EP2959143A1 - Verfahren zur korrektur einer mittels einer brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzen brennstoffmenge im betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur korrektur einer mittels einer brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzen brennstoffmenge im betrieb einer brennkraftmaschine

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EP2959143A1
EP2959143A1 EP14702188.5A EP14702188A EP2959143A1 EP 2959143 A1 EP2959143 A1 EP 2959143A1 EP 14702188 A EP14702188 A EP 14702188A EP 2959143 A1 EP2959143 A1 EP 2959143A1
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EP
European Patent Office
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heat
fuel
internal combustion
combustion engine
air
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14702188.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Flohr
Francois Layec
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for correcting a means of a
  • parameters for driving the fuel injector are typically tuned to conditions in a new condition.
  • Fuel injection device it is possible that are injected with increasing operating time of the internal combustion engine to high fuel quantities. This is problematic because exhaust gas values, in particular upper limits for soot emission, can no longer be met. Also, this increases the fuel consumption of the internal combustion engine. It is possible to pre-commission the first
  • German patent application DE 10 2010 035 026 A1 is a method for correcting a injected by means of a fuel injection device
  • Fuel quantity in an internal combustion engine in which a temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine is measured and a reference temperature of the exhaust gas is calculated by means of a temperature model. The measured and the calculated temperature are charged, whereby the calculation of a
  • Temperature difference which is used to determine a correction amount of injected fuel. This method is complicated because it uses a complicated temperature model, and in particular, the inclusion of a large number of correction variables is necessary.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method which allows a simple and rapid correction of the injected amount of fuel in the operation of an internal combustion engine.
  • Air heat flow which is supplied to at least one combustion chamber of the internal combustion engine, functionally dependent.
  • At least one exhaust gas heat variable is determined, of which one exhaust heat flow, which of the at least one
  • Combustion chamber is discharged, functionally dependent. Under a functional dependence is both in terms of the air heat flow and in terms of
  • Heat flow and the respective characteristic is such that a mathematical function can be specified, which describes the heat flow as a function of the parameter.
  • a heat distribution factor is determined that reduces a fraction of the exhaust heat flow by the air heat flow divided by one
  • Heat flow indicates which of the combustion chamber is supplied with the injected fuel, thus a fuel mass flow supplied to the combustion chamber. It is in particular the given by the calorific value, by chemical reaction in the combustion chamber releasable amount of heat of the injected fuel addressed. In contrast, it is possible to neglect the comparatively small amount of heat resulting from the temperature of the injected fuel and its heat capacity.
  • One of the internal combustion engine supplied fuel mass is from the at least one air heat characteristic, the at least one
  • Exhaust gas heat quantity and the heat distribution factor calculated.
  • a comparison amount calculated by comparing the calculated fuel mass with a target fuel mass target value is calculated.
  • a control of the fuel injection device is adjusted as a function of a value of the comparison variable.
  • the method is based on a comparatively simple consideration of the heat flows through the at least one combustion chamber of the internal combustion engine. It will be described
  • heat is supplied to the combustion chamber substantially in two ways, namely by the supplied combustion air, which has a certain heat capacity and a certain temperature, and thus a certain heat content, and the chemical energy of the injected fuel, wherein the heat flow supplied here from the product of the per unit time supplied
  • Fuel quantity and the calorific value of the fuel results.
  • Heat or power is dissipated from the at least one combustion chamber essentially by three mechanisms: a first mechanism relates to the mechanical work performed by the combustion chamber.
  • a second mechanism addresses the amount of heat that is removed with an exhaust gas mass flow from the combustion chamber, wherein the exhaust gas has a certain heat capacity and a certain temperature, and thus a certain heat content.
  • a third mechanism suggests that heat is removed from the combustion chamber by cooling, heat radiation and convection. It is now assumed that the percentage distribution of the heat flows in any case does not change at a given load point of the internal combustion engine, even if the actually injected fuel quantity is changed by aging.
  • a heat distribution factor whose value is independent of an aging change of the injected fuel amount, and which indicates the ratio of the amount of heat discharged with the exhaust gas and reduced by the amount of heat supplied to the combustion air to the amount of heat supplied by the fuel.
  • the exhaust heat flow and the air heat flow can be specified as a function of the at least one air heat parameter or the at least one exhaust heat parameter.
  • the heat flow, which results from the injected fuel, can be used as a function of the
  • Fuel mass flow or the injected fuel mass are expressed. Overall, it is thus possible to establish a functional relationship between the injected fuel mass as a function of the
  • Fuel injector can be corrected, in particular a
  • the method is performed by a control unit of the internal combustion engine or is implemented in such.
  • the air heat parameter and the exhaust gas heat variable are preferably measured by suitable sensors for this purpose, which particularly preferably with the control unit for transmitting the
  • Measured values are operatively connected.
  • the heat distribution factor is preferably stored in the control unit, wherein at least one stored value for the heat distribution factor is used to calculate the injected fuel quantity.
  • Air thermal parameter is determined by a combustion air temperature is measured.
  • combustion air temperature refers to the temperature of an air mass flow which is supplied to the at least one combustion chamber. It is obvious that the air heat flow functionally depends on the combustion air temperature.
  • a second air heat parameter is determined by a Combustion air pressure is measured.
  • Combustion air pressure to the pressure prevailing in the at least one combustion chamber supplied air mass flow is also referred to as a general gas equation, from the
  • the air heat flow in turn can be represented as a function of the air mass flow and the combustion air temperature taking into account the heat capacity, in particular the isobaric heat capacity.
  • the method is preferably also carried out when an exhaust gas recirculation is provided for the internal combustion engine.
  • the air mass flow preferably comprises the combustion air supplied to the combustion chamber and in the
  • Air heat flow the amounts of heat both the combustion air and the
  • the combustion air temperature is then responsive to the temperature prevailing in the combined stream of combustion air and recirculated exhaust gas.
  • Exhaust gas heat quantity is determined by an exhaust gas temperature is measured.
  • the exhaust gas temperature is the temperature of an exhaust gas mass flow emitted by the at least one combustion chamber.
