der Nockenwelle für das Einlassventil 5 nach Früh öffnet das Einlassventil 5 früher. Bei konstantem Zeitpunkt für den Einspritzbeginn wird deshalb mehr Kraftstoff durch das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 gelangen. Wird der Einspritzzeitpunkt über den Vorlagerungswinkel wee nach spät verschoben, so beginnt die Einspritzung des Kraftstoffs später. Bei konstantem Zeitpunkt für die Öffnung des Einlassventils 5 wird deshalb wiederum mehr Kraftstoff durch das offene Einlassventil 5 in den Brennraum 15 gelangen.
Generell ist das Verhältnis vti durch drei Einflussgrößen veränderbar:

– Änderung der Nockenwellenposition für das Öffnen des Einlassventils 5 bei verstellbarer Nockenwelle für das Einlassventil 5 um einen Kurbelwinkel wnwve und damit Änderung des Zeitpunkts, zu dem das Einlassventil 5 öffnet,
– Änderung des Vorlagerungswinkels wee für das Ende der Kraftstoffeinspritzung bezogen auf den Kurbelwinkel, zu dem das Einlassventil 5 schließt
– Änderung des Flugwinkels wkrf, der sich aus der Flugzeit der Kraftstofftröpfchen vom Verlassen des Einspritzventils 25 bis zum Erreichen des Einlassventils 5 ergibt, in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit vwkw.

In 2a) bis d) sind vier Beispiele für eine Beeinflussung des Verhältnisses vti anhand der genannten drei Einflussgrößen dargestellt. Alle vier Beispiele sind dabei in den gleichen kurbelwinkelbezogenen Rahmen eines Arbeitsspiels des Zylinders 20 eingeordnet. Dabei kennzeichnet ZOT den oberen Zündtotpunkt des Kolbens 85 und LWOT den oberen Ladungswechseltotpunkt des Kolbens 85. Der obere Zündtotpunkt ZOT und der obere Ladungswechseltotpunkt LWOT sind um 360° Kurbelwinkel voneinander beabstandet. Zwischen dem oberen Zündtotpunkt ZOT und dem oberen Ladungswechseltotpunkt LWOT befindet sich eine Kurbelwinkelposition EÖ, bei der das Einlassventil 5 öffnet. Der Kurbelwinkelposition EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 nachfolgend befindet sich eine Kurbelwinkelposition ES für das Schließen des Einlassventils 5. Die Lage des oberen Zündtotpunktes ZOT und des oberen Ladungswechseltotpunktes LWOT ist für alle vier Beispiele gleich. Die Lage des Kurbelwinkels EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 und des Kurbelwinkels ES für das Schließen des Einlassventils 5 ist für die 2a), 2c) und 2d) gleich.
In einem ersten Beispiel nach 2a) erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs vom Einspritzventil 25 während der gesamten effektiven Einspritzzeit te_w und ist in 2a) schraffiert dargestellt. Der zugehörige Kurbelwinkelbereich ist durch den Kurbelwinkel wte gekennzeichnet. Ebenso ist der Kurbelwinkelbereich WNWREO zwischen dem oberen Ladungswechseltotpunkt und dem Kurbelwinkel EÖ, zu dem das Einlassventil 5 öffnet, dargestellt. Ferner ist der Kurbelwinkelbereich woe_w zwischen dem Kurbelwinkel EÖ und dem Kurbelwinkel ES dargestellt, der den Kurbelwinkelbereich kennzeichnet, über den das Einlassventil 5 geöffnet ist. Ferner ist der Vorlagerungswinkel wee zwischen dem Ende der Kraftstoffeinspritzung und dem Kurbelwinkel, zu dem das Einlassventil 5 schließt, dargestellt. Dieser setzt sich wie beschrieben zusammen aus dem Kurbelwinkel wkrf, der somit den Vorlagerungswinkel für die Flugzeit kennzeichnet und dem Kurbelwinkel weeotkrf, der somit den Vorlagerungswinkel ohne Flugzeit berücksichtigt, wie in 2a) dargestellt. Ferner ist für alle vier Beispiele der Kurbelwinkel WESSOT zwischen dem Kurbelwinkel für das Schließen des Einlassventils 5 und dem oberen Zündtotpunkt ZOT dargestellt. In 2a) ist außerdem der Kurbelwinkel wtioe dargestellt, der dem Kurbelwinkelbereich entspricht, in dem die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzventil 25 bei geöffnetem Einlassventil 5 erfolgt.
Das Verhältnis vti gemäß 2a) würde dann wie folgt berechnet:
Gemäß 2b) ist nun vorgesehen, den Kurbelwinkel für das Öffnen des Einlassventils 5 und für das Schließen des Einlassventils 5 jeweils um den Wert wnwve durch Veränderung der Nockenwellenposition nach Früh zu verschieben. Somit ergibt sich gegenüber dem Kurbelwinkel EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 ein um den Kurbelwinkel wnwve nach Früh verschobener Kurbelwinkel EÖI für das Öffnen des Einlassventils 5. Entsprechend ergibt sich ein gegenüber dem Kurbelwinkel ES für das Schließen des Einlassventils 5 ein um den Kurbelwinkel wnwve nach Früh verschobener Kurbelwinkel ES für das Schließen des Einlassventils 5. Auf diese Weise wird, wie beschrieben, bei gleichbleibendem Kurbelwinkelbereich für die Einspritzung des Kraftstoffs ein im Vergleich zur 2a) größerer Teil des Kraftstoffs ins offene Einlassventil 5 eingespritzt. Dem kann entgegengewirkt werden, wenn auch der Vorlagerungswinkel wee um den Kurbelwinkel wnwve erhöht wird, so dass sich ein zweiter Vorlagerungswinkel wee1 ergibt, der den Kurbelwinkelbereich wte für die Kraftstoffeinspritzung ebenfalls um den Kurbelwinkel wnwve nach Früh verschiebt. Damit bleibt der Kurbelwinkelbereich wtioe für die Einspritzung des Kraftstoffs ins offene Einlassventil 5 unverändert. Auch der Kurbelwinkelbereich wkrf für die Flugzeit bleibt unverändert, genauso wie der Kurbelwinkelbereich wte für die gesamte effektive Einspritzung. Da sich der Vorlagerungswinkel um den Kurbelwinkel wnwve erhöht, ergibt sich allerdings auch ein zweiter Vorlagerungswinkel weeotkrf1 ohne Flugzeit, der gegenüber dem ersten Vorlagerungswinkel weeotkrf ohne Flugzeit um den Kurbelwinkel wnwve erhöht ist. Aufgrund der Änderung der Nockenwellenposition um den Kurbelwinkel wnwve ergibt sich auch ein neuer Kurbelwinkelbereich WNWREO1, zwischen dem oberen Ladungswechseltotpunkt LWOT und dem neuen Kurbelwinkel EÖ1 für das Öffnen des Einlassventils 5. Auch der Kurbelwinkel WESSOT erhöht sich auf WESSOT + wnwve. Da jedoch die Kurbelwinkel wtioe und wkrf und wte durch die genannten Maßnahmen unverändert bleiben, ändert sich auch das Verhältnis vti nicht.
In einem dritten Beispiel nach 2c) wird wieder der aus 2a) beschriebene Kurbelwinkel EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 und ES für das Schließen des Einlassventils 5 verwendet, so dass der Kurbelwinkelbereich WNWREO zwischen dem oberen Ladungswechseltotpunkt LWOT und dem Kurbelwinkel EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 den aus 2a) bekannten Wert annimmt. Weiterhin soll angenommen werden, dass der Kurbelwinkelbereich wte für die gesamte effektive Einspritzung auch bei 2c) unverändert sein soll. Beim Beispiel nach 2c) wird jedoch ein dritter Vorlagerungswinkel wee2 gewählt, der größer als der erste Vorlagerungswinkel wee aus 2a) ist, so dass die Kraftstoffeinspritzung nach Früh verschoben wird und sich ein zweiter Kurbelwinkelbereich wtioe2 für die Einspritzung des Kraftstoffs ins offene Einlassventil 5 ergibt, der gegenüber dem Kurbelwinkelbereich wtioe aus den 2a) und 2b) geringer ist. Für die Beispiele nach den 2a, 2b und 2c soll angenommen werden, dass die Winkelgeschwindigkeit vwkw und damit die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 konstant bleibt. Deshalb ist in allen drei Fällen der Vorlagerungswinkel wkrf mit Flugzeit gleich groß. Bei einem reduzierten zweiten Kurbelwinkel wtioe2 für die Einspritzung ins offene Einlassventil 5 und gleichbleibendem Kurbelwinkelbereich wte für die gesamte effektive Einspritzung verringert sich somit das Verhältnis vti gegenüber dem Beispiel nach 2a) und 2b).
Da beim Beispiel nach 2c) der dritte Vorlagerungswinkel wee2 gegenüber dem ersten Vorlagerungswinkel wee gemäß 2a) vergrößert wurde und der Vorlagerungswinkel wkrf ohne Flugzeit gleich groß wie beim Beispiel nach 2a) ist, ergibt sich beim Beispiel nach 2c) ein dritter Vorlagerungswinkel weeotkrf2 ohne Flugzeit, der in dem gleichen Maß erhöht ist, wie der dritte Vorlagerungswinkel wee2.
Würde man beim Beispiel nach 2c) den Vorlagerungswinkel gegenüber dem aus 2a) bekannten Wert verringern, so kann man in entsprechender Weise bei gleichbleibendem Flugwinkel bzw. Vorlagerungswinkel wkrf mit Flugzeit den Anteil des in das offene Einlassventil 5 geleiteten Kraftstoffs bezogen auf den gesamten effektiv eingespritzten Kraftstoff und damit das Verhältnis vti erhöhen, sofern der Kurbelwinkelbereich wte für die gesamte effektive Einspritzung ebenfalls gleich bleibt, wie im Beispiel nach 2a).
Beim Beispiel nach 2d) wird wiederum der Kurbelwinkel EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 und ES für das Schließen des Einlassventils 5 gemäß 2a) verwendet, so dass der Kurbelwinkelbereich WNWREO zwischen dem oberen Ladungswechseltotpunkt LWOT und dem Kurbelwinkel EÖ für das Öffnen des Einlassventils 5 gleich groß ist, wie beim Beispiel nach 2a). Beim Beispiel nach 2d) soll weiterhin der Kurbelwinkelbereich wte für die gesamte effektive Einspritzung unverändert belassen werden.
Beim Beispiel nach 2d) soll nun angenommen werden, dass die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 und damit die Winkelgeschwindigkeit vwkw erhöht wurde, so dass während der Kraftstoffflugzeit ein größerer Kurbelwinkel zurück gelegt wird. Das bedeutet, dass sich ein gegenüber den 2a) bis 2c) vergrößerter zweiter Vorlagerungswinkel wkrf3 mit Flugzeit ergibt. Um das Verhältnis vti gegenüber dem Beispiel nach 2a) nicht zu verändern, wird der Vorlagerungswinkel weeotkrf ohne Flugzeit gegenüber dem Beispiel nach 2a) unverändert belassen. Das bedeutet, dass beim Beispiel nach 2d) ein vierter Vorlagerungswinkel wee3 gebildet werden muss, der im gleichen Maße gegenüber dem Vorlagerungswinkel wee aus 2a) erhöht ist, wie der zweite Vorlagerungswinkel wkrf3 mit Flugzeit gegenüber dem ersten Vorlagerungswinkel wkrf mit Flugzeit gemäß den 2a) bis 2c). Entsprechend wird die Kraftstoffeinspritzung nach Früh verschoben, so dass sich ein dritter Kurbelwinkelbereich wtioe3 für die Einspritzung des Kraftstoffs ins offene Einlassventil 5 ergibt, der um den Betrag gegenüber dem ersten Kurbelwinkelbereich wtioe aus 2a) und 2b) geringer ist, wie der zweite Vorlagerungswinkel wkrf3 mit Flugzeit gegenüber dem ersten Vorlagerungswinkel wkrf mit Flugzeit erhöht ist.
Würde sich beim Beispiel nach 2d) die Motordrehzahl und damit die Winkelgeschwindigkeit vwkw verringern, so würde sich entsprechend auch der Flugwinkel gegenüber dem Beispiel nach 2a) verringern. Bei gleichbleibendem erstem Vorlagerungswinkel wee gemäß 2a) und gleichbleibendem Kurbelwinkelbereich wte für die gesamte effektive Einspritzung wird sich das Verhältnis vti verringern. Der Vorlagerungswinkel weeotkrf ohne Flugzeit wurde sich dabei gegenüber dem Beispiel nach 2a) entsprechend erhöhen. Sei konstanter Kraftstoffflugzeit wird bei einer höheren Motordrehzahl ein größerer Kurbelwinkel zurückgelegt, als bei einer kleineren Motordrehzahl.
Aus den vier beschriebenen Beispielen lässt sich beispielhaft entnehmen, wie das Verhältnis vti in Abhängigkeit der drei genannten Einflussgrößen, nämlich der Änderung der Nockenwellenposition bei verstellbarer Nockenwelle des Einlassventils 5, der Veränderung des Vorlagerungswinkels für das Ende des Einspritzvorgangs bzw. die Änderung des Flugwinkels und damit des Vorlagerungswinkels mit Flugzeit variierbar ist.
Wie beschrieben wird die vom Einspritzventil 25 eingespritzte Kraftstoffmasse nicht immer komplett vorgelagert, sondern teilweise oder auch ganz in das offene Einlassventil 5 gespritzt. Der Kraftstoffanteil, der ins offene Einlassventil 5 gespritzt wird, trägt nicht oder nur wenig zur Kraftstoffwandfilmmasse bei. Dies wird durch die Korrektur mittels des Korrekturfaktors ftineo gemäß der Erfindung berücksichtigt, wobei durch diesen Korrekturfaktor ftineo das Verhältnis der in das offene Einlassventil 5 eingespritzten Kraftstoffmasse bezogen auf die gesamte vom Einspritzventil 25 ins Saugrohr 10 eingespritzte Kraftstoffmasse berücksichtigt wird.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Kraftstoffwandfilmmasse bei einem Verbrennungsmotor (1) mit Saugrohreinspritzung, wobei die Kraftstoffwandfilmmasse in einem ersten Verfahrensabschnitt ausgehend von einer Kraftstoffeinspritzung ermittelt wird, die vollständig vor Öffnen eines Einlassventils (5) eines Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (1) in das Saugrohr (10) erfolgt, und dass in einem zweiten Verfahrensabschnitt der so ermittelte Wert für die Kraftstoffwandfilmmasse in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der über das offene Einlassventil (5) in einen Brennraum (15) des Zylinders (20) eingespritzten Kraftstoffmasse und der gesamten eingespritzten Kraftstoffmasse korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis ermittelt wird, indem die Zeit, in der der Kraftstoff über das offene Einlassventil (5) in den Brennraum (15) eingespritzt wird, auf eine gesamte effektive Einspritzzeit bezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zeit, in der der Kraftstoff über das offene Einlassventil (5) in den Brennraum (15) eingespritzt wird, eine Flugzeit des Kraftstoffs von einem Einspritzventil (25) bis zum Einlassventil (5) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis ermittelt wird, indem der Kurbelwinkelbereich, in dem der Kraftstoff über das offene Einlassventil (5) in den Brennraum (15) eingespritzt wird, auf einen Kurbelwinkelbereich bezogen wird, der einer gesamten effektiven Einspritzzeit in Abhängigkeit einer Motordrehzahl zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Verhältnisses ein Korrekturfaktor für den ermittelten Wert der Kraftstoffwandfilmmasse derart ermittelt wird, dass sich im Rahmen einer Wandfilmkompensation bei gleichen Lastsprüngen gleiche Werte für ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis in einem Abgasstrang (30) des Verbrennungsmotors (1) ergeben, wie bei vollständiger Einspritzung des Kraftstoffs vor Öffnen des Einlassventils (5).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis durch Änderung einer Nockenwellenposition bei verstellbarer Nockenwelle, durch Änderung eines Vorlagerungswinkels für ein Ende der Kraftstoffeinspritzung oder durch Änderung eines Flugwinkels, der sich aus einer Flugzeit des Kraftstoffs vom Verlassen des Einspritzventils (25) bis zum Erreichen des Einlassventils (5) ergibt, verändert wird.
Vorrichtung (35) zur Ermittlung einer Kraftstoffwandfilmmasse bei einem Verbrennungsmotor (1) mit Saugrohreinspritzung, wobei Mittel (40) zum Ermitteln der Kraftstoffwandfilmmasse in einem ersten Verfahrensabschnitt ausgehend von einer Kraftstoffeinspritzung vorgesehen sind, die vollständig vor Öffnen eines Einlassventils (5) eines Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (1) in das Saugrohr (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (45) zur Korrektur in einem zweiten Verfahrensabschnitt des so ermittelten Wertes für die Kraftstoffwandfilmmasse in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der über das offene Einlassventil (5) in einen Brennraum (15) des Zylinders (20) eingespritzten Kraftstoffmasse und der gesamten eingespritzten Kraftstoffmasse vorgesehen sind.