DE112019003287T5

DE112019003287T5 - Steuergerät für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE112019003287T5
Application number: DE112019003287.9T
Authority: DE
Inventors: Stephen Smith; Brian Varney; Mahaveera Harsha
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-04-01
Also published as: WO2020002440A1

Abstract

Ein Steuergerät für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Motor, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst: einen Eingang, der so angeordnet ist, dass er ein erstes Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzvorrichtung anzeigt, und/oder ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung anzeigt, empfängt; einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Betriebsparameter des Motors bestimmt; und einen Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Betriebsmodus auf der Grundlage des ersten und/oder zweiten Eingangssignals bzw. der ersten und/oder zweiten Eingangssignale und des mindestens einen Betriebsparameters des Motors bestimmt; und einen Ausgang, der so konfiguriert ist, dass er ein Steuersignal zum Steuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem bestimmten Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Betriebsmodus ausgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuergerät für ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor eines Fahrzeugs. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems zur Steuerung des Betriebs eines Kraftstoffeinspritzventils des Motors. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Steuergerät, ein Kraftstoffeinspritzsystem und ein Fahrzeug. Weitere Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Motors.
HINTERGRUND
Kraftstoffeinspritzsteuerungssysteme werden üblicherweise verwendet, um den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils zu steuern, um den Kraftstofffluss in einen entsprechenden Motorzylinder eines Motors zu regulieren. Solche Steuersysteme können so eingerichtet sein, dass sie die Steuerparameter des Kraftstoffeinspritzventils anpassen, wenn sich die Anforderungen an den Motor ändern.
Ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Nadelventil, das durch ein Magnetventil oder ein anderes Betätigungsmittel betätigt wird. Der Kraftstoff wird durch das Kraftstoffeinspritzventil zugeführt, indem ein Signal zur Erregung des Magneten gesendet wird, um die Nadel des Ventils von ihrem Ventilsitz abzuheben. Das Nadelventil wird so lange in einer offenen Position gehalten, wie das Signal an den Magneten geliefert wird. Die Signaldauer (bekannt als Einspritzimpulsbreite) diktiert, wie lange das Nadelventil vom Ventilsitz weggehalten wird, was dadurch den Kraftstofffluss zum Motorzylinder beeinflusst.
Eine Degradation des Einspritzventils im Laufe der Zeit, aufgrund von allgemeinem Verschleiß oder einer Ansammlung von Kraftstoffablagerungen, bedeutet, dass der Kraftstofffluss in der Nähe der minimalen Höhe der Nadel reduziert wird, zusätzlich zu einer verzögerten Öffnung der Nadel. Daher wird die Kraftstoffmenge, die dem Motorzylinder zugeführt wird, bei einer gegebenen Impulsbreite verringert. Der Kraftstofffluss aus einem Einspritzventil wird besonders durch die Bildung von Ablagerungen eingeschränkt, wenn das Einspritzventil in einem „ballistischen“ (nicht linearen) Flusszustand betrieben wird, d. h. wenn die Impulsbreite so groß ist, dass das Nadelventil nicht seine vollständig geöffnete Position erreicht.
Bekannte Strategien zur Steuerung von Einspritzventilen stützen sich auf Sensoren, die die dynamischen Betriebsbedingungen des Einspritzventils messen, und verwenden Rückkopplungssysteme mit geschlossenem Regelkreis, um die Steuerung der Impulsbreite des Einspritzventils dynamisch anzupassen, um Änderungen in der Leistung des Einspritzventils auszugleichen.
Closed-Loop-Regelsysteme können Sensoren verwenden, um die Leistung des Einspritzventils direkt zu messen. Die Sensoren müssen innerhalb des Motors in der Nähe des Einspritzventils angebracht werden, damit sie deren Leistung in Echtzeit überwachen können, typischerweise durch Messung des aktiven Zylinderdrucks oder der Magnetbetätigung des Einspritzventils. Der Schutz der Sensoren vor den extremen Temperaturen und Drücken in einem Motor stellt jedoch viele technische Herausforderungen dar, die die Effektivität solcher dynamischen Überwachungssysteme einschränken. Die technischen Hürden, die mit der Installation und dem Betrieb solcher Sensoren verbunden sind, können auch zu ungenauen Messungen der Betriebszustände des Einspritzventils führen.
Alternativ können solche Regelsysteme so eingerichtet werden, dass sie das Rückkopplungsrauschen in den Steuersignalen der Einspritzmagnete überwachen. Das Signalrauschen kann analysiert werden, um die Leistung des Einspritzventils abzuschätzen (d. h. die tatsächliche Nadelhubdauer im Vergleich zur Soll-Nadelhubdauer), jedoch ist es schwierig, das Signalrauschen zu überwachen, was zu erheblichen Fehlern bei der Bestimmung der Leistung des Einspritzventils führt.
Die oben genannten Einschränkungen bei der Bestimmung des Betriebsverhaltens des Kraftstoffeinspritzventils können dazu führen, dass unerwünschte Einspritzventilsteuerungsstrategien implementiert werden. Es ist auch bekannt, bestimmte Einspritzventilsteuerungsstrategien während des Anfahrens des Fahrzeugs zu implementieren, d. h. wenn das Fahrzeug von einem Benutzer so konfiguriert wird, dass es von einer stationären Position wegfährt. Diese Anfahrsteuerungsstrategien werden eingesetzt, um eine dem Motor nachgeschaltete Abgasreinigungseinrichtung schnell aufzuheizen, damit diese die erhöhten Abgasemissionen, die typischerweise bei höherer Motorlast entstehen, unterbinden kann. Solche Regelstrategien werden jedoch nur dann ausgelöst, wenn ein Motordrehmomentbedarf einen bestimmten Schwellenbereich überschreitet, ohne Rücksicht auf den Betriebswirkungsgrad des Einspritzventils oder der Abgasreinigungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben genannten Probleme im Zusammenhang mit der unerwünschten Implementierung von Kraftstoffeinspritzventilsteuerstrategien zu mildern oder zu überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung für ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Motor bereitgestellt, wobei die Steuerung umfasst: einen oder mehrere Eingänge, die so angeordnet sind, dass sie ein erstes Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils angibt, und/oder ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissions-Steuereinrichtung angibt, empfangen; einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Betriebsparameter des Motors bestimmt; und einen Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus auf der Grundlage des ersten und/oder zweiten Eingangssignals bzw. der ersten und/oder zweiten Eingangssignale und des mindestens einen Betriebsparameters des Motors bestimmt; und einen Ausgang, der so konfiguriert ist, dass er ein Steuersignal zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem bestimmten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus ausgibt.
Das Steuergerät ist vorteilhafterweise so konfiguriert, dass es den Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils basierend auf dem Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils und/oder der Abgasreinigungsvorrichtung einstellen kann. Das Steuergerät ist daher in der Lage, die Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils auf einen Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus umzuschalten, der die suboptimale Leistung der EECD und/oder des Kraftstoffeinspritzventils für einen gegebenen Motorbetriebszustand kompensieren kann, um beispielsweise die Fahrzeugemissionen zu reduzieren oder die Drehmomentleistung des Motors zu erhöhen.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es (i) ein erstes Steuersignal ausgibt, um das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus zu steuern, wenn der mindestens eine Betriebsparameter unter einem Schwellenwert liegt; und (ii) ein zweites Steuersignal ausgibt, um das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus zu steuern, wenn der mindestens eine Betriebsparameter über dem Schwellenwert liegt; wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er den Schwellenwert in Abhängigkeit von dem/den ersten und/oder zweiten Eingangssignal(en) bestimmt.
Der zweite Betriebsmodus kann so konfiguriert sein, dass er vorteilhaft die Emissionen des Fahrzeugs durch schnelles Aufheizen der EECD reduziert, wodurch die EECD in die Lage versetzt wird, mehr Partikel aus den Motorabgasen zu sammeln. Dies ist besonders vorteilhaft für ein Fahrzeug, das mit einer neuen EECD ausgestattet wurde, die nur mit einem suboptimalen Wirkungsgrad arbeiten kann. Im Gegensatz dazu kann der erste Betriebsmodus so konfiguriert sein, dass das Kraftstoffeinspritzventil mehr Kraftstoff in den Motor einspritzt, um Leistung zu erzeugen, wodurch sich der relative Kraftstoffverbrauch des Motors erhöht.
Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er den Schwellenwert erhöht, wenn der Betriebswirkungsgrad der Abgasreinigungsanlage steigt. Durch die Bestimmung eines niedrigeren Schwellenwerts für eine neue EECD im Vergleich zu einer gealterten EECD kann der Wert des mindestens einen Betriebsparameters, der erforderlich ist, um den Übergang zwischen dem ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzmodus auszulösen, für Situationen reduziert werden, in denen die EECD weniger effizient arbeitet.
Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er den Schwellenwert erhöht, wenn der Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils abnimmt.
Mindestens eine der Betriebsarten des ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzers kann eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen für einen einzelnen Zyklus des Motors definieren. Die erste Betriebsart des Kraftstoffeinspritzventils kann eine erste Kraftstoffeinspritzung gefolgt von einer letzten Einspritzung umfassen.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es das Einspritzventil während des Leerlaufs des Motors und nach einem Kaltstart des Motors gemäß der ersten Betriebsart des Einspritzventils betreibt.
Die zweite Betriebsart des Kraftstoffeinspritzventils kann eine erste Kraftstoffeinspritzung gefolgt von einer letzten Einspritzung umfassen, wobei die erste Kraftstoffeinspritzung zwei oder mehr Untereinspritzungen umfasst.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es das Kraftstoffeinspritzventil während eines Wegfahrzustands des Motors und nach einem Kaltstart des Motors gemäß der zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsart betreibt.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es das Kraftstoffeinspritzventil unmittelbar nach dem Motoranlaufereignis gemäß dem ersten und/oder dem zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus betreibt.
Der mindestens eine Betriebsparameter des Motors kann einen Indikator für einen Motordrehmomentbedarf umfassen.
Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er den Schwellenwert so bestimmt, dass er einen maximalen Schwellenwert nicht überschreitet.
Der maximale Schwellenwert kann einem Motordrehmomentbedarf von 15-25% eines maximalen Drehmomentbedarfs entsprechen.
Der maximale Schwellenwert kann einem Motordrehmomentbedarf von 20 % eines maximalen Drehmomentbedarfs entsprechen.
Der Motordrehmomentbedarf kann durch mindestens einen der Parameter Luftstrom in den Motor, Motordrehzahl und Motordrosselklappenstellung bestimmt werden.
Der mindestens eine Motorbetriebsparameter kann einen Indikator für eine Motortemperatur umfassen.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es das Kraftstoffeinspritzventil gemäß mindestens einer der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsarten betreibt, wenn die Motortemperatur zwischen 5°C und 40°C liegt.
Das erste und/oder zweite Eingangssignal kann einen Indikator für mindestens eines von einem Alter des Fahrzeugs, einem Kilometerstand des Fahrzeugs, einer Anzahl von Kraftstoffeinspritzereignissen, einem Sauerstoffspeicherwert und einer Anzahl von Motorstartereignissen enthalten.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es das Kraftstoffeinspritzventil gemäß mindestens einem der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodi während eines Wegfahrzustands des Motors unmittelbar nach dem Motorstart betreibt.
Der Ausgang kann so konfiguriert sein, dass er ein Steuersignal ausgibt, das einen Strom- oder Spannungswert umfasst, der an das Kraftstoffeinspritzventil angelegt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor bereitgestellt, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Steuergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Kraftstoffeinspritzventil so konfiguriert ist, dass er den Kraftstofffluss in einen Zylinder des Motors in Abhängigkeit von dem Steuersignal steuert.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Steuergerät oder ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzers für einen Motor bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzers angibt, und/oder eines zweiten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionsvorrichtung angibt; Bestimmen mindestens eines Betriebsparameters des Motors; Bestimmen eines Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzers auf der Grundlage des ersten und/oder zweiten Eingangssignals bzw. der ersten und/oder zweiten Eingangssignale und des mindestens einen Betriebsparameters des Motors; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern des Kraftstoffeinspritzers gemäß dem bestimmten Kraftstoffeinspritzer-Betriebsmodus.
Das Verfahren kann umfassen: Bestimmen eines Schwellenwerts des mindestens einen Betriebsparameters in Abhängigkeit von dem/den ersten und/oder zweiten Eingangssignal(en); Ausgeben eines ersten Steuersignals, um das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus zu steuern, wenn der mindestens eine Betriebsparameter unter einem Schwellenwert liegt; und Ausgeben eines zweiten Steuersignals, um das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus zu steuern, wenn der mindestens eine Betriebsparameter über dem Schwellenwert liegt.
Der Schritt des Bestimmens des Schwellenwerts kann das Erhöhen des Schwellenwerts umfassen, wenn die Betriebseffizienz der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung zunimmt.
Der Schritt des Bestimmens des Schwellenwerts kann ein Erhöhen des Schwellenwerts umfassen, wenn der Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils abnimmt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuergerät für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Motor bereitgestellt, wobei das Steuergerät umfasst: einen Eingang, der so angeordnet ist, dass er ein erstes Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils angibt, und/oder ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung angibt, empfängt; einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er einen Wert bestimmt, der eine gewünschte Kraftstoffmasse angibt, die durch das Kraftstoffeinspritzventil in einen Zylinder des Motors eingespritzt werden soll; und einen Ausgang, der so konfiguriert ist, dass er ein Steuersignal zum Steuern des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils ausgibt; wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Parameter des Steuersignals auf der Grundlage des/der ersten und/oder zweiten Eingangssignals/Eingangssignale und des Wertes, der die gewünschte Kraftstoffmasse angibt, bestimmt.
Die Steuerung kompensiert vorteilhafterweise Änderungen im Betriebswirkungsgrad des Einspritzventils, indem sie mindestens einen Steuerparameter, wie z. B. die Impulsbreite oder die Nadelhubdauer, des Steuersignals in Abhängigkeit vom Betriebswirkungsgrad entweder des Kraftstoffeinspritzventils oder der Abgasreinigungsvorrichtung einstellt. Dies ist ein wesentlich einfacherer Ansatz im Vergleich zu herkömmlichen „Closed-Loop-Regelsystemen“, die komplizierte Sensoren benötigen, um die dynamischen Betriebsbedingungen des Motors zu überwachen. Vorteilhafterweise benötigt die Steuerung der vorliegenden Erfindung keine zusätzliche Überwachungseinrichtung und kann dennoch verwendet werden, um die Auswirkungen von Ablagerungen um den Nadelventilsitz herum zu berücksichtigen, insbesondere bei ballistischen Strömungsbedingungen.
Die Auswirkungen der Ablagerungen um das Nadelventil herum werden durch Änderungen der Benzineinspritzstrategien zur Erfüllung strengerer Partikelemissionsstandards verstärkt. Diese Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsstrategien bewirken, dass der Motor näher an einer minimalen Kraftstoffdurchflussschwelle (d.h. im ballistischen Durchflusszustand) betrieben wird, unterhalb derer ein erhöhtes Risiko von Fehlzündungen besteht. Das Steuergerät der vorliegenden Operation ist in der Lage, das erhöhte Risiko von Fehlzündungen, das mit einem alternden Kraftstoffeinspritzventil verbunden ist, auf bequeme Weise zu kompensieren und gleichzeitig die Auspuffemissionen während der frühen Lebensdauer des Einspritzventils zu minimieren, was den effizienten Betrieb des Motors über die gesamte Lebensdauer des Motors verbessert.
In Ausführungsformen kann das Steuersignal binär sein, so dass es in der Lage ist, ein Solenoid des Einspritzventils zwischen einem erregten und einem nicht erregten Zustand zu schalten. Das Steuersignal kann eine vorgegebene Zeitspanne umfassen, für die das Solenoid erregt werden kann. Auf diese Weise kann das Steuergerät so konfiguriert werden, dass die Ausgabe des Steuersignals dazu führen kann, dass die Magnetspule für die vorgegebene Zeitspanne erregt wird.
Alternativ kann das Steuergerät der vorliegenden Erfindung das Kraftstoffeinspritzventil so betreiben, dass es eine Änderung des Betriebswirkungsgrades der Abgasreinigungseinrichtung kompensiert. Eine typische Abgasreinigungsvorrichtung ist anfangs weniger effizient beim Abfangen von Abgaspartikeln aus dem Motor, verbessert sich aber im Laufe der Zeit durch die Aschebelastung. Das Steuergerät der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, die Masse des in den Motor fließenden Kraftstoffs anzupassen, wenn sich der Wirkungsgrad der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung ändert, so dass das Risiko von Fehlzündungen des Motors gemindert werden kann, während die Partikelemissionen des Fahrzeugs im Laufe der Zeit minimiert werden.
Der Eingang kann so eingerichtet sein, dass er ein erstes Eingangssignal empfängt, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils anzeigt, und ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionssteuerungseinrichtung anzeigt.
Das erste Eingangssignal kann indikativ für das Alter des Kraftstoffeinspritzventils sein und/oder das zweite Eingangssignal kann indikativ für das Alter der Abgasemissionsvorrichtung sein. Das Alter des Kraftstoffeinspritzventils und/oder der Abgasemissionsvorrichtung kann sich auf die Zeit beziehen, die das Kraftstoffeinspritzventil oder die Abgasemissionsvorrichtung im Fahrzeug installiert sind. Dementsprechend kann das Alter des Kraftstoffeinspritzventils und/oder der Abgasemissionsvorrichtung zurückgesetzt werden, wenn eine der Komponenten ausgetauscht oder zur Wartung ausgebaut wird. Das Alter kann alternativ in Abhängigkeit von einer Zeitspanne, in der der Motor aktiv war, bestimmt werden.
Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er den mindestens einen Parameter des Steuersignals erhöht, wenn das Alter des Kraftstoffeinspritzventils zunimmt. Vorteilhafterweise bilden sich mit zunehmendem Alter des Kraftstoffeinspritzventils Ablagerungen um seine Einspritznadel oder seinen Sitz, was zu einer Verringerung der Fähigkeit des Einspritzventils führt, Kraftstoff in den Motorzylinder einzuspritzen. Durch Erhöhen des mindestens einen Parameters mit zunehmendem Alter des Einspritzventils kompensiert das Steuersystem in vorteilhafter Weise den verringerten Wirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils und erhält so die Leistung des Motors. Dies ist besonders wichtig bei niedriger Motorlast, wo ein erhöhtes Risiko für Fehlzündungen besteht.
In der Situation, in der das Kraftstoffeinspritzventil neu ist, steuert das Steuersignal den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils so, dass die Masse des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs über einem Mindestwert der Kraftstoffmasse liegt. Der Minimalwert stellt die absolute Mindestmenge an Kraftstoff dar, die erforderlich ist, um Fehlzündungen robust zu verhindern oder einen Zielwert für die Verbrennungsstabilität zu erreichen, basierend auf einer gegebenen gewünschten Kraftstoffmasse, wenn das Einspritzventil neu ist.
Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er den mindestens einen Parameter des Steuersignals verringert, wenn das Alter der Abgasreinigungsanlage zunimmt.
In der Situation, in der die Abgasreinigungsanlage neu ist, kann das Steuersignal den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils so steuern, dass die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmasse bei einer gegebenen Soll-Kraftstoffmasse unter einem maximalen Kraftstoffmassenwert liegt. Der Maximalwert stellt die absolute maximale Kraftstoffmasse dar, die in den Motorzylinder eingespritzt werden kann, ohne dass ein vorgegebener Grenzwert für die Fahrzeugemissionen überschritten wird.
Das erste und/oder zweite Eingangssignal kann einen Indikator für mindestens eines der folgenden Elemente enthalten: Alter des Fahrzeugs, Kilometerstand des Fahrzeugs und/oder Anzahl der Motorstartvorgänge. Das Alter des Fahrzeugs kann durch Messung der seit dem Einbau des Systems in ein Fahrzeug verstrichenen Zeit bestimmt werden. Alternativ kann das Alter des Fahrzeugs ab dem Datum des Erstkaufs des Fahrzeugs oder ab einem anderen geeigneten Ausgangspunkt, der das Alter angibt, gemessen werden. Der Startpunkt kann z. B. von einem Benutzer des Fahrzeugs vorher festgelegt werden. Die verstrichene Zeit kann mit der internen Uhr des Fahrzeugs oder mit einem anderen geeigneten Mittel zur Zeiterfassung gemessen werden. Die Anzahl der Motorstart-Ereignisse kann bestimmt werden, indem ein Eingangssignal, das die Anzahl der Startsignale angibt, von der ECU empfangen wird. Der Kilometerstand des Fahrzeugs kann bestimmt werden, indem ein Eingangssignal, das den Kilometerstand des Fahrzeugs angibt, von einem geeigneten Mittel zur Aufzeichnung des Kilometerstands, wie z. B. einem Fahrtenschreiber, empfangen wird.
Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er den Wert, der eine gewünschte Kraftstoffmasse anzeigt, in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Motors bestimmt. Die Bestimmung der gewünschten Kraftstoffmasse kann durch Empfangen und Interpretieren eines relevanten Eingangssignals erreicht werden, das eine Änderung eines Betriebsparameters des Motors anzeigt.
Der Betriebsparameter des Motors kann einen Indikator für einen Motordrehmomentbedarf und/oder eine Motordrehzahl umfassen. In alternativen Ausführungsformen kann der Betriebsparameter einen Indikator für eine Fahrzeuggeschwindigkeitsreduzierung oder einen Bremsbedarf umfassen. Der Indikator eines Motordrehmomentbedarfs kann von der ECU bereitgestellt werden. Alternativ kann die Motordrehmomentanforderung von einem Steuermodul für automatisiertes Fahren des Fahrzeugs bereitgestellt werden, z. B. von einem Tempomatmodul des Fahrzeugs. In Ausführungsformen kann die Motordrehmomentanforderung von einer geeigneten Mensch-Maschine-Schnittstelle, wie z. B. einem Gaspedal, empfangen werden.
Der mindestens eine Parameter des Steuersignals kann eine Einspritzpulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils umfassen. Der mindestens eine Parameter des Steuersignals kann eine Zeitspanne umfassen, über die das Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil angelegt wird.
Der mindestens eine Parameter des Steuersignals kann einen Strom- oder Spannungswert umfassen, der an das Kraftstoffeinspritzventil angelegt werden kann, um das Einspritzventil so zu betätigen, dass sie Kraftstoff in den Motorzylinder einspritzt.
Der Motor des Fahrzeugs kann eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen umfassen, und das Steuersignal kann an ein oder mehrere der Kraftstoffeinspritzventile angelegt werden, gleichzeitig oder in einer vordefinierten Reihenfolge. Alternativ kann das Steuersignal auch nur an einen Teil oder eine Untergruppe der Kraftstoffeinspritzventile angelegt werden. Das Steuersignal kann nur an aktive Kraftstoffeinspritzventile angelegt werden, wenn bestimmte Kraftstoffeinspritzventile z. B. beim Betrieb in einem Kraftstoffsparmodus deaktiviert werden.
Die Einspritzimpulsbreite kann einem letzten Einspritzimpuls einer mehrstufigen Einspritzsequenz entsprechen.
Das Steuergerät kann so konfiguriert sein, dass es das Kraftstoffeinspritzventil während eines Startmodus des Motors steuert. Der vorteilhafte Betrieb des erfindungsgemäßen Steuergeräts ist insbesondere während des Startvorgangs des Motors vorteilhaft, da hier die Wahrscheinlichkeit von Fehlzündungen des Motors größer ist.
Die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung kann eine Katalysatorvorrichtung und/oder eine Filtervorrichtung umfassen. Die Filtereinrichtung kann einen Ottopartikelfilter umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor bereitgestellt, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Steuereinrichtung gemäß einem der obigen Absätze umfasst, wobei das Kraftstoffeinspritzventil so konfiguriert ist, dass es den Kraftstofffluss in einen Zylinder des Motors in Abhängigkeit von dem Steuersignal steuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das das Steuergerät gemäß einem der obigen Absätze umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der obigen Absätze umfasst.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzers für einen Motor bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angibt, und/oder eines zweiten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionsvorrichtung angibt; Bestimmen eines Wertes, der eine gewünschte Kraftstoffmasse angibt, die durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einen Zylinder des Motors eingespritzt werden soll; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung; wobei der Schritt des Ausgebens des Steuersignals das Bestimmen mindestens eines Parameters des Steuersignals in Abhängigkeit von dem (den) ersten und/oder zweiten Eingangssignal(en) und dem Wert, der die gewünschte Kraftstoffmasse angibt, umfasst.
Das erste Eingangssignal kann indikativ für das Alter des Kraftstoffeinspritzventils sein und/oder das zweite Eingangssignal ist indikativ für das Alter der Abgasemissionsvorrichtung.
Der Schritt des Ausgebens des Steuersignals kann das Erhöhen des mindestens einen Parameters des Steuersignals umfassen, wenn das Alter des Kraftstoffeinspritzventils zunimmt.
Der Schritt des Ausgebens des Steuersignals kann ein Verringern des mindestens einen Parameters des Steuersignals mit zunehmendem Alter der Abgasemissionssteuereinrichtung umfassen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Computersoftware, die bei ihrer Ausführung eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß dem Verfahren des vorhergehenden Aspekts durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein nicht-transitorisches computerlesbares Speichermedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, die bei Ausführung durch einen oder mehrere elektronische Prozessoren bewirken, dass der eine oder die mehreren elektronischen Prozessoren das Verfahren des vorhergehenden Aspekts ausführen.
Die Parameter und Anweisungen, die den Verfahrensschritten der Erfindung zugeordnet sind, werden als elektronische Daten bereitgestellt, die auf einer nichtflüchtigen Speicherkomponente eines Computers oder Logiksystems gespeichert sind, das in eine Steuereinheit des Motorsteuergeräts eingebettet ist.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Steuergerät“ so verstanden, dass er sowohl ein einzelnes Steuergerät oder eine Steuereinheit als auch eine Vielzahl von Steuergeräten oder Steuereinheiten umfasst, die gemeinsam arbeiten, um die erforderliche Steuerfunktionalität bereitzustellen. Es kann ein Satz von Anweisungen bereitgestellt werden, die bei ihrer Ausführung bewirken, dass die Steuerung(en) oder Steuereinheit(en) die hier beschriebenen Steuerungstechniken (einschließlich der unten beschriebenen Verfahren) implementieren. Der Satz von Anweisungen kann in einen oder mehrere elektronische Prozessoren eingebettet sein, oder alternativ könnte der Satz von Anweisungen als Software bereitgestellt werden, die von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird. Beispielsweise kann ein erstes Steuergerät in Software implementiert sein, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird, und ein oder mehrere andere Steuergeräte können ebenfalls in Software implementiert sein, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird, optional auf demselben einen oder mehreren Prozessoren wie das erste Steuergerät.
Es wird jedoch geschätzt werden, dass andere Anordnungen auch nützlich sind, und daher ist die vorliegende Erfindung nicht beabsichtigt, auf eine bestimmte Anordnung beschränkt werden. In jedem Fall kann der oben beschriebene Satz von Anweisungen in ein computerlesbares Speichermedium (z. B. ein nicht-transitorisches Speichermedium) eingebettet werden, das jeden Mechanismus zum Speichern von Informationen in einer Form umfassen kann, die von einer Maschine oder elektronischen Prozessoren/Rechengeräten lesbar ist, einschließlich, ohne Einschränkung: ein magnetisches Speichermedium (z. B., Floppy-Diskette); optisches Speichermedium (z. B. CD-ROM); magnetooptisches Speichermedium; Festwertspeicher (ROM); Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM); löschbarer programmierbarer Speicher (z. B. EPROM und EEPROM); Flash-Speicher; oder elektrische oder andere Arten von Medien zum Speichern solcher I nformationen/ Anweisungen.
Es wird deutlich, dass das Vorstehende nur einige der Möglichkeiten in Bezug auf die einzelnen Teilsysteme eines Fahrzeugs darstellt, die einbezogen werden können, sowie die Anordnung dieser Teilsysteme mit dem Steuergerät. Dementsprechend wird es weiter zu schätzen wissen, dass Ausführungsformen eines Fahrzeugs, die andere oder zusätzliche Subsysteme und Subsystemanordnungen enthalten, innerhalb des Geistes und Umfangs der vorliegenden Erfindung bleiben. Zusätzliche Subsysteme können z. B. Systeme umfassen, die sich auf eine beliebige Motorsteuerungsfunktion oder eine Kraftstoffeinspritzfunktion beziehen.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorangehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere die einzelnen Merkmale davon, unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination betrachtet werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in beliebiger Weise und/oder Kombination miteinander kombiniert werden, sofern diese Merkmale nicht miteinander unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch dahingehend zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, obwohl er ursprünglich nicht in dieser Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 ist ein Fahrzeug mit einem Motor und einem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine schematische Zeichnung eines Steuergeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine Zeichnung eines Kraftstoffeinspritzventils des Kraftstoffeinspritzsystems von 1;
4 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils des Kraftstoffeinspritzventils aus 3, der durch den eingekreisten Bereich A gekennzeichnet ist;
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Alterungsfaktors eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer minimalen Einspritzzeit eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Einspritzzeit eines Kraftstoffeinspritzventils in Abhängigkeit vom Kraftstoffdurchfluss einer Reihe von Kraftstoffeinspritzventilen mit unterschiedlichen Alterungsgraden zeigt;
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Änderung der Öffnungszeit des Kraftstoffeinspritzventils in Abhängigkeit vom Kraftstoffdurchfluss einer Reihe von Kraftstoffeinspritzventilen mit unterschiedlichen Alterungsgraden zeigt;
10 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Bestimmung und Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines minimalen Drehmomentbedarfs zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors (ICE) eines Fahrzeugs. Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Steuergerät 14 eines Kraftstoffeinspritzsystems 15 angeordnet, um den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils (nicht dargestellt) zu steuern, um die Abgasemissionen des Motors 12 zu reduzieren, während ein stabiler Motorbetrieb über die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils aufrechterhalten wird. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem 15, dessen Betrieb auf ein Fahrzeug 10 mit einem Motorabgassystem 18, das mit einer Abgasemissionskontrollvorrichtung 16 (EECD) ausgestattet ist, wie in 1 gezeigt, angewendet wird. Aspekte der Erfindung beziehen sich ferner auf ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einen Motor 12, wie in 5 gezeigt, wobei das Verfahren durch das Steuergerät 14 des Kraftstoffeinspritzsystems 15 implementiert wird.
Der Motor 12 ist ein Benzinmotor, obwohl es zu schätzen wissen, dass die Funktionalität des Kraftstoffeinspritzsystems 15 und das Steuergerät 14 könnte auf andere Motortypen angewendet werden. Die Abgasreinigungsvorrichtung 16 ist ein Benzinpartikelfilter (GPF), der so angeordnet ist, dass er die Auspuffpartikelemissionen des Motors 12 reduziert, indem er Partikel oder Teilchen aus den Abgasen auffängt, die von diesem ausgestoßen werden. Es wird deutlich, dass die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung 16 ferner eine Katalysatorvorrichtung zur Entfernung anderer Verbrennungsprodukte aus dem Abgasstrom des Motors umfassen kann.
Das Steuergerät 14 ist in 2 als herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, der einen Prozessor 40, einen Eingang 42, einen Ausgang 44 und einen Speicher 46 (z. B. einen nicht-übertragbaren Speicher) umfasst. Es wird deutlich, dass der Eingang und der Ausgang 42, 44 als verdrahtete oder drahtlose Anschlüsse des Mikrocomputers angeordnet sein können. Alternativ kann das Steuergerät 14 ein virtuelles Modul eines Motorsteuergeräts (ECU) darstellen, das so programmiert ist, dass es den Betrieb des Motors 12 steuert, einschließlich z. B. der Frage, wann und wie lange jede Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils dauern soll.
Das Steuergerät 14 ist in der Lage, über den Eingang 42 Eingangssignale von einer Vielzahl unterschiedlicher Datenquellen zu empfangen, einschließlich beispielsweise einer Vielzahl von Fahrzeugsensoren. Insbesondere ist der Eingang 44 so angeordnet, dass er ein erstes Eingangssignal empfängt, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils anzeigt, und ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad der Abgasreinigungsvorrichtung 16 anzeigt. Das Steuergerät 14 ist außerdem so konfiguriert, dass es über den Ausgang 44 Steuersignale an ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventil(e) des Motors 12 ausgibt. Auf diese Weise ist der Ausgang 44 so konfiguriert, dass er ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils ausgibt.
Der Prozessor 40 des Steuergeräts 14 ist so konfiguriert, dass er einen Wert bestimmt, der eine gewünschte Kraftstoffmasse angibt, die durch das Kraftstoffeinspritzventil in einen Zylinder des Motors 12 eingespritzt werden soll. Die gewünschte Kraftstoffmasse ist repräsentativ für die Anforderung, die an den Motor 12 gestellt wird, wie sie von einem Benutzer bestimmt wird, der Druck auf ein Gaspedal ausübt, oder durch ein anderes geeignetes Steuermittel (z. B. als Reaktion auf ein Drehmomentanforderungssignal von einem Fahrtsteuergerät-Modul der ECU). Beispielsweise bestimmt der Prozessor 40, dass eine erhöhte Drehmomentanforderung von einem Benutzer eine erhöhte Motordrehzahl erfordert, die eine erhöhte Kraftstoffmenge erfordert, die in den Motor 12 eingespritzt werden muss. Der Prozessor 40 ist auch so eingerichtet, dass er die Parameter des Steuersignals auf der Grundlage der verschiedenen Eingangssignale, die er empfängt, und auch in Abhängigkeit von dem Wert, der die gewünschte Kraftstoffmasse anzeigt, bestimmt.
Bevor auf Ausführungsformen der Erfindung im Detail eingegangen wird, wird zur Veranschaulichung der Erfindung eine Betriebsart eines Kraftstoffeinspritzventils 20, auf die solche Ausführungsformen anwendbar sind, unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben, in denen ein Kraftstoffeinspritzventil 20 dargestellt ist, das so angeordnet ist, dass es Kraftstoff direkt in einen Zylinder (nicht dargestellt) des Motors 12 einspritzt. Diese Anordnung eines Kraftstoffeinspritzventils 20 ist dem Fachmann als direkte Kraftstoffeinspritzung bekannt, es wird jedoch deutlich, dass das Kraftstoffeinspritzsystem auch auf eine Saugrohreinspritzung angewendet werden kann. Das Kraftstoffeinspritzventil 20 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Steuersignals, das es vom Steuergerät 14 erhält. Die Impulsbreite kann sich auf die Breite eines charakteristischen Impulses in der Spannung des Steuersignals beziehen, der einer Zeitspanne entspricht, in der das Einspritzventil offen gehalten wird, damit Kraftstoff in den Motorzylinder gelangen kann. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 20 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffschiene umfasst. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht (in 3 mit „A“ beschriftet) der Basis des Kraftstoffeinspritzventils 20, in der ein Kopf 30 einer Ventilnadel 28 des Kraftstoffeinspritzventils so angeordnet ist, dass er an einem Ventilsitz 32 anliegt, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 20 geschlossen ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 20 hat einen Aktor 26, der direkt mit der Ventilnadel 28 gekoppelt ist, um die Bewegung der Nadel 28 zu steuern. Es sind sowohl piezoelektrische als auch elektromagnetische direktwirkende Einspritzventile bekannt. Bei einem elektromagnetisch direkt wirkenden Einspritzventil wird die Bewegung eines Stößels 22 durch Anlegen eines Stroms durch einen Magneten des Aktors 26 gesteuert. Der Stößel 22 wirkt auf eine Kraftstoffkammer 24, die am oberen Ende einer Ventilnadel 28 angeordnet ist. Wenn der Stößel 22 betätigt und nach oben gezogen wird, vergrößert sich das Volumen der Steuerkammer 24, wodurch sich der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 24 verringert und somit die Kraft, die dazu neigt, die Ventilnadel 28 gegen ihren Ventilsitz 30 zu halten, reduziert wird. Dies führt dazu, dass der Kraftstoff durch eine Reihe von Düsen 34, die sich am Boden des Ventilsitzes 32 befinden, aus der Kammer fließt.
Wird die Betätigungskraft durch Entfernen oder Verringern des an den Magneten angelegten Stroms aufgehoben, bewegt sich der Stößel 22 unter einer Federkraft nach unten, wodurch das Volumen der Steuerkammer 24 verringert und der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 24 erhöht wird, so dass der Kopf 30 der Ventilnadel 28 gegen den Ventilsitz 32 gedrückt wird.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 15 ist für einen Ottomotor 12 konfiguriert und verwendet eine mehrstufige Einspritzsequenz, bei der der Kraftstoff in mehreren (z. B. zwei oder mehr) verschiedenen Stößen im Verlauf eines einzigen Ansaugtakts des Kolbens direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Die Parameter der einzelnen Einspritzungen der mehrstufigen Sequenz können in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors 12 eingestellt werden. So kann z. B. eine Kaltstart-Steuerungsstrategie verwendet werden, bei der die letzte Einspritzung der mehrstufigen Einspritzsequenz verwendet wird, um hohe Turbulenzen im Brennraum in der Nähe der Zündkerze und um den Zündzeitpunkt herum zu erzeugen, was eine schnellere Anfangsverbrennung des Kraftstoffs bewirkt und zu einer Verbesserung der Verbrennungsstabilität im Motorzylinder führt. Die Steuerstrategie oder das Protokoll für den Kaltstart des Motors wird verwendet, um die Kraftstoffeinspritzung während der Kaltstartbedingungen zu steuern, die nach einem Kaltstart des Motors auftreten, d. h. wenn der Motor aus einer Umgebungstemperatur heraus gestartet wird, nachdem er über einen längeren Zeitraum inaktiv war.
Die mehrstufige Einspritzsequenz kann eine „Ersteinspritzung“ umfassen, auf die eine „Schlusseinspritzung“ folgt. Die Anfangs- und die Schlusseinspritzung sind durch eine vorgegebene Zeitspanne von ca. 5 ms voneinander getrennt. Die initiale Injektion ist länger als die finale Injektion. Die erste Einspritzung kann aus zwei Untereinspritzungen oder Bursts bestehen, die durch eine Zeitspanne von ca. 2 ms voneinander getrennt sind.
Bei Fahrzeugen, die mit Katalysatorvorrichtungen oder Katalysatoren ausgestattet sind, besteht außerdem die Notwendigkeit, mehrstufige Einspritzsequenzen zu verwenden, um die Katalysatorvorrichtungen schnell auf eine Temperatur aufzuheizen, bei der sie eine optimale Umwandlung der Zielgase aus dem Motorabgasstrom erreichen. Das Aufheizen der Katalysatorvorrichtung auf ihre optimale Betriebstemperatur wird durch die Einspritzung einer geringen Kraftstoffmenge in einer sehr späten letzten Einspritzstufe erreicht, was jedoch zu einer erhöhten Partikelkonzentration in den Abgasen führt.
Ein Teil des Problems besteht darin, dass die letzte Einspritzung der mehrstufigen Sequenz in der Regel dann erfolgt, wenn sich der Motorkolben nahe dem oberen Totpunkt (OT) befindet, was dem Kraftstoff wenig Zeit lässt, sich richtig mit der Luft im Brennraum zu vermischen. Außerdem erhöht sich dadurch das Risiko der Kolbenbenetzung, was zu einem Anstieg der Partikelkonzentration in den Abgasen führt, da die Flammenfront beim Auftreffen auf die Oberfläche zu spät verdampft, was zu einer übermäßig fetten Verbrennung vor Ort im Brennraum führt.
Strengere Abgasvorschriften für Fahrzeuge erfordern eine Reduzierung der Motoremissionen in jedem Betriebsmodus des Motors 12. Folglich muss die Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung präzise gesteuert werden, um das richtige Gleichgewicht zwischen Partikelemissionen und Verbrennungsstabilität (hier auch als misfire Robustheit bezeichnet) zu erreichen. Die Steuerung des Kraftstoffflusses wird jedoch oft durch die Ablagerung von Partikeln an das Einspritzventil erschwert. Die Auswirkungen der Ablagerungen sind besonders relevant, wenn der Motor 12 in einem Modus mit geringer Kraftstoffeinspritzung (d. h. weniger als 0,5 mg für jede einzelne Einspritzung) betrieben wird, z. B. während des Tick-Over-Betriebs des Motors, bei dem der Drehmomentbedarf gering ist und die Priorität der ECU daher darin besteht, die Kohlenwasserstoffemissionen des Motors 12 zu reduzieren. Das Einspritzen einer so geringen Kraftstoffmasse in den Brennraum wird durch eine unvollständige Anhebung der Einspritzventilnadel 30 erreicht, die nur eine begrenzte Steuerung des Kraftstoffflusses durch das Einspritzventil ermöglichen kann. Der geringe Kraftstoffdurchfluss führt zu ballistischen Strömungsverhältnissen im Motor 12, was mit einem erhöhten Risiko von Instabilität und Misfire verbunden ist. Die Verwendung von Mehrfacheinspritzungen mit dem Ziel, die Verbrennung im Motor zu verbessern, macht es schwierig, den Kraftstofffluss für jede einzelne Einspritzung mit herkömmlichen Rückführungs- und Kraftstoffanpassungs- oder Korrekturmethoden zu korrigieren.
Es hat sich gezeigt, dass die Menge der Ablagerungen auf der Nadel 30 und dem Nadelsitz 32 mit der Zeit, genauer gesagt mit zunehmender Nutzung des Motors 12, allmählich zunimmt. Die Geschwindigkeit der Ablagerungen ändert sich jedoch beträchtlich in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Kraftstoffs und auch von der Menge an Reinigungsmitteln, die im Kraftstoff vorhanden sind. Die Ablagerungsrate variiert auch stark mit sich ändernden Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motortemperatur und Kraftstoffdruck). Folglich können die Auswirkungen der Ablagerungen zu einer stark variierenden Leistung der Einspritzventile führen, die mit konventionellen Rückkopplungssystemen, die in erster Linie so konfiguriert sind, dass sie die Steuerung der Impulsbreite der Einspritzventile basierend auf den gemessenen Parametern jeder Einspritzung dynamisch anpassen, schwer zu handhaben ist. Rückkopplungssysteme mit geschlossenem Regelkreis sind besonders ineffektiv bei der Kompensation der Auswirkungen von Ablagerungen während ballistischer Strömungsbedingungen aufgrund der erhöhten Variabilität zwischen der Pulsbreite, wie sie von der ECU definiert wird, und dem resultierenden Flüssigkeitsstrom, der durch das Einspritzventil erreicht wird.
Das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, dass es die Variabilität in der Leistung des Kraftstoffeinspritzventils kompensiert, indem es die Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils (d. h. durch Einstellen der Pulsbreite oder der Nadelhubdauer) nicht durch eine Regelung, sondern gemäß einem vorbestimmten Kompensationswert steuert, der indikativ für die Betriebseffizienz des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der Abgasreinigungsvorrichtung 16 ist.
Der Kompensationswert wird vom Steuergerät 14 als Korrekturfaktor verwendet, mit dem das Steuergerät 14 in der Lage ist, die Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils 20 auf der Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Kraftstofffluss aus dem Einspritzventil und der Erregungspulsbreite des Einspritzventils anzupassen. Dieser Ansatz ist viel einfacher als ein herkömmliches Regelsystem, da er keine Sensoren zur Überwachung der dynamischen Bedingungen des Kraftstoffeinspritzventils selbst benötigt. Trotz der Einfachheit dieses Ansatzes können die Auswirkungen von Ablagerungen um den Nadelventilsitz 32 berücksichtigt werden, insbesondere beim Betrieb des Motors 12 unter ballistischen Strömungsbedingungen.
Wiederum Bezug nehmend auf 2, beginnt das Steuergerät 14 seinen Betrieb, indem es zunächst feststellt, dass der Motor 12 in einem Motoranlaufmodus arbeitet, der einem Leerlaufzustand des Motors 12 entspricht. Dies wird durch die Bestimmung der Motordrehzahl von der ECU erreicht. Nach der Bestätigung, dass der Motor 12 unter Leerlaufbedingungen arbeitet, fährt es mit seinem Betrieb fort, um das Kraftstoffeinspritzventil 20 zu steuern. Das Steuergerät 14 ist ferner so konfiguriert, dass es einen Parameter des Steuersignals auf der Grundlage eines ersten Eingangssignals und eines Wertes, der die gewünschte Kraftstoffmasse anzeigt, bestimmt. Das erste Eingangssignal ist bezeichnend für den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils 20, während der Wert, der eine gewünschte Kraftstoffmasse anzeigt, ein Indikator für einen Motordrehmomentbedarf ist, der von der ECU als weiteres Eingangssignal empfangen wird. Der Indikator für den Drehmomentbedarf stellt eine Reaktion auf den Druck des Benutzers auf das Gaspedal dar. Der Steuerparameter ist eine Impulsbreite des Einspritzventils, die einen aktuellen Impulsbreitenwert umfasst, der an das Kraftstoffeinspritzmagnetventil angelegt wird, wodurch das Einspritzventil für eine erforderliche Zeitspanne geöffnet wird. Diese Einspritzimpulsbreite entspricht einem letzten Einspritzimpuls einer mehrstufigen Einspritzsequenz.
In Ausführungsformen ist das Steuergerät 14 so angeordnet, dass es das Kraftstoffeinspritzventil 20 in Abhängigkeit davon steuert, dass der Motor 12 in einem Kaltstartzustand betrieben wird, wobei der Motor für eine vorgegebene Zeitspanne im Leerlauf gelassen wurde. Das Steuergerät 14 ist so eingerichtet, dass es die Betriebsparameter des Motors 12 auswertet, wie z. B. die Motortemperatur und/oder die Zeit, die seit dem letzten Motorabschaltvorgang vergangen ist. Auf diese Weise kann das Steuergerät 14 feststellen, ob der Motor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird.
Der Betriebswirkungsgrad des Einspritzventils entspricht seinem Alter, das durch einen Motorstartwert bestimmt wird, den das Steuergerät 14 von der ECU erhält. Der Motorstartwert entspricht der Anzahl der Starts des Motors 12 über einen bestimmten Zeitraum und ist daher ein Indikator sowohl für die Anzahl der Fahrten als auch für die Länge der einzelnen Fahrten in dem betreffenden Zeitraum. Solche Informationen geben Aufschluss über den Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 20. Zum Beispiel ist eine kleine Anzahl von kurzen Fahrten über einen bestimmten Zeitraum wahrscheinlich schädlicher für das Kraftstoffeinspritzventil 20 als eine relativ große Anzahl von langen Fahrten, da der Motor 12 gezwungen ist, einen erheblichen Teil der Zeit bei einer suboptimalen Temperatur zu arbeiten.
Bei der Bestimmung des erforderlichen Drehmomentbedarfs ist der Prozessor 40 so konfiguriert, dass er das Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 auswertet und die aktuelle Pulsbreitenwertkomponente des Steuersignals erhöht, wenn das Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 zugenommen hat, wodurch der Fluidstrom in den Motorzylinder für den gegebenen Drehmomentbedarf aufrechterhalten wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es die aktuelle Impulsbreite auf der Grundlage des zweiten Eingangssignals bestimmt, das das Alter des Benzinpartikelfilters (GPF) angibt, der Teil der EECD 16 ist. Der Wirkungsgrad des GPF ist im Neuzustand deutlich geringer, verbessert sich aber im Laufe der Zeit durch die „Aschebeladung“, die durch die Ansammlung von Asche im GPF verursacht wird. Die Asche besteht aus verschiedenen metallischen Verbindungen, die von Schmierstoffadditiven, Spurenelementen im Kraftstoff sowie Motorverschleiß und Korrosionsprodukten stammen. Ähnlich wie bei dem Kraftstoffeinspritzventil 20 wird das Alter des GPF aus dem Motorstartwert abgeleitet, der Informationen über den Motorbetrieb liefert, aus denen der Grad der Ascheansammlung bestimmt werden kann.
Der Prozessor 40 ist so konfiguriert, dass er bei der Bestimmung der Drehmomentanforderung von der ECU das Alter des GPF auswertet und die aktuelle Pulsbreitenwertkomponente des Steuersignals erhöht, wenn das Alter des GPF zunimmt, wodurch der Fluidstrom in den Motorzylinder für die gegebene Drehmomentanforderung aufrechterhalten wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es das Kraftstoffeinspritzventil 20 auf der Grundlage sowohl des ersten als auch des zweiten Eingangssignals steuert. Dementsprechend ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es beide Eingangssignale empfängt und dann die aktuelle Impulsbreite für eine gegebene Drehmomentanforderung basierend auf dem relativen Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 und der EECD 16 berechnet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuergerät 14 so konfiguriert sein, dass es das Steuersignal in Richtung der Verhinderung von Fehlzündungen des Motors auf Kosten erhöhter Auspuffemissionen vorspannt, vorausgesetzt, dass die Auspuffemissionen unter einem vorgegebenen Schwellenwert gehalten werden. Dieser Emissionsschwellenwert kann einem gesetzlichen Grenzwert entsprechen. Wenn die Auspuffemissionen den Schwellenwert überschreiten, ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es das Steuersignal in Richtung einer Reduzierung der Auspuffemissionen auf Kosten der Robustheit der Fehlzündung lenkt.
Der Fachmann wird verstehen, dass sich die Begriffe „Alter“ oder „Alterung“, die in Bezug auf das Kraftstoffeinspritzventil 20 verwendet werden, auf die Degradation oder Materialermüdung des Kraftstoffeinspritzventils 20 beziehen, die im Laufe der Zeit aufgrund des allgemeinen Verschleißes (oder Polierens) durch mehrere Verbrennungsereignisse auftreten kann. Der Begriff Alterung, wie er hier verwendet wird, kann sich auch auf den Aufbau von Kraftstoffablagerungen an der Einspritzdüse beziehen. Die Alterung des Kraftstoffeinspritzventils 20 führt mit der Zeit zu einer Verringerung des Betriebswirkungsgrades des Kraftstoffeinspritzventils 20, was eine positive Anpassung der Einspritzventilpulsbreite erfordert, die durch das Steuersignal des Steuergeräts 14 bestimmt wird.
Die positive Anpassung der Pulsbreite des Einspritzventils ermöglicht es dem Einspritzventil, bei einem gegebenen Drehmomentbedarf eine gleichbleibende Masse an in den Brennraum fließendem Kraftstoff aufrechtzuerhalten, wodurch die Verringerung des Betriebswirkungsgrads des Einspritzventils kompensiert wird.
Im Gegensatz dazu wird beobachtet, dass der Wirkungsgrad der EECD 16 mit der Zeit ansteigt, was bedeutet, dass eine größere Kraftstoffmasse für eine gegebene Drehmomentanforderung in den Motorzylinder eingespritzt werden kann, ohne mehr Partikel in die Atmosphäre zu emittieren. Der zunehmende Wirkungsgrad der EECD 16 bedeutet, dass das Steuergerät 14 in der Lage ist, die durch das Steuersignal bestimmte Pulsbreite der Einspritzdüse zu erhöhen, so dass das Risiko von Fehlzündungen des Motors verringert werden kann.
Das Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der EECD 16 kann unter Verwendung einer Reihe verschiedener Motorparameter berechnet werden, z. B. der Gesamtzahl der Motorzyklen, der vom Fahrzeug zurückgelegten Strecke (oder Kilometerzahl) und der Anzahl der Motorstartvorgänge. Alternativ wird das Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 auf der Grundlage eines vorhergesagten Wertes für die Ablagerungsbildung berechnet, der aus empirischen Ergebnissen ermittelt wird, die bei der Prüfung eines entsprechend konfigurierten Testmotorprüfstands gesammelt wurden. In Ausführungsformen wird das Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 aus gemessenen Parametern des Motors 12 (oder des Kraftstoffeinspritzventils 20) abgeleitet, wie z. B. der Anzahl der Kraftstoffeinspritzvorgänge, der Öltemperatur und/oder dem Kraftstoffdruck im Motor 12. In Ausführungsformen umfasst eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung ein Katalysatorelement, dessen Alter in Abhängigkeit vom Wert der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators berechnet werden kann, der anhand empirisch abgeleiteter Daten aus einem geeignet konfigurierten Motorprüfstand modelliert werden kann.
Aus den empirischen Daten wird ein digitales Kennfeld relevanter Parameter erstellt, die sich auf die Geschwindigkeit des Aufbaus und der Entfernung von Ablagerungen beziehen und einer Reihe von üblichen Motorbetriebsbedingungen entsprechen. Das digitale Kennfeld basiert auf dem vorgegebenen Wissen über die Temperaturen, bei denen Ablagerungen mit größerer Wahrscheinlichkeit auftreten, und über die Temperaturen, bei denen Ablagerungen mit größerer Wahrscheinlichkeit durch Reinigungsmittel im Kraftstoff entfernt werden können. In alternativen Ausführungsformen wird ein Ethanolsensor im Abgassystem verwendet, um den chemischen Gehalt der Abgase zu bestimmen, aus dem die Leistung (oder der Ermüdungszustand) des Kraftstoffeinspritzventils 20 ermittelt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel eines Aspekts der Erfindung wird eine Reihe von Verfahrensschritten unter Bezugnahme auf das in 5 dargestellte Flussdiagramm beschrieben.
Das Verfahren beginnt mit Schritt 52, in dem das Steuergerät 14 feststellt, ob sich der Motor 12 in einem kalten Motorstartzustand befindet. Wenn die Antwort nein ist, dann fährt das Steuergerät 14 fort, das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß einem Warmmotorstartprotokoll 53 ohne Berücksichtigung der ersten oder zweiten Eingangssignale zu steuern. Wenn die Antwort ja ist, fährt das Verfahren mit Schritt 54 fort, in dem das erste und das zweite Eingangssignal von der Steuerung 14 empfangen werden.
Das Steuergerät 14 kann durch die Überprüfung verschiedener Motorbetriebsparameter, einschließlich Motortemperatur, Motordrehzahl, Motordrehmomentbedarf und Drosselklappenstellung, feststellen, ob der Motor kalt ist. Wenn das Steuergerät feststellt, dass der Motor zwischen 5°C und 40°C arbeitet, bestimmt es, dass der Motor unter Kaltstartbedingungen arbeitet. Wenn das Steuergerät feststellt, dass der Motordrehmomentbedarf unter einem Schwellenwert von 20 % liegt, wird festgestellt, dass sich der Motor in einem Start- oder Leerlaufzustand befindet.
In Schritt 55 berechnet der Prozessor 40 aus den empfangenen Eingangssignalen einen Alterungsfaktorwert, der der EECD 16 und/oder dem Kraftstoffeinspritzventil 20 entspricht. In Schritt 56 bestimmt der Prozessor 40 einen minimalen Einspritzzeitpunktwert für das Kraftstoffeinspritzventil 20, d.h. die minimale Zeitspanne, in der das Kraftstoffeinspritzventil 20 geöffnet bleiben kann, um einen effizienten Betrieb des Motors zu gewährleisten. Wie im Folgenden näher beschrieben wird, steht der minimale Einspritzzeitpunktwert in Beziehung zum Betriebswirkungsgrad der EECD 16 und/oder des Kraftstoffeinspritzventils 20, wie er durch den in Schritt 55 berechneten Alterungsfaktorwert definiert ist. In Schritt 58 empfängt der Prozessor 40 ein Eingangssignal von der ECU. Das Eingangssignal ist bezeichnend für einen Motorbetriebsparameter, wie z.B. einen Motordrehmomentbedarf, aus dem die Steuerung in der Lage ist, eine entsprechende gewünschte Masse an Kraftstoff zu bestimmen, die während der letzten Einspritzung des Motorzyklus in den Motorzylinder eingespritzt werden soll. In Schritt 58 berechnet der Prozessor 40 die aktuelle Pulsbreitenkomponente des Steuersignals, die dann in Schritt 60 an das Solenoid des Kraftstoffeinspritzventils 20 ausgegeben wird. Das Verfahren wiederholt sich dann, bis der Motor 12 abgeschaltet wird.
Das Verfahren zur Berechnung des Alterungsfaktorwertes, wie es in Schritt 55 beschrieben ist, wird nun unter Bezugnahme auf 6 näher erläutert. Ein erster Schritt des Verfahrens umfasst die Analyse des ersten und/oder zweiten Eingangssignals bzw. der ersten und/oder zweiten Eingangssignale, die im vorangegangenen Verfahrensschritt empfangen wurden. Jedes der ersten und/oder zweiten Eingangssignale umfasst Daten, die einem gemessenen Alterungsparameter entweder des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der EECD 16 entsprechen. Die Alterungsparameter umfassen eine Anzahl von Kraftstoffeinspritzereignissen (A), die gesamte in der EECD angesammelte Asche (B), eine vom Fahrzeug zurückgelegte Gesamtstrecke (C) und eine Sauerstoffspeicherkapazität der EECD (D).
Beim Empfang des ersten und/oder zweiten Eingangssignals/der ersten und/oder zweiten Eingangssignale vergleicht der Prozessor 40 zunächst die empfangenen Altersparameterwerte A, B, C und D mit einer entsprechenden Lookup-Tabelle, die in einem internen Speicher des Steuergeräts 14 abgelegt ist. Die Nachschlagetabellen umfassen jeweils eine Liste von gespeicherten Altersparameterwerten, die mit entsprechenden Alterungsfaktorwerten verglichen werden, die von 0 (für ein neues Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder eine EECD 16) bis 1 (für ein gealtertes Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder eine EECD 16) reichen. Wenn einer der empfangenen Altersparameterwerte A, B, C und D nicht genau mit einem gespeicherten Wert aus der Lookup-Tabelle übereinstimmt, wendet der Prozessor 40 geeignete lineare Interpolationstechniken an, um einen geeigneten Alterungsfaktorwert zu schätzen. In Schritt 57 identifiziert der Prozessor 40 einen empfangenen Altersparameterwert A, B, C und D mit dem höchsten relativen Wert (d. h. dem Wert, der den größten Alterungsfaktorwert ergeben würde). Der größte Altersfaktorwert wird dann aus der entsprechenden Lookup-Tabelle gelesen und als Altersfaktorwert 59 in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten der Steuerung 14 implementiert. Die Berechnung des Alterungsfaktors wird periodisch über die Zeit oder immer dann wiederholt, wenn ein aktualisiertes erstes und/oder zweites Eingangssignal vom Steuergerät 14 empfangen wird.
Im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeugs kann es notwendig sein, eine Fahrzeugkomponente auszutauschen, von der mindestens einer der Altersparameterwerte A, B, C und D abgeleitet ist, wodurch effektiv ein Altersparameterwert zurückgesetzt wird. Das Steuergerät 14 reduziert das Risiko, dass der Alterungsfaktor durch das Zurücksetzen eines einzelnen Parameterwertes negativ beeinflusst wird, indem es den ausgegebenen Alterungsfaktorwert auf der Grundlage einer Vielzahl verschiedener Dateneingangsquellen bestimmt.
Der Fachmann wird verstehen, dass die Nachschlagetabelle im Laufe der Zeit mit Daten gefüllt werden kann, die während des normalen Betriebs des Fahrzeugs gesammelt werden. Alternativ kann die Nachschlagetabelle mit Daten gefüllt werden, die von einem Fahrzeugprüfstand oder von einer Modellsimulation des Fahrzeugs erzeugt wurden, so dass die Nachschlagetabelle vor der Auslieferung des Fahrzeugs an den Benutzer vorausgefüllt werden kann.
Das Verfahren zur Bestimmung des minimalen Einspritzzeitpunktwerts 66, auf das in Schritt 56 von 5 Bezug genommen wird, wird nun unter Bezugnahme auf 7 ausführlicher beschrieben. Demnach ist das Steuergerät 14 dazu eingerichtet, einen minimalen Einspritzzeitpunktwert 66 in Abhängigkeit von dem im vorangegangenen Verfahrensschritt berechneten Alterungsfaktorwert 59 zu erzeugen. Der resultierende minimale Einspritzzeitpunktwert 66 wird in Schritt 58 verwendet, um sicherzustellen, dass während der folgenden Motorzyklen keine Fehlzündungen in dem Motorzylinder auftreten können.
Um den minimalen Einspritzzeitpunktwert 66 zu berechnen, ist das Steuergerät 14 mit einem gealterten Einspritzzeitpunktwert 62 und einem grünen Einspritzzeitpunktwert 64 vorinstalliert. Der gealterte und der grüne Einspritzzeitpunktwert 62, 64 definieren jeweils eine minimale Zeitspanne, über die das Einspritzventil geöffnet sein sollte, um eine Fehlzündung zu verhindern. Der grüne Einspritzzeitpunktwert 64 entspricht dem minimalen Öffnungszeitraum des Einspritzventils für ein neues Kraftstoffeinspritzventil, während der gealterte Einspritzzeitpunktwert 62 dem minimalen Öffnungszeitraum des Einspritzventils für ein gealtertes Kraftstoffeinspritzventil entspricht. Ein „gealtertes“ Kraftstoffeinspritzventil ist definiert als ein Einspritzventil, bei dem sich der Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils 20 im Laufe der Zeit signifikant auf ein minimales Niveau reduziert hat. Ein „grünes“ Einspritzventil ist im Wesentlichen neu oder unbenutzt, so dass es mit seinem maximalen Wirkungsgrad arbeiten kann.
Im Gegensatz zum Kraftstoffeinspritzventil 20 ist die „gealterte“ EECD 16 in der Lage, nahe an ihrem maximalen Wirkungsgrad zu arbeiten, während eine „grüne“ EECD 16 sich auf ein Emissionsgerät bezieht, das noch nicht durch die Ansammlung von Abgaspartikeln „entgrünt“ wurde und daher nur mit einem reduzierten Wirkungsgrad arbeiten kann. Somit bezieht sich der grüne Einspritzzeitpunktwert 64 auf die bevorzugte minimale Einspritzventilöffnungszeit für eine neue EECD und der gealterte Einspritzzeitpunktwert 62 entspricht der bevorzugten minimalen Einspritzventilöffnungszeit für eine entgrünte EECD. In der oben beschriebenen Ausführungsform bezieht sich der grüne Einspritzzeitpunktwert 64 auf eine minimale Einspritzventil-Impulsbreite von etwa 0,26 ms, während der gealterte Einspritzzeitpunktwert 62 einer minimalen Impulsbreite von etwa 0,28 ms entspricht.
Ein erster Schritt zur Bestimmung des minimalen Einspritzzeitpunktwerts 66 umfasst die Berechnung der Differenz zwischen dem gealterten Einspritzzeitpunktwert 62 und dem grünen Einspritzzeitpunktwert 64. Der resultierende Differenzwert wird in einem zweiten Schritt mit dem Alterungsfaktorwert 59 multipliziert und dann zum grünen Einspritzzeitpunktwert 64 addiert, um den ausgegebenen minimalen Einspritzzeitpunktwert 66 zu erzeugen. Auf diese Weise ist das Verfahren von Schritt 56 so eingerichtet, dass der minimale Einspritzzeitwert 66 im Laufe der Zeit allmählich aktualisiert wird, wenn der Altersfaktor 59 zwischen 0 und 1 übergeht.
Das Aktualisieren des ausgegebenen minimalen Einspritzzeitwerts 66 führt dazu, dass das Steuergerät 14 in Schritt 58 eine längere Pulsbreite für eine gegebene Drehmomentanforderung berechnet. Die längere Pulsbreite wird dann, in Schritt 60, als Steuersignal ausgegeben. Solange das Steuersignal dem Magneten zur Verfügung gestellt wird, wird das Einspritzventil in Richtung seiner offenen Position gedrängt. Daher diktiert die Dauer der Bereitstellung des Steuersignals an das Kraftstoffeinspritzventil 20 (d.h. die Pulsbreite des Steuersignals) die Kraftstoffmenge, die pro Einspritzzyklus an den Brennraum abgegeben wird. Daher ist das Steuersignal, das den längeren Pulsbreitenwert umfasst, so angeordnet, dass es das Kraftstoffeinspritzventil 20 so steuert, dass es eine längere letzte Einspritzung durchführt, wodurch das Risiko von Fehlzündungen des Motors verringert wird, da die Betriebseffizienz des Kraftstoffeinspritzventils 20 mit dem Alter abnimmt.
Die Verarbeitungsschritte der 5, 6 und 7 werden von dem Steuergerät 14 der 2 ausgeführt und sind als ein Satz von ausführbaren Anweisungen in dessen nicht-transitorischem Speicher 46 gespeichert. Darüber hinaus können die Verarbeitungsschritte 54, 55 und 56 als Hintergrundprozess des Steuergeräts 14 ausgeführt werden, so dass sie weder eine Eingabe des Steuergeräts noch des Fahrzeugbenutzers erfordern.
Wie oben erläutert, führt das vorteilhafte Verfahren, wie es in den 5, 6 und 7 dargestellt ist, zu Verbesserungen der Betriebsparameter eines Kraftstoffeinspritzventils 20, wie nun unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert wird. Wie oben erläutert wurde, ist die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Kraftstoffeinspritzventil 20 anwendbar, das im Zustand des ballistischen Kraftstoffflusses arbeitet. Daher wird die Leistung von Kraftstoffeinspritzventilen unterschiedlichen Alters, die im ballistischen Bereich arbeiten, im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 20 beginnt im ballistischen Bereich zu arbeiten, wenn die Einspritzpulsbreiten weniger als etwa 0,5 ms betragen. Bei höheren oder längeren Pulsweiten, d.h. größer als 0,5 ms, arbeitet das Einspritzventil außerhalb des ballistischen Bereichs.
6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Erregungszeit des Einspritzventils (ms) und dem resultierenden Kraftstofffluss in den Motorzylinder (mg), während 7 den entsprechenden Zusammenhang zwischen dem Kraftstofffluss (mg) und der tatsächlichen Öffnungszeit des Einspritzventils (ms) beschreibt. Der mit A beschriftete Pfeil zeigt die Veränderung des Kraftstoffflusses mit zunehmendem Alter des Kraftstoffeinspritzventils. Die durchgezogene Linie stellt eine „neue“ Einspritzdüse dar, und die gestrichelte Linie stellt eine Einspritzdüse dar, die ein Drittel ihrer Lebensdauer gealtert ist und unter durchschnittlichen Kraftstoffbedingungen betrieben wurde. Die Lebensdauer eines solchen Einspritzventils beträgt etwa 190.000 Meilen. Es ist klar, dass die Betriebseffizienz von Einspritzdüsen, wie den hier beschriebenen, je nach Betriebsbedingungen unterschiedlich schnell nachlassen kann. Zum Beispiel verschlechtert sich die Leistung eines Einspritzventils, das mit minderwertigem Kraftstoff betrieben wird, im Laufe der Zeit schneller, da der Kraftstoff mehr Verunreinigungen und Unreinheiten enthält.
Unterhalb eines Fluidstromwertes von ca. 1,5 mg besteht für das Einspritzventil ein erhöhtes Risiko von Fehlzündungen. Dieser Schwellenwert des Fluidstroms stellt eine minimale Kraftstoffmasse dar, die vom Einspritzventil eingespritzt werden kann, ohne dass eine erhöhte Gefahr von Fehlzündungen besteht. Der untere Schwellenwertbereich wird durch das gestrichelte Kästchen B in den 6 und 7 angezeigt. Oberhalb eines Fluidstromwertes von etwa 3,3 mg produziert das Einspritzventil wahrscheinlich eine größere Anzahl von Partikeln, so dass der Motor 12 die Partikelvorschriften E6d überschreiten würde. Daher stellt der obere Schwellenwert für den Kraftstoffdurchfluss den maximalen Kraftstoffmassenwert dar, der während des letzten Einspritzimpulses in den Motor 12 eingespritzt werden kann. Der maximale Kraftstoffmassenwert ist durch den gestrichelten Kasten E in den 6 und 7 gekennzeichnet.
Um eine möglichst geringe Partikelemission in einem Fahrzeug mit einem neuen Motor 12 zu erreichen, muss die Einspritzpulsbreite sehr niedrig eingestellt werden, typischerweise 0,26 ms bis 0,27 ms, was einer Ventilöffnungsdauer von typischerweise 0,1 ms entspricht. Wenn diese Impulsbreite jedoch für die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs verwendet wird, bestünde ein erhebliches Risiko von Fehlzündungen (aufgrund zunehmender Instabilität), wenn die Einspritzdüsen altern, wenn die Ventilöffnungsdauer auf diesem Niveau gehalten wird. Folglich ist ein Wert von 0,28 ms Pulsbreite (was einer Ventilöffnungsdauer von 0,16 ms entspricht) später in der Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils erforderlich, um eine signifikante Zunahme von Fehlzündungen zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es eine schrittweise Erhöhung der Impulsbreite des letzten Einspritzimpulses der Kraftstoffeinspritzung von 0,26 ms auf 0,28 ms vornimmt, und zwar in Abhängigkeit davon, dass das Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 einen Altersschwellenwert überschreitet. Alternativ kann das Steuergerät 14 so eingerichtet sein, dass es die Pulsbreite über einen vorbestimmten Bereich des Parameterwerts allmählich hochfährt. Zum Beispiel kann der Anstieg der Impulsbreite bei ca. 3.000 Meilen beginnen und bei ca. 20.000 Meilen auf 0,28 ms ansteigen, wobei die Impulsbreite dann nicht weiter ansteigt.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Steuergerät 14 so angeordnet, dass es die schrittweise Erhöhung der Impulsbreite nur in Abhängigkeit vom Alter des Abgasgeräts, das einen Schwellenwert überschreitet, beeinflusst. Alternativ kann die Impulsbreite nur in Abhängigkeit davon erhöht werden, dass sowohl das Kraftstoffeinspritzventil 20 als auch die Abgasanlage ein vorgegebenes Alter überschreiten.
Vorteilhafterweise kann die Strategie zur Erhöhung der Einspritzventilpulsbreite über die Lebensdauer des Fahrzeugs auf eine schrittweise Erhöhung der in den Motorzylinder eingespritzten Kraftstoffmasse vereinfacht werden. Dies kann leicht erreicht werden, weil das Steuergerät 14 in der Lage ist, die Verbesserung des Wirkungsgrads der EECD 16 zu nutzen, um die Verringerung der Leistung des Kraftstoffeinspritzventils 20 auszugleichen.
In alternativen Ausführungsformen wird die Erhöhung der Impulsbreite gemäß einer Rampenstrategie verändert, um die Partikelemissionen während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs weiter zu minimieren und gleichzeitig das Risiko von Fehlzündungen zu verringern, die durch unzureichend in den Motorzylinder fließenden Kraftstoff verursacht werden. Es ist besonders vorteilhaft, Zylinderfehlzündungen zu vermeiden, da sie zu hohen Kohlenstoffemissionen führen und außerdem das Risiko einer Beschädigung der EECD 16 erhöhen.
Es wird nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der das Steuergerät 14 eingerichtet ist, den Betriebsmodus eines Kraftstoffeinspritzventils 20 in Abhängigkeit vom Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder vom Betriebswirkungsgrad der Abgasemissionssteuereinrichtung 16 einzustellen. Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 umfasst das Steuergerät 14 einen Prozessor 40, einen Eingang 42, einen Ausgang 44 und einen Speicher 46 (z. B. einen nicht-transitorischen Speicher). Der Prozessor 40 ist so konfiguriert, dass er mindestens einen Betriebsparameter des Motors basierend auf einem Eingangssignal bestimmt, das den Drehmomentbedarf eines Benutzers anzeigt. Das Steuergerät 14 ist so eingerichtet, dass es ein erstes Eingangssignal empfängt, das den Betriebswirkungsgrad eines Kraftstoffeinspritzventils 20 angibt, und/oder ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung (EECD) angibt. Das Steuergerät 14 ist ferner so eingerichtet, dass es die Parameter eines Steuersignals auf der Grundlage der verschiedenen Eingangssignale, die es empfängt, und auch in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsart des Kraftstoffeinspritzventils bestimmt. Das Steuergerät 14 ist auch eingerichtet, das Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil 20 auszugeben.
Gemäß der vorliegend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß einer mehrstufigen Einspritzsequenz betreibt, bei der Kraftstoff in mehreren (z. B. zwei oder mehr) unterschiedlichen Bursts während des Verlaufs eines einzelnen Ansaugtakts des Kolbens des Motors direkt in den Brennraum eingespritzt wird.
Die mehrstufigen Einspritzungen werden gemäß einer Kraftstoffeinspritzventil-Steuerstrategie oder einem Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils 20 gesteuert. Der Betriebsmodus definiert die Steuerparameter, die bestimmen, wie das Kraftstoffeinspritzventil 20 betrieben wird, um eine gewünschte Leistung des Motors zu erreichen. Die Betriebsart umfasst Steuerparameter, die der Anzahl der Einspritzungen und Untereinspritzungen des Kraftstoffeinspritzventils 20 für einen bestimmten Motorzyklus entsprechen. Die Parameter umfassen auch Informationen, die sich auf den Zeitpunkt, die Dauer und den Abstand der Einspritzungen und Untereinspritzungen des Einspritzventils beziehen.
Der Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils wird in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur des Motors bestimmt. Der thermische Wirkungsgrad des Motors ist bei Kaltstartbedingungen aufgrund der suboptimalen Schmierstoffeigenschaften bei niedrigeren Temperaturen deutlich reduziert. Es ist daher wünschenswert, die Betriebstemperaturen des Motors und der EECD 16 bei Kaltstartbedingungen zu erhöhen, um die Emissionen des Motors zu reduzieren.
Das Steuergerät 14 ist so angeordnet, dass es das Kraftstoffeinspritzventil 20 so betreibt, dass die Zeit, die die EECD 16 benötigt, um ihren Betriebstemperaturbereich zu erreichen, minimiert wird, indem das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß der Kaltstart-Steuerstrategie des Motors betrieben wird. Sobald die EECD 16 auf Temperatur ist, wird das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß einem konventionellen Betriebsprotokoll betrieben, das den Motor so konfiguriert, dass die Temperatur der Abgase auf einem im Wesentlichen konstanten Zustand gehalten wird.
Wenn der Motor eingeschaltet wird, nachdem er vor kurzem innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs oder im Wesentlichen in dessen Nähe betrieben wurde, dann betreibt das Steuergerät 14 das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß dem Warmstartprotokoll des Motors, ohne vorher auf die Steuerstrategie für den Kaltstart des Motors zurückzugreifen. Wenn das Steuergerät 14 feststellt, dass die Temperatur des Motors während des Starts unter 40°C und/oder über 5°C liegt, wird es das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß der Steuerstrategie für den kalten Motorstart betreiben.
Das Steuergerät 14 ist so eingerichtet, dass es die Betriebsparameter des Motors 12 auswertet, z. B. die Motortemperatur und/oder die Zeit, die seit der letzten Motorabschaltung verstrichen ist. Auf diese Weise kann das Steuergerät 14 feststellen, ob der Motor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. In Ausführungsformen ist das Steuergerät 14 betreibbar, um die Betriebstemperatur des Motors 12 und/oder der EECD 16 unter Verwendung eines geeigneten Temperaturüberwachungsmittels zu bestimmen, wie es für den Fachmann ohne weiteres verständlich wäre. Zum Beispiel ist das Steuergerät 14 so angeordnet, dass es Signale von einem Temperatursensor empfängt, der so angeordnet ist, dass er die Temperatur des Motors 12 und/oder der EECD 16 überwacht.
Das Steuergerät 14 ist ferner so angeordnet, dass es das Kraftstoffeinspritzventil 20 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung des Motors in verschiedenen Betriebsarten betreibt. Ein Leerlaufbetriebsmodus ist so eingerichtet, dass das Kraftstoffeinspritzventil 20 betrieben wird, wenn ein minimaler oder im Wesentlichen kein Drehmomentbedarf des Motors erforderlich ist, d.h. wenn sich der Motor in einem Leerlaufzustand befindet und das Fahrzeug stillsteht. Entsprechend der Betriebsart Leerlauf wird das Kraftstoffeinspritzventil 20 so betrieben, dass nur die minimale Kraftstoffmenge eingespritzt wird, die erforderlich ist, um Fehlzündungen des Motors zu verhindern.
Wenn der Benutzer verlangt, dass das Fahrzeug von der stationären Position wegfährt, wird das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß einem Anfahrbetriebsmodus betrieben, der bewirkt, dass die Motorleistung ansteigt, um dem steigenden Drehmomentbedarf des Benutzers zu entsprechen. Dementsprechend führt die Anfahrbetriebsart zu einem höheren Kraftstoffverbrauch des Motors und damit zu einem erhöhten Ausstoß von Abgasemissionen. Es wird dem Fachmann klar sein, dass in bestimmten Ausführungsformen das Steuergerät 14 so konfiguriert werden kann, dass es mit alternativen und/oder zusätzlichen Betriebsmodi arbeitet, die unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors entsprechen, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der Leerlaufbetriebsmodus definiert einen ersten Betriebsmodus, in dem das Kraftstoffeinspritzventil 20 betrieben wird, um eine anfängliche längere Einspritzung und eine abschließende kürzere Einspritzung durchzuführen. Die erste und die letzte Einspritzung sind durch eine vorgegebene Zeitspanne von etwa 5 ms voneinander getrennt. Ein zweiter Betriebsmodus definiert den Anfahrbetriebsmodus, der wiederum eine erste und eine letzte Einspritzung umfasst, die durch eine vorgegebene Zeitspanne voneinander getrennt sind. Die zweite Betriebsart unterscheidet sich von der ersten Betriebsart dadurch, dass die erste Injektion aus zwei Unterinjektionen bzw. Impulsen besteht, die durch eine vorgegebene Zeitspanne von ca. 2 ms voneinander getrennt sind. Jeder der ersten und zweiten Betriebsmodi kann verwendet werden, um mindestens eine der Kraftstoffeinspritzdüsen unmittelbar nach dem Start des Motors zu steuern. Mit anderen Worten, mindestens einer der ersten und zweiten Betriebsmodi kann verwendet werden, um mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse zu steuern, ohne dass zuvor eine andere zwischengeschaltete Steuerstrategie verwendet wird und/oder ohne dass nach der Zündung des Motors eine Zwischenzeit vergangen ist.
Die beiden Impulse der Ersteinspritzung werden jeweils während des Ansaugtakts des Motorzyklus durchgeführt, was eine Erhöhung der Turbulenz und der Temperatur der Abgase bewirkt. Dies führt zu einem schnellen Anstieg der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (d.h. der EECD 16). Der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 20 gemäß der zweiten Betriebsart führt zu einer vorteilhaften Verringerung der Emissionen des Fahrzeugs aufgrund der schnellen Erwärmung der EECD 16, wodurch die EECD 16 mehr Partikel aus den Motorabgasen auffangen kann. Dies ist besonders vorteilhaft für ein Fahrzeug, das mit einer neuen EECD ausgestattet ist, die nur mit einem suboptimalen Wirkungsgrad arbeiten kann. Im Gegensatz dazu wird in der ersten Betriebsart ein größerer Teil des eingespritzten Kraftstoffs zur Leistungserzeugung des Motors verwendet, wodurch sich der relative Kraftstoffverbrauch des Motors erhöht.
Der erste und zweite Betriebsmodus sind relativ zu einem Schwellenwert definiert. Unterhalb des Schwellenwertes ist das Kraftstoffeinspritzventil 20 so angeordnet, dass es in der ersten Betriebsart arbeitet, und oberhalb des Schwellenwertes ist das Kraftstoffeinspritzventil 20 so konfiguriert, dass es in der zweiten Betriebsart arbeitet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus übergeht, wenn die empfangene Drehmomentanforderung einen Schwellenwert für die Drehmomentanforderung überschreitet. In alternativen Ausführungsformen ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es den Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzers in Abhängigkeit von allen geeigneten Motorparametern, einschließlich Motordrehzahl und Drosselklappenstellung, bestimmt.
Das Steuergerät 14 ist so konfiguriert, dass es den Schwellenwert in Abhängigkeit von der Betriebseffizienz des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der Betriebseffizienz der EECD 16 bestimmt. Insbesondere wird der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem ersten Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils 20 angibt, und/oder einem zweiten Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad der EECD 16 angibt, bestimmt.
Vorteilhafterweise ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es einen niedrigeren Schwellenwert für eine neue EECD im Vergleich zu einer gealterten EECD bestimmt, so dass die Drehmomentanforderung, die erforderlich ist, um den Übergang zwischen dem ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzmodus auszulösen, für Situationen reduziert wird, in denen die EECD 16 weniger effizient arbeitet. Dementsprechend kann das Steuergerät 14 bei geringerer Motorleistung den zweiten Betriebsmodus einsetzen, um die EECD 16 schneller aufzuheizen. Dadurch kann die schnell erregte EECD 16 mehr Partikel aus den Abgasen auffangen und so die Emissionen des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt reduzieren, an dem der Grundwirkungsgrad der EECD suboptimal ist.
Das Steuergerät 14 ist ferner so konfiguriert, dass es den Schwellenwert erhöht, wenn der Betriebswirkungsgrad der EECD 16 zunimmt, so dass ein größerer Drehmomentbedarf erforderlich ist, um den Übergang vom ersten zum zweiten Betriebsmodus auszulösen. Mit der Zeit, wenn der Betriebswirkungsgrad der EECD 16 aufgrund der Ansammlung von Abgaspartikeln in einem Filter der EECD 16 zunimmt, ist der zweite Betriebsmodus nicht mehr erforderlich, um den Betriebswirkungsgrad der EECD 16 bei niedrigeren Motorleistungen schnell zu erhöhen. Daher ist das Steuergerät 14 in der Lage, das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß der ersten Betriebsart bei größeren Drehmomentanforderungswerten zu betreiben. Auf diese Weise ist das Steuergerät 14 in der Lage, die erhöhte Betriebseffizienz der EECD 16 zu nutzen, indem es einen größeren Teil des Kraftstoffs von jedem Einspritzereignis verwendet, um die Leistung des Motors zu erzeugen, während die Fahrzeugemissionen auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden.
Wie oben erläutert, führt die Alterung der EECD 16 und/oder des Kraftstoffeinspritzventils 20 zu einer allmählichen Änderung des Schwellenwerts, der dann den Übergang zwischen der ersten und zweiten Betriebsart der Kraftstoffeinspritzung bestimmt. Der Schwellenwert des Motorparameters wird in Bezug auf einen normierten Alterungsfaktorwert bestimmt, der die Änderung des relativen Wirkungsgrads des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der EECD 16 im Laufe der Zeit berücksichtigt. Der Alterungsfaktorwert wird nach dem Verfahren berechnet, wie es oben mit Bezug auf 6 beschrieben wurde.
Das Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das in 10 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. Das Verfahren beginnt mit Schritt 152, in dem das Steuergerät 14 zunächst feststellt, ob der Motor 12 unter Kaltstartbedingungen arbeitet, indem es Temperatursignale auswertet, die für die Motortemperatur kennzeichnend sind. Wenn die Antwort nein ist, fährt das Steuergerät 14 fort, das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß einem Warmstartprotokoll für den Motor zu steuern. Wenn die Antwort ja ist, fährt das Verfahren mit Schritt 154 fort, in dem erste und/oder zweite Eingangssignale von der Steuerung 14 empfangen werden. Wenn die Motortemperatur zwischen 5°C und 40°C liegt, bestimmt das Steuergerät 14, dass der Motor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Über 40°C bestimmt das Steuergerät 14, dass der Motor unter Warmstartbedingungen arbeitet.
In Schritt 155 wertet der Prozessor 40 empfangene Eingangssignale aus und berechnet einen Alterungsfaktorwert, der dem aktuellen Betriebswirkungsgrad der EECD 16 und/oder des Kraftstoffeinspritzventils 20 entspricht. In Schritt 156 bestimmt der Prozessor 40 einen Motorparameter-Schwellenwert, d.h. den Drehmomentanforderungs-Schwellenwert, der den Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus definiert. Die Drehmomentanforderungsschwelle wird in Abhängigkeit von der Betriebseffizienz der EECD 16 und/oder des Kraftstoffeinspritzventils 20 berechnet, wie sie durch den Alterungsfaktorwert definiert ist, der im vorangegangenen Verfahrensschritt 155 berechnet wurde.
Die Verfahrensschritte zur Bestimmung des Motorparameter-Schwellenwerts 166 sind im Flussdiagramm von 11 dargestellt. Wie oben beschrieben, wird der Motorparameter-Schwellenwert 166 in Abhängigkeit vom relativen Alter des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der EECD 16 bestimmt. Das Steuergerät 14 wird zunächst ein gealterter Parameterschwellwert 162 und ein grüner Parameterschwellwert 64 vorgegeben. Der Alterungsparameter-Schwellenwert 162 ist für die Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventils 20 in Situationen optimiert, in denen das erste und/oder zweite Signal bzw. die ersten und/oder zweiten Signale anzeigen, dass sich die EECD 16 und/oder das Kraftstoffeinspritzventil 20 in einem gealterten Zustand befinden. Der Grün-Parameter-Schwellenwert 164 ist so konfiguriert, dass er den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils 20 in Situationen steuert, in denen sich die EECD 16 und/oder das Kraftstoffeinspritzventil 20 in einem grünen oder neuen Zustand befinden.
Ein erster Schritt bei der Bestimmung des Motorparameter-Schwellenwerts 166 umfasst das Ermitteln der Differenz zwischen dem gealterten Parameter-Schwellenwert 162 und dem grünen gealterten Parameter-Schwellenwert 164. Der resultierende Differenzwert wird mit dem Alterungsfaktorwert 159 multipliziert und dann zum grünen Parameterschwellenwert 164 addiert, um den ausgegebenen Motorparameterschwellenwert 166 zu erzeugen. Die Berechnung in Schritt 156 bewirkt eine allmähliche Änderung des Motorparameter-Schwellenwerts 166, wenn der Altersfaktorwert 159 zwischen 0 (für ein neues Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder EECD 16) und 1 (für eine gealterte Einspritzdüse und/oder EECD 16) wechselt. Eine Erhöhung des Alterungsfaktorwertes 159 führt zu einer anschließenden Erhöhung des Motorparameter-Schwellenwertes 166, während eine Verringerung des Alterungsfaktorwertes 159 eine entsprechende Verringerung des Motorparameter-Schwellenwertes 166 bewirkt. Anders ausgedrückt, der Prozessor 40 ist so konfiguriert, dass er den Schwellenwert erhöht, wenn der Betriebswirkungsgrad der EECD 16 zunimmt, und den Schwellenwert erhöht, wenn der Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils 20 abnimmt. In Ausführungsformen ist der Prozessor 40 so konfiguriert, dass er den Schwellenwert bis zu einem maximalen Schwellenwert erhöht, der einer Motordrehmomentanforderung von 20 % der maximalen Drehmomentanforderung entspricht, wobei die maximale Drehmomentanforderung die gesamte mögliche Motordrehmomentanforderung von einem Benutzer des Fahrzeugs und/oder der ECU definiert. In Ausführungsformen entspricht die maximale Drehmomentanforderung einer Benutzeranforderung, eine Drosselklappe des Motors vollständig zu öffnen.
Zurück zu 10: Das Verfahren zur Steuerung der Einspritzdüsen wird mit Schritt 158 fortgesetzt, in dem der Prozessor 40 ein Eingangssignal empfängt, das den Drehmomentbedarf des Motors angibt. Das Steuergerät 14 beurteilt, ob der Motordrehmomentbedarf den Drehmomentbedarfsschwellenwert aus Schritt 156 übersteigt oder nicht, und bestimmt dadurch einen Betriebsmodus, mit dem das Kraftstoffeinspritzventil 20 gesteuert werden soll.
In Schritt 159 berechnet der Prozessor 40 geeignete Betriebsparameter für das Kraftstoffeinspritzventil, die dem zuvor bestimmten Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils entsprechen. Schließlich wird in Schritt 160 ein Steuersignal, das die berechneten Betriebsparameter umfasst, an das Kraftstoffeinspritzventil 20 ausgegeben. Das Verfahren wird dann so lange wiederholt, bis der Motor 12 abgeschaltet wird.
Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Steuergerät 14 so konfiguriert, dass es die Drehmomentanforderungsschwelle für ein neues Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder eine EECD 16 verringert und die Drehmomentanforderungsschwelle für ein gealtertes Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder eine EECD 16 erhöht. Das bedeutet, dass das Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder die EECD 16 bei einem neuen Kraftstoffeinspritzventil 20 und/oder einer gealterten EECD 16 im Anfahrbetriebsmodus bei vergleichsweise niedrigen Drehmomentanforderungswerten betrieben wird. Der Drive-Away-Betriebsmodus bewirkt, dass die EECD 16 schneller erregt wird, was es ihr ermöglicht, mehr Partikel aus den Abgasen zu absorbieren, wodurch die Emissionen des Fahrzeugs bei Kaltstartbedingungen reduziert werden. Mit zunehmender Alterung des Kraftstoffeinspritzventils 20 und/oder der EECD 16 wird der Schwellenwert für die Drehmomentanforderung entsprechend dem Wert des Alterungsfaktors erhöht, so dass das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß der Anfahrbetriebsart bei zunehmend größeren Drehmomentanforderungswerten betrieben wird. Dementsprechend ist das Steuergerät 14 nun in der Lage, das Kraftstoffeinspritzventil 20 gemäß der ersten Betriebsart bei größeren Drehmomentanforderungswerten zu betreiben, so dass ein größerer Teil des Kraftstoffs aus jedem Einspritzzyklus zur Leistungserzeugung des Motors verwendet wird, während die Fahrzeugemissionen innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden.
An den obigen Beispielen können viele Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Ein Steuergerät für ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Motor, wobei das Steuergerät umfasst: einen oder mehrere Eingänge, die so angeordnet sind, dass sie ein erstes Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils angibt, und/oder ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung angibt, empfangen; einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Betriebsparameter des Motors bestimmt; und dass er einen Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils auf der Grundlage des/der ersten und/oder zweiten Eingangssignals/Eingangssignale und des mindestens einen Betriebsparameters des Motors bestimmt; und einen Ausgang, der so konfiguriert ist, dass er ein Steuersignal zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem bestimmten Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils ausgibt.
Das Steuergerät nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, um: (i) ein erstes Steuersignal auszugeben, um das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus zu steuern, wenn der mindestens eine Betriebsparameter unter einem Schwellenwert liegt; und (ii) ein zweites Steuersignal auszugeben, um das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodus zu steuern, wenn der mindestens eine Betriebsparameter oberhalb des Schwellenwerts liegt; wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er den Schwellenwert in Abhängigkeit von dem/den ersten und/oder zweiten Eingangssignal(en) bestimmt.
Das Steuergerät nach Anspruch 2, wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er den Schwellenwert erhöht, wenn der Betriebswirkungsgrad der Abgasemissionssteuereinrichtung steigt und/oder wenn der Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils abnimmt.
Das Steuergerät nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzbetriebsmodi eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen für einen einzelnen Zyklus des Motors definiert.
Das Steuergerät nach Anspruch 4, wobei die erste Kraftstoffeinspritzbetriebsart eine erste Kraftstoffeinspritzung gefolgt von einer letzten Einspritzung umfasst, wobei das Steuergerät optional so konfiguriert ist, dass es das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Kraftstoffeinspritzbetriebsart während eines Leerlaufzustands des Motors und nach einem Kaltstart des Motors betreibt.
Das Steuergerät nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die zweite KraftstoffeinspritzBetriebsart eine anfängliche Kraftstoffeinspritzung gefolgt von einer abschließenden Einspritzung umfasst, wobei die anfängliche Kraftstoffeinspritzung zwei oder mehr Untereinspritzungen umfasst, wobei das Steuergerät optional so konfiguriert ist, dass es das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsart während eines Wegfahrzustands des Motors und nach einem Kaltstart-Ereignis des Motors betreibt.
Das Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Betriebsparameter des Motors einen Indikator für einen Motordrehmomentbedarf enthält.
Das Steuergerät nach Anspruch 7, in Abhängigkeit von Anspruch 2, wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er den Schwellenwert so bestimmt, dass er einen maximalen Schwellenwert nicht überschreitet.
Das Steuergerät nach Anspruch 8, wobei der maximale Schwellenwert einem Motordrehmomentbedarf von 15-25% eines maximalen Drehmomentbedarfs entspricht, wobei optional der maximale Schwellenwert einem Motordrehmomentbedarf von 20% eines maximalen Drehmomentbedarfs entspricht.
Das Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Motorbetriebsparameter einen Indikator für eine Motortemperatur enthält.
Das Steuergerät nach Anspruch 10, in Abhängigkeit von Anspruch 2, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es das Kraftstoffeinspritzventil gemäß mindestens einem der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzventil-Betriebsmodi betreibt, wenn die Motortemperatur zwischen 5°C und 40°C liegt.
Das Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite Eingangssignal einen Indikator für mindestens eines von einem Alter des Fahrzeugs, einem Kilometerstand des Fahrzeugs, einer Anzahl von Kraftstoffeinspritzereignissen, einem Sauerstoffspeicherwert und einer Anzahl von Motorstartereignissen enthält.
Ein Steuergerät für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Motor, wobei das Steuergerät umfasst einen Eingang, der so angeordnet ist, dass er ein erstes Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils anzeigt, und/oder ein zweites Eingangssignal, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung anzeigt, empfängt einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er einen Wert bestimmt, der eine gewünschte Kraftstoffmasse angibt, die durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einen Zylinder des Motors eingespritzt werden soll; und einen Ausgang, der so konfiguriert ist, dass er ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgibt; wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Parameter des Steuersignals basierend auf dem/den ersten und/oder zweiten Eingangssignal(en) und dem Wert, der die gewünschte Kraftstoffmasse angibt, bestimmt.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Kraftstoffeinspritzventil so konfiguriert ist, dass es den Kraftstofffluss in einen Zylinder des Motors in Abhängigkeit von dem Steuersignal steuert.
Ein Fahrzeug, umfassend das Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder ein Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 14.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventils für einen Motor, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils angibt, und/oder eines zweiten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionsvorrichtung angibt; Bestimmen mindestens eines Betriebsparameters des Motors; Bestimmen eines Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils auf der Grundlage des ersten und/oder zweiten Eingangssignals bzw. der ersten und/oder zweiten Eingangssignale und des mindestens einen Betriebsparameters des Motors; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem bestimmten Betriebsmodus des Kraftstoffeinspritzventils.
Ein Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzventils für einen Motor, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzventils anzeigt, und/oder eines zweiten Eingangssignals, das den Betriebswirkungsgrad einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung anzeigt; Bestimmen eines Wertes, der eine gewünschte Masse an Kraftstoff anzeigt, die durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einen Zylinder des Motors eingespritzt werden soll; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung; wobei der Schritt des Ausgebens des Steuersignals das Bestimmen mindestens eines Parameters des Steuersignals in Abhängigkeit von dem/den ersten und/oder zweiten Eingangssignal(en) und dem die gewünschte Kraftstoffmasse anzeigenden Wert umfasst.
Computersoftware, die, wenn sie ausgeführt wird, eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17 durchzuführen.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium, auf dem Befehle gespeichert sind, die, wenn sie von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren elektronischen Prozessoren veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 16 bis 17 auszuführen.