  • the exhaust gas heat flow may then be determined as a function of the exhaust gas mass flow and the exhaust gas temperature, taking into account the
  • Heat capacity in particular the isobaric heat capacity, the exhaust gas can be represented.
  • the exhaust gas mass flow is based on the mass conservation rate as the sum of the air mass flow and the fuel mass flow, thus the injected fuel quantity, recognized.
  • the functional relationships mentioned here are inserted into one another and the resulting equation is based on the injected fuel quantity
  • Fuel mass dissolved It can be seen in this way that with knowledge of the combustion air temperature, the combustion air pressure and the exhaust gas temperature and assuming a value for the heat distribution factor, the injected fuel mass can be easily calculated.
  • the combustion air temperature, the combustion air pressure and the exhaust gas temperature are measured.
  • sensors can be used, anyway in the
  • correction factor is calculated.
  • the correction factor is estimated.
  • the correction factor is determined on the basis of bench tests for a specific model of the internal combustion engine.
  • Fuel mass setpoint is calculated.
  • the factor is calculated by which the calculated fuel mass flow, which is assumed to correspond to the actually injected fuel quantity, deviates from the fuel mass desired value. If the quotient is greater than one, the calculated and thus also the assumed actual value deviates upwards from the desired value. On the other hand, if the quotient has a value that is less than one, there is a corresponding downward deviation.
  • a deviation is tolerated down, with a deviation indicating upward that a correction of the injected fuel quantity is necessary. In this case, the control of the
  • Fuel injector adapted only if the quotient has a value greater than one.
  • an injector characteristic which operating point dependent on the amount of fuel to be injected, adjusted, which is scaled in a particularly preferred and simple embodiment of the method with an adjustment factor, which corresponds to the reciprocal of the quotient.
  • Fuel injector is also adapted when the quotient has a value less than one. In this case can also be tendencies or changes
  • the injected amount of fuel can be regulated by means of the method to a predetermined nominal value, even if deviations are corrected downwards.
  • Fuel mass setpoint value is determined in dependence on a current speed and a current torque setpoint of the internal combustion engine.
  • fuel quantity to be injected accordingly depends on the speed of the internal combustion engine and of a
  • Torque request to the internal combustion engine Preferably, a map is stored for the fuel mass setpoint, depending on the
  • Fuel mass setpoint is adjusted once during an initialization of the process in terms of a deployment height of the internal combustion engine.
  • the fuel mass desired value is preferably once at an initialization of
  • the initialization of the method is preferably in a new state of
  • Internal combustion engine can be made by bed parameters of the process.
  • it is preferable to correct typical values of the fuel mass desired value which are quasi characteristic of the internal combustion engine preferably with regard to a deployment height and / or an application temperature of the internal combustion engine.
  • the quantity of fuel to be injected at a certain speed and torque demand depends in particular on the external ambient pressure the level of use of the internal combustion engine, and also of which temperature the internal combustion engine typically reaches during their operation, which in turn depends on the ambient temperature and / or the cooling conditions.
  • stationary internal combustion engines which are used for example for operating generators for power generation, it is possible to reliably predict the operating altitude and also the operating temperature in the long term.
  • Heat distribution factor is determined in dependence on the at least one air heat parameter.
  • the correction factor is preferably in
  • Combustion air temperature dependent values for the heat distribution factor and / or the correction factor are stored. Also preferred is a functional dependence of the heat distribution factor and / or the correction factor of the
  • a map is stored, in which values for the distribution factor and / or the correction factor as a function of the combustion air pressure are stored.
  • a functional dependency on both the combustion air temperature and the combustion air pressure is taken into account for the heat distribution factor and / or correction factor, wherein a characteristic map is preferably stored in the control unit, which values for the heat distribution factor and / or the correction factor depending on both the combustion air pressure also includes the combustion air temperature. It is possible that such values are obtained analytically or in bench tests.
  • a method is also preferred, which is characterized in that it is performed only in an operating point of the internal combustion engine, in which a maximum torque is output from the internal combustion engine.
  • the method is carried out in at least some load points deviating from the full load.
  • the method is carried out in the entire load range of the internal combustion engine.
  • Fuel mass setpoint selected in dependence on a current load point of the internal combustion engine Preferably, corresponding characteristic maps are stored in the control unit, in which values for the heat distribution factor, the
  • Correction factor and the fuel mass setpoint depending on the load point of the internal combustion engine are stored.
  • the basic assumption of the method that the heat distribution factor does not depend on aging of the fuel injector or of the internal combustion engine as a whole is not affected by this. It is only additionally assumed that the heat distribution factor assumes different values in different load points of the internal combustion engine. The same is assumed for the correction factor. That the fuel mass setpoint depends on the load point of the internal combustion engine is obvious, because overall the fuel consumption of the internal combustion engine is dependent on the load point.
  • a method is preferred which is characterized in that the fuel mass desired value as a function of the at least one air heat parameter and / or as a function of a current application level and / or
  • Use temperature of the internal combustion engine is selected.
  • the fuel mass desired value it is preferably taken into account that it is selected from at least one size from the combustion air temperature, the
  • a map for the fuel mass setpoint is stored in the control unit by storing values as a function of at least one of the variables mentioned.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a combustion chamber of an internal combustion engine and the heat flows flowing through them, and
  • Fig. 2 is a schematic representation of a combustion chamber of a
  • FIG. 1 schematically shows the theoretical basis on which the method is based.
  • a combustion chamber 1 is penetrated by different heat flows, it being assumed that the combustion chamber 1 acts neither as a heat source nor as a heat sink, so that all the heat flowing into the combustion chamber 1, also exits therefrom, wherein a temperature of the combustion chamber. 1 at least approximately constant.
  • Figure 1 coming from the left an air heat flow 3 and a fuel heat flow 5 are shown by the
  • Combustion chamber 1 heat is supplied.
  • the fuel heat flow 5 is supplied.
  • FIG. 2 shows an embodiment of one for carrying out a preferred one
  • combustion air temperature sensor 17 for measuring the combustion air temperature is provided as the first air heat characteristic.
  • Combustion air temperature is referred to below as T L. Furthermore, in the combustion air line 13, a combustion air pressure sensor 19 for measuring a combustion air pressure is provided as a second air heat characteristic.
  • an exhaust gas temperature sensor 21 is provided, with a
  • Exhaust gas temperature is measured as the exhaust gas heat variable.
  • the exhaust gas temperature is referred to below as T A.
  • the method is preferably carried out in an internal combustion engine, which is designed as a reciprocating engine, wherein it is preferably operated by the diesel or by the Otto process.
  • the fuel used is preferably diesel, gasoline, gas, in particular lean gas, or another suitable fuel.
  • the internal combustion engine preferably has a plurality of
  • Combustion chambers which corresponds to the number of their cylinders. It is preferred within the scope of the invention, an internal combustion engine, which is adapted to carry out the method.
  • an internal combustion engine which is adapted to carry out the method.
  • Air thermal parameter means for determining at least one
  • Exhaust gas heat quantity as well as a device for calculating the injected fuel mass from the at least one air heat parameter, for calculating the comparison variable and for adjusting a control of the
  • Fuel injection device in dependence on a value of the comparison variable.
  • a preferred embodiment of the internal combustion engine has in particular the combustion air temperature sensor 17, the combustion air pressure sensor 19 and the exhaust gas temperature sensor 21.
  • the internal combustion engine preferably has a control unit which is set up to carry out the method and is in particular operatively connected to the sensors 17, 19, 21.
  • engine control unit in which the method according to one of the embodiments discussed here is implemented.
  • combustion air temperature sensor 17, the combustion air pressure sensor 19 and the exhaust gas temperature sensor 21 are preferably provided for carrying out the method with regard to a sensor system of the internal combustion engine.
  • sensors are provided in any case in a variety of internal combustion engines, so that it requires no additional sensors for performing the method. It is possible that in an internal combustion engine, only the
  • Combustion air temperature sensor 17 and the combustion air pressure sensor 19 are provided.
  • One of the combustion chamber 1 ideally supplied air mass flow m L , id is on the general gas equation as a function of the combustion air temperature T L , the Combustion air pressure p L and a stroke volume V h of a combustion chamber of the
  • Deviations of the combustion air from the ideal behavior as well as possibly further effects that require a correction are taken into account by the air mass flow m L is set as the product of the ideal air mass flow ⁇ ,. multiplied by a correction factor ⁇ :
  • the heat capacities of the exhaust gas c p , A and the combustion air c p , L are preferably assumed to be constant and are particularly preferred in the
  • a quotient k from the calculated fuel mass m br and one is preferably used as comparison quantity
  • an injector characteristic is stored in the control unit, which
  • Fuel mass includes.
  • This injector characteristic curve is preferably corrected if the quotient k has a value that is greater than 1. On the other hand, preferably no correction of the injector characteristic is made if the value of the quotient k is less than or equal to 1.
  • the injector characteristic is scaled with an adjustment factor which is equal to the reciprocal of the quotient k.
  • the injector characteristic is always corrected even when the quotient k has a value that is different from 1. Also in this case, the injector characteristic is preferably scaled with an adjustment factor, which is the reciprocal of the quotient k.
  • Correction factor ⁇ and / or for the heat distribution factor x a dependence on the combustion air temperature T L is assumed. Alternatively or additionally, it is possible that a dependence on the combustion air pressure p L is assumed for the correction factor ⁇ and / or for the heat distribution factor x.
  • the different, Pressure- and / or temperature-dependent values are preferably stored in maps. Alternatively or additionally, an analytical description of the
  • the fuel mass desired value m s is preferably adjusted once during an initialization of the method with regard to a deployment height and / or a service temperature of the internal combustion engine.
  • the fuel mass desired value it is alternatively or additionally possible for the fuel mass desired value to be selected as a function of the combustion air temperature T L and / or of the combustion air pressure p L , whereby preferably also a deployment altitude and an operating temperature of the internal combustion engine are taken into account via these values. It is at one
  • the corresponding, dependent values of the fuel mass desired value m s are preferably stored in a characteristic map.
  • Fuel mass setpoint m s always a torque maximum of
  • the method is carried out in at least some operating points of the internal combustion engine deviating from the full load.
  • the method is particularly preferably carried out over the entire operating or load range of the internal combustion engine.
  • the fuel mass setpoint value m s depends on the instantaneous load point of the internal combustion engine.
  • Load point-dependent values for the fuel mass setpoint m s stored in a map If the method is performed depending on the load point, preferably also a load point dependence for the correction factor ⁇ and / or for the
  • Heat distribution factor x taken into account.
  • the corresponding values are preferably also stored in maps.
  • the method makes it possible to accurately determine a deviation of the injected fuel mass to at least 3% and to carry out corresponding corrections.
  • the accuracy can in particular by detailed consideration of the dependencies of the heat distribution factor x and the correction factor ⁇ of the combustion air temperature T L and the
  • Combustion air pressure p L be further increased.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Korrektur einer mittels einer Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Brennstoffmenge im Betrieb einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Bestimmen mindestens einer Luftwärmekenngröße, von der ein mindestens einer Brennkammer (1) der Brennkraftmaschine zugeführter Luftwärmestrom (3;QL) funktional abhängt; Bestimmen mindestens einer Abgaswärmekenngröße, von der ein von der mindestens einen Brennkammer (1) abgegebener Abgaswärmestrom (9;QA) funktional abhängt; Bestimmen eines Wärmeverteilungsfaktors (x), der einen Bruchteil des Abgaswärmestroms (9;QA) reduziert um den Luftwärmestrom (3;QL) bezogen auf einen der mindestens einen Brennkammer (1) mit dem eingespritzten Brennstoff zugeführten Wärmestrom (5) angibt; Berechnen einer der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmasse (mbr) aus der mindestens einen Luftwärmekenngröße, der mindestens einen Abgaswärmekenngröße und dem Wärmeverteilungsfaktor (x); Berechnen einer Vergleichsgröße durch Vergleichen der berechneten Brennstoffmasse (mbr) mit einem Brennstoffmassensollwert (ms) und Anpassen einer Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von einem Wert der Vergleichsgröße.

Description

Verfahren zur Korrektur einer mittels einer Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Brennstoffmenge im Betrieb einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer mittels einer
Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Brennstoffmenge im Betrieb einer
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1.
Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt.
Bei Brennkraftmaschinen, welche mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in mindestens eine Brennkammer der Brennkraftmaschine aufweisen, werden Parameter zur Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung typischerweise auf in einem Neuzustand vorliegende Bedingungen abgestimmt.
Insbesondere aufgrund von Verschleiß oder Kavitation im Bereich der
Brennstoffeinspritzvorrichtung ist es möglich, dass mit steigender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine zu hohe Brennstoffmengen eingespritzt werden. Dies ist problematisch, weil Abgaswerte, insbesondere Obergrenzen für eine Rußemission, nicht mehr eingehalten werden können. Auch steigt hierdurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine. Es ist möglich, vor einer ersten Inbetriebnahme der
Brennkraftmaschine in einem Motorsteuergerät eine Kalibrationskurve zu hinterlegen, welche die Veränderung der eingespritzten Brennstoffmenge über die Zeit antizipiert und die Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung entsprechend abhängig von der Betriebszeit verändert. Dies hat den Nachteil, dass die Parameter zur Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung auch dann verändert werden, wenn tatsächlich keine überhöhten Brennstoffmengen eingespritzt werden. Alternativ ist es bekannt, aufwändige Verfahren mittels gezielter Mengenvariationen der eingespritzten Brennstoffmenge und Beobachtung einer daraus resultierenden Drehungleichförmigkeit zur Ermittlung der tatsächlich eingespritzten Brennstoffmenge und zur Berechnung einer entsprechenden Korrektur durchzuführen. Auch sind Verfahren bekannt, bei welchen komplizierte Modelle der Brennstoffeinspritzvorrichtung herangezogen werden, wobei die eingespritzten Brennstoffmengen insbesondere durch Erfassen eines Speicherdrucks für den
einzuspritzenden Brennstoff korrigiert werden. Diese Lösungen sind insgesamt sehr aufwändig und kompliziert.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 035 026 A1 geht ein Verfahren zur Korrektur einer mittels einer Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten
Brennstoffmenge in einer Brennkraftmaschine hervor, bei welchem eine Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine gemessen und eine Referenztemperatur des Abgases mittels eines Temperaturmodells berechnet wird. Die gemessene und die berechnete Temperatur werden verrechnet, wobei sich aus der Verrechnung eine
Temperaturdifferenz ergibt, die zur Bestimmung einer Korrekturmenge an eingespritztem Brennstoff verwendet wird. Dieses Verfahren ist aufwändig, weil es auf ein kompliziertes Temperaturmodell zurückgreift, wobei insbesondere auch eine Einbeziehung einer Vielzahl von Korrekturgrößen nötig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine einfache und schnelle Korrektur der eingespritzten Brennstoffmenge im Betrieb einer Brennkraftmaschine erlaubt.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Hierbei wird eine Luftwärmekenngröße bestimmt, von der ein
Luftwärmestrom, welcher mindestens einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird, funktional abhängt. Es wird mindestens eine Abgaswärmekenngröße bestimmt, von der ein Abgaswärmestrom, welcher von der mindestens einen
Brennkammer abgegeben wird, funktional abhängt. Unter einer funktionalen Abhängigkeit ist sowohl in Hinblick auf den Luftwärmestrom als auch in Hinblick auf den
Abgaswärmestrom zu verstehen, dass eine Beziehung zwischen dem jeweiligen
Wärmestrom und der jeweiligen Kenngröße derart besteht, dass eine mathematische Funktion angegeben werden kann, welche den Wärmestrom in Abhängigkeit von der Kenngröße beschreibt. Es wird ein Wärmeverteilungsfaktor bestimmt, der einen Bruchteil des Abgaswärmestroms reduziert um den Luftwärmestrom geteilt durch einen
Wärmestrom angibt, welcher der Brennkammer mit dem eingespritzten Brennstoff, mithin einem der Brennkammer zugeführten Brennstoffmassenstrom, zugeführt wird. Dabei ist hier insbesondere die durch den Heizwert gegebene, durch chemische Umsetzung in der Brennkammer freisetzbare Wärmemenge des eingespritzten Brennstoffs angesprochen. Demgegenüber ist es möglich, die vergleichsweise kleine Wärmemenge, die sich aufgrund der Temperatur des eingespritzten Brennstoffs sowie dessen Wärmekapazität ergibt, zu vernachlässigen. Eine der Brennkraftmaschine zugeführte Brennstoffmasse wird aus der mindestens einen Luftwärmekenngröße, der mindestens einen
Abgaswärmekenngröße und dem Wärmeverteilungsfaktor berechnet. Es wird eine Vergleichsgröße berechnet, die durch Vergleichen der berechneten Brennstoffmasse mit einem Brennstoffmassensollwert gewonnen wird. Schließlich wird eine Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von einem Wert der Vergleichsgröße angepasst.
Das Verfahren beruht auf einer vergleichsweise einfachen Betrachtung der Wärmeströme durch die mindestens eine Brennkammer der Brennkraftmaschine. Dabei wird
angenommen, dass der Brennkammer im Wesentlichen auf zwei Wegen Wärme zugeführt wird, nämlich durch die zugeführte Verbrennungsluft, welche eine bestimmte Wärmekapazität und eine bestimmte Temperatur, mithin einen bestimmten Wärmeinhalt aufweist, und über die chemische Energie des eingespritzten Brennstoffs, wobei sich der hier zugeführte Wärmestrom aus dem Produkt der pro Zeiteinheit zugeführten
Brennstoffmenge und dem Heizwert des Brennstoffs ergibt. Aus der mindestens einen Brennkammer wird im Wesentlichen durch drei Mechanismen Wärme oder Leistung abgeführt: Ein erster Mechanismus betrifft die mechanische Arbeit, welche durch die Brennkammer geleistet wird. Ein zweiter Mechanismus spricht die Wärmemenge an, die mit einem Abgasmassenstrom aus der Brennkammer abgeführt wird, wobei das Abgas eine bestimmte Wärmekapazität und eine bestimmte Temperatur, mithin einen bestimmten Wärmeinhalt aufweist. Schließlich spricht ein dritter Mechanismus an, dass der Brennkammer Wärme durch Kühlung, Wärmestrahlung sowie Konvektion entzogen wird. Es wird nun angenommen, dass sich die prozentuale Aufteilung der Wärmeströme jedenfalls bei gegebenem Lastpunkt der Brennkraftmaschine nicht ändert, selbst wenn die tatsächlich eingespritzte Brennstoffmenge durch Alterung verändert wird. Es ist daher möglich, einen Wärmeverteilungsfaktor anzugeben, dessen Wert unabhängig von einer alterungsbedingten Änderung der eingespritzten Brennstoffmenge ist, und der das Verhältnis der mit dem Abgas abgeführten und um die mit der Verbrennungsluft zugeführten Wärmemenge reduzierte Wärmemenge zu der durch den Brennstoff zugeführten Wärmemenge angibt. Der Abgaswärmestrom und der Luftwärmestrom können als Funktion der mindestens einen Luftwärmekenngröße beziehungsweise der mindestens einen Abgaswärmekenngröße angegeben werden. Der Wärmestrom, der sich durch den eingespritzten Brennstoff ergibt, kann als Funktion des
Brennstoffmassenstroms beziehungsweise der eingespritzten Brennstoffmasse ausgedrückt werden. Insgesamt ist es so möglich, einen funktionalen Zusammenhang zwischen der eingespritzten Brennstoffmasse in Abhängigkeit von der
Luftwärmekenngröße, der Abgaswärmekenngröße und dem Wärmeverteilungsfaktor anzugeben. Mithilfe dieses funktionalen Zusammenhangs ist es möglich, die eingespritzte Brennstoffmasse zu berechnen, wenn ein Wert für den Verteilungsfaktor angenommen wird, und wenn die Werte der mindestens einen Luftwärmekenngröße sowie der
Abgaswärmekenngröße bekannt sind. Durch Vergleichen der berechneten
Brennstoffmasse mit dem Brennstoffmassensollwert ist es dann ohne Weiteres möglich, eine Vergleichsgröße zu gewinnen, auf deren Grundlage die Ansteuerung der
Brennstoffeinspritzvorrichtung korrigiert werden kann, um insbesondere eine
alterbedingte Änderung der eingespritzten Brennstoffmenge auszugleichen. Das
Verfahren ist vergleichsweise einfach und schnell durchzuführen, wobei nur wenige Größen bekannt sein beziehungsweise angenommen werden müssen. Auch die dem Verfahren zugrundeliegenden Rechenoperationen sind einfach und schnell
durchzuführen.
Vorzugsweise wird das Verfahren von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine durchgeführt beziehungsweise ist in ein solches implementiert. Die Luftwärmekenngröße und die Abgaswärmekenngröße werden vorzugsweise durch hierzu geeignete Sensoren gemessen, die besonders bevorzugt mit dem Steuergerät zur Übermittelung der
Messwerte wirkverbunden sind. Der Wärmeverteilungsfaktor ist vorzugsweise in dem Steuergerät hinterlegt, wobei zur Berechnung der eingespritzten Brennstoffmenge auf mindestens einen gespeicherten Wert für den Wärmeverteilungsfaktor zurückgegriffen wird.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine erste
Luftwärmekenngröße bestimmt wird, indem eine Verbrennungslufttemperatur gemessen wird. Dabei spricht der Begriff der Verbrennungslufttemperatur die Temperatur eines Luftmassenstroms an, welcher der mindestens einen Brennkammer zugeführt wird. Es ist offensichtlich, dass der Luftwärmestrom funktional von der Verbrennungslufttemperatur abhängt. Vorzugsweise wird eine zweite Luftwärmekenngröße bestimmt, indem ein Verbrennungsluftdruck gemessen wird. Dabei spricht der Begriff des
Verbrennungsluftdrucks den Druck an, der in dem der mindestens einen Brennkammer zugeführten Luftmassenstrom herrscht. Der Luftmassenstrom selbst hängt über eine Zustandsgieichung, insbesondere über die thermische Zustandsgieichung idealer Gase, die auch als allgemeine Gasgleichung bezeichnet wird, von der
Verbrennungslufttemperatur und dem Verbrennungsluftdruck ab. Der Luftwärmestrom wiederum kann als Funktion des Luftmassenstroms und der Verbrennungslufttemperatur unter Berücksichtigung der Wärmekapazität, insbesondere der isobaren Wärmekapazität, dargestellt werden.
Das Verfahren wird bevorzugt auch durchgeführt, wenn eine Abgasrückführung für die Brennkraftmaschine vorgesehen ist. In diesem Fall umfasst der Luftmassenstrom vorzugsweise die der Brennkammer zugeführte Verbrennungsluft und den in die
Brennkammer zurückgeführten Abgasmassenstrom. Entsprechend umfasst der
Luftwärmestrom die Wärmemengen sowohl der Verbrennungsluft als auch des
rückgeführten Abgases. Die Verbrennungslufttemperatur spricht dann die Temperatur an, welche in dem kombinierten Strom aus Verbrennungsluft und rückgeführten Abgas herrscht.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine
Abgaswärmekenngröße bestimmt wird, indem eine Abgastemperatur gemessen wird. Die Abgastemperatur ist dabei die Temperatur eines von der mindestens einen Brennkammer abgegeben Abgasmassenstroms. Der Abgaswärmestrom kann dann als Funktion des Abgasmassenstroms und der Abgastemperatur unter Berücksichtigung der
Wärmekapazität, insbesondere des isobaren Wärmekapazität, des Abgases dargestellt werden.
Bevorzugt wird der Abgasmassenstrom auf der Grundlage des Massenerhaltungssatzes als Summe aus dem Luftmassenstrom und dem Brennstoffmassenstrom, mithin der eingespritzten Brennstoffmenge, angesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die hier angesprochenen funktionalen Zusammenhänge ineinander eingesetzt und die hieraus resultierende Gleichung wird nach der eingespritzten
Brennstoffmasse aufgelöst. Es zeigt sich auf diese Weise, dass bei Kenntnis der Verbrennungslufttemperatur, des Verbrennungsluftdrucks und der Abgastemperatur sowie bei Annahme eines Wertes für den Wärmeverteilungsfaktor die eingespritzte Brennstoffmasse leicht berechnet werden kann. Dafür werden im Rahmen der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens die Verbrennungslufttemperatur, der Verbrennungsluftdruck und die Abgastemperatur gemessen. Hierfür können Sensoren verwendet werden, die ohnehin bei der
Brennkraftmaschine vorhanden sind. Bei einem Ausführungsbeispiel der
Brennkraftmaschine, das keinen Abgastemperatur-Sensor aufweist, muss zur
Durchführung des Verfahrens lediglich ein solcher zusätzlicher Sensor hinzugefügt werden.
Es zeigt sich, dass die Berechnung des Luftmassenstroms auf der Grundlage der Zustandsgieichung idealer Gase gegebenenfalls nicht genau genug ist. Um
Abweichungen der Verbrennungsluft vom Verhalten eines idealen Gases und
gegebenenfalls weitere Korrekturen zu berücksichtigen, wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Luftmassenstrom aus der ersten und der zweiten Luftwärmekenngröße, also aus der Verbrennungslufttemperatur und dem Verbrennungsluftdruck, unter
Berücksichtigung eines Korrekturfaktors berechnet wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Korrekturfaktor geschätzt. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Korrekturfaktor anhand von Prüfstandsversuchen für ein konkretes Modell der Brennkraftmaschine ermittelt.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, das als Vergleichsgröße der Quotient aus der berechneten Brennstoffmasse dividiert durch den
Brennstoffmassensollwert berechnet wird. Es wird also der Faktor berechnet, um den der berechnete Brennstoffmassenstrom, für den angenommen wird, dass er der tatsächlich eingespritzten Brennstoffmenge entspricht, von dem Brennstoffmassensollwert abweicht. Ist der Quotient größer eins, weicht der berechnete und damit auch der angenommene tatsächliche Wert nach oben von dem Sollwert ab. Weist der Quotient dagegen einen Wert auf, der kleiner als eins ist, liegt eine entsprechende Abweichung nach unten vor. Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens eine Abweichung nach unten toleriert, wobei eine Abweichung nach oben anzeigt, dass eine Korrektur der eingespritzten Brennstoff menge nötig ist. Dabei wird vorzugsweise die Ansteuerung der
Brennstoffeinspritzvorrichtung nur angepasst, wenn der Quotient einen Wert größer als eins aufweist. Vorzugsweise wird in diesem Fall eine Injektorkennlinie, welche betriebspunktabhängig die einzuspritzende Brennstoffmenge vorgibt, angepasst, wobei diese bei einer besonders bevorzugten und einfachen Ausführungsform des Verfahrens mit einem Anpassfaktor skaliert wird, welcher dem Kehrwert des Quotienten entspricht.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Ansteuerung der
Brennstoffeinspritzvorrichtung auch angepasst wird, wenn der Quotient einen Wert kleiner als eins aufweist. In diesem Fall können auch Tendenzen oder Veränderungen
berücksichtigt werden, die zu einer Verringerung der eingespritzten Brennstoffmenge mit zunehmender Alterung der Brennkraftmaschine führen. Insbesondere ist die eingespritzte Brennstoffmenge mit Hilfe des Verfahrens auf einen vorgebaren Sollwert regelbar, wenn auch Abweichungen nach unten korrigiert werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der
Brennstoffmassensollwert in Abhängigkeit von einer momentanen Drehzahl und einem momentanen Drehmomentsollwert der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Die
vorzugsweise in dem Steuergerät hinterlegte, einzuspritzende Brennstoffmenge hängt demnach von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und von einer
Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine ab. Vorzugsweise ist für den Brennstoffmassensollwert ein Kennfeld hinterlegt, aus dem abhängig von der
momentanen Drehzahl und dem momentan Drehmomentsollwert ein
Brennstoffmassensollwert ausgelesen und zur Durchführung des Verfahrens
herangezogen wird.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der
Brennstoffmassensollwert einmalig bei einer Initialisierung des Verfahrens in Hinblick auf eine Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine angepasst wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Brennstoffmassensollwert vorzugsweise einmalig bei einer Initialisierung des
Verfahrens in Hinblick auf eine Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine angepasst. Die Initialisierung des Verfahrens wird vorzugsweise in einem Neuzustand der
Brennkraftmaschine vorgenommen, indem Parameter des Verfahrens bedatet werden. Dabei werden vorzugsweise typische, quasi für die Brennkraftmaschine charakteristische Werte des Brennstoffmassensollwerts vorzugsweise in Hinblick auf eine Einsatzhöhe und/oder einer Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine korrigiert. Die bei einer bestimmten Drehzahl und einer bestimmten Drehmomentanforderung einzuspritzende Brennstoffmenge hängt nämlich insbesondere über den äußeren Umgebungsdruck von der Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine ab, sowie ebenfalls davon, welche Temperatur die Brennkraftmaschine während ihres Betriebs typischerweise erreicht, was wiederum von der Umgebungstemperatur und/oder den Kühlbedingungen abhängt. Insbesondere bei stationären Brennkraftmaschinen, die beispielsweise zum Betreiben von Generatoren zur Stromerzeugung verwendet werden, ist es möglich, die Einsatzhöhe und auch die Einsatztemperatur langfristig verlässlich zu prognostizieren.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der
Wärmeverteilungsfaktor in Abhängigkeit von der mindestens einen Luftwärmekenngröße bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Korrekturfaktor vorzugsweise in
Abhängigkeit von der mindestens einen Luftwärmekenngröße bestimmt. Vorzugsweise wird eine funktionale Abhängigkeit des Wärmeverteilungsfaktors und/oder des
Korrekturfaktors von der Verbrennungslufttemperatur berücksichtigt, wobei es möglich ist, dass in einem Steuergerät ein Kennfeld hinterlegt wird, in welchem von der
Verbrennungslufttemperatur abhängige Werte für den Wärmeverteilungsfaktor und/oder den Korrekturfaktor gespeichert sind. Bevorzugt wird auch eine funktionale Abhängigkeit des Wärmeverteilungsfaktors und/oder des Korrekturfaktors von dem
Verbrennungsluftdruck berücksichtigt, wobei bevorzugt in dem Steuergerät ein Kennfeld hinterlegt ist, in welchem Werte für den Verteilungsfaktor und/oder den Korrekturfaktor in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluftdruck gespeichert sind. Vorzugsweise wird für den Wärmeverteilungsfaktor und/oder den Korrekturfaktor eine funktionale Abhängigkeit sowohl von der Verbrennungslufttemperatur als auch vom Verbrennungsluftdruck berücksichtigt, wobei bevorzugt in dem Steuergerät ein Kennfeld hinterlegt ist, welches Werte für den Wärmeverteilungsfaktor und/oder den Korrekturfaktor in Abhängigkeit sowohl von dem Verbrennungsluftdruck als auch von der Verbrennungslufttemperatur umfasst. Es ist möglich, dass solche Werte analytisch oder in Prüfstandsversuchen gewonnen werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es nur in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, bei welchem ein maximales Drehmoment von der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Dies bedeutet insbesondere, dass das Verfahren lediglich unter Volllast durchgeführt wird, wobei auch nur ein Brennstoffmassensollwert für einen Betriebspunkt maximalen Drehmoments hinterlegt ist. Es ist möglich, dass dieser Brennstoffmassensollwert in Hinblick auf eine Einsatzhöhe und/oder eine Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine korrigiert wird. Grundsätzlich ist es ausreichend, das Verfahren lediglich unter Volllast durchzuführen, weil angenommen werden kann, dass eine unter Volllast auftretende Abweichung der eingespritzten Brennstoffmenge sich in gleicher oder zumindest sehr ähnlicher Weise in anderen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine auswirkt, sodass die unter Volllast ermittelte Korrektur für den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine gültig ist.
Alternativ ist es allerdings möglich, dass das Verfahren in zumindest einigen von der Volllast abweichenden Lastpunkten durchgeführt wird. Besonders bevorzugt wird das Verfahren in dem gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine durchgeführt. In diesem Fall werden der Wärmeverteilungsfaktor, der Korrekturfaktor und der
Brennstoffmassensollwert in Abhängigkeit von einem momentanen Lastpunkt der Brennkraftmaschine gewählt. Vorzugsweise sind in dem Steuergerät entsprechende Kennfelder hinterlegt, in denen Werte für den Wärmeverteilungsfaktor, den
Korrekturfaktor und den Brennstoffmassensollwert abhängig von dem Lastpunkt der Brennkraftmaschine gespeichert sind. Die Grundannahme des Verfahrens, dass der Wärmeverteilungsfaktor nicht von einer Alterung der Brennstoffeinspritzvorrichtung beziehungsweise der Brennkraftmaschine insgesamt abhängt, wird hiervon nicht berührt. Es wird lediglich zusätzlich angenommen, dass der Wärmeverteilungsfaktor in verschiedenen Lastpunkten der Brennkraftmaschine verschiedene Werte annimmt. Ein gleiches wird für den Korrekturfaktor angenommen. Dass der Brennstoffmassensollwert vom Lastpunkt der Brennkraftmaschine abhängt, ist offensichtlich, weil auch insgesamt der Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine lastpunktabhängig ist.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Brennstoffmassensollwert in Abhängigkeit der mindestens einen Luftwärmekenngröße und/oder in Abhängigkeit von einer momentanen Einsatzhöhe und/oder
Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine gewählt wird. Vorzugsweise wird also bei der Bestimmung des Brennstoffmassensollwerts berücksichtigt, dass dieser von mindestens einer Größe ausgewählt aus der Verbrennungslufttemperatur, dem
Verbrennungsluftdruck, der Einsatzhöhe und der Einsatztemperatur der
Brennkraftmaschine, insbesondere von dem Umgebungsdruck, abhängt. Vorzugsweise ist in dem Steuergerät ein Kennfeld für den Brennstoffmassensollwert hinterlegt, indem Werte in Abhängigkeit von mindestens einer der genannten Größen gespeichert sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine sowie der durch diese fließenden Wärmeströme, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Brennkammer einer
Brennkraftmaschine mit Sensoren, die zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.
In Figur 1 ist schematisch die gedankliche Grundlage dargestellt, auf welcher das Verfahren beruht. Eine Brennkammer 1 wird von verschiedenen Wärmeströmen durchsetzt, wobei angenommen wird, dass die Brennkammer 1 weder als Wärmequelle noch als Wärmesenke wirkt, so dass die gesamte Wärme, die in die Brennkammer 1 strömt, auch wieder aus dieser austritt, wobei eine Temperatur der Brennkammer 1 zumindest näherungsweise konstant bleibt. In Figur 1 von links kommend sind ein Luftwärmestrom 3 sowie ein Brennstoffwärmestrom 5 dargestellt, durch die der
Brennkammer 1 Wärme zugeführt wird. Der den Brennstoffwärmestrom 5
transportierende Brennstoff massenstrom wird zuvor, hier und im Folgenden auch als eingespritzte Brennstoffmasse oder als eingespritzte Brennstoffmenge bezeichnet, wobei diese Angaben bevorzugt auf ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine bezogen zu verstehen sind. Insbesondere ist es ohne Weiteres möglich, eine pro Arbeitsspiel eingespritzte Brennstoffmenge in eine der Brennkammer pro Zeiteinheit zugeführte Brennstoffmasse, mithin einen Brennstoffmassenstrom umzurechnen. Um den der Brennkammer 1 mit dem Brennstoff zugeführten Wärmestrom Qbr zu erhalten, wird der auch als mbr bezeichnete Brennstoff massenstrom 5 multipliziert mit dem Heizwert Hu des verwendeten Brennstoffs. Somit ergibt sich die Gleichung:
Aus der Brennkammer 1 wird Wärme abgeführt, indem in dieser beziehungsweise durch diese mechanische Arbeit verrichtet wird, was durch einen Arbeitswärmestrom 7 schematisch dargestellt ist. Der Brennkammer 1 wird weiterhin Wärme durch einen Abgaswärmestrom 9 entzogen. Weitere Pfade, über denen der Brennkammer 1 Wärme entzogen wird, werden in einem Verlustwärmestrom 11 zusammengefasst, wobei hier insbesondere eine Wärmeabfuhr durch Kühlung, Wärmestrahlung sowie Konvektion angesprochen ist. Dem Verfahren liegt die Annahme zugrunde, dass die prozentuale Aufteilung der verschiedenen Wärmeströme auch bei insbesondere alterungsbedingter Veränderung der eingespritzten Brennstoffmenge zumindest näherungsweise konstant ist. Es wird daher ein Wärmeverteilungsfaktor x angenommen, der sich als Quotient des mit QA
bezeichneten Abgaswärmestroms 9 reduziert um den als QL bezeichneten
Luftwärmestrom 3 dividiert durch den Brennstoffwärmestrom Qbr nach folgender
Gleichung ergibt:
, = ß^ . (2) a,
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung einer bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens eingerichteten Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung. Dabei ist wiederum die Brennkammer 1 dargestellt, der über eine
Verbrennungsluftleitung 13 ein Luftwärmestrom 3 zugeführt wird, während der
Brennkammer 1 über eine Abgasleitung 15 der Abgaswärmestrom 9 entnommen wird. In der Verbrennungsluftleitung 13 ist ein Verbrennungslufttemperatursensor 17 zur Messung der Verbrennungslufttemperatur als erster Luftwärmekenngröße vorgesehen. Die
Verbrennungslufttemperatur wird im Folgenden als TL bezeichnet. Weiterhin ist in der Verbrennungsluftleitung 13 ein Verbrennungsluftdrucksensor 19 zur Messung eines Verbrennungsluftdrucks als zweiter Luftwärmekenngröße vorgesehen. Der
Verbrennungsluftdruck wird im Folgenden als pL bezeichnet. Schließlich ist in der
Abgasleitung 15 ein Abgastemperatursensor 21 vorgesehen, mit dem eine
Abgastemperatur als Abgaswärmekenngröße messbar ist. Die Abgastemperatur wird im Folgenden als TA bezeichnet.
Das Verfahren wird vorzugsweise in einer Brennkraftmaschine durchgeführt, welche als Hubkolbenmotor ausgebildet ist, wobei sie vorzugsweise nach dem Diesel- oder nach dem Otto-Verfahren betrieben wird. Als Brennstoff wird entsprechend vorzugsweise Diesel, Benzin, Gas, insbesondere Magergas, oder ein anderer geeigneter Brennstoff verwendet. Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise eine Mehrzahl von
Brennkammern auf, welche der Anzahl ihrer Zylinder entspricht. Es wird im Rahmen der Erfindung auch eine Brennkraftmaschine bevorzugt, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Vorzugsweise umfasst die
Brennkraftmaschine eine Einrichtung zur Bestimmung mindestens einer
Luftwärmekenngröße, eine Einrichtung zur Bestimmung mindestens einer
Abgaswärmekenngröße, sowie eine Einrichtung zur Berechnung der eingespritzten Brennstoffmasse aus der mindestens einen Luftwärmekenngröße, zur Berechnung der Vergleichsgröße und zur Anpassung einer Ansteuerung der
Brennstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von einem Wert der Vergleichsgröße. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine weist insbesondere den Verbrennungsluft-Temperatur-Sensor 17, den Verbrennungsluftdrucksensor 19 und den Abgastemperatursensor 21 auf. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise ein Steuergerät auf, welches zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet und insbesondere mit den Sensoren 17, 19, 21 wirkverbunden ist.
Bevorzugt wird auch ein Motorsteuergerät, in welchem das Verfahren gemäß einem der hier angesprochenen Ausführungsbeispiele implementiert ist.
Es zeigt sich, dass zur Durchführung des Verfahrens in Hinblick auf eine Sensorik der Brennkraftmaschine bevorzugt lediglich der Verbrennungslufttemperatursensor 17, der Verbrennungsluftdrucksensor 19 und der Abgastemperatursensor 21 vorgesehen sind. Diese Sensoren sind bei einer Vielzahl von Brennkraftmaschinen ohnehin vorgesehen, sodass es keiner zusätzlichen Sensorik zur Durchführung des Verfahrens bedarf. Es ist möglich, dass bei einer Brennkraftmaschine lediglich der
Verbrennungslufttemperatursensor 17 und der Verbrennungsluftdrucksensor 19 vorgesehen sind. In diesem Fall ist es zur Durchführung der hier beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens lediglich nötig, einen weiteren Sensor, nämlich den Abgastemperatursensor 21 an der Brennkraftmaschine vorzusehen. Damit zeigt sich, dass das Verfahren insbesondere auf eine wenig komplizierte und zumindest im Wesentlichen ohnehin vorhandene Sensorik zurückgreift.
Zur Berechnung der eingespritzten Brennstoffmasse wird vorzugsweise folgendermaßen vorgegangen:
Ein der Brennkammer 1 idealerweise zugeführter Luftmassenstrom mL,id wird über die allgemeine Gasgleichung als Funktion der Verbrennungslufttemperatur TL, des Verbrennungsluftdrucks pL sowie eines Hubvolumens Vh einer Brennkammer der
Brennkraftmaschine multipliziert mit einer Anzahl Z von Brennkammern, sowie der Drehzahl n der Brennkraftmaschine - vorzugsweise ausgedrückt in Umdrehungen pro Sekunde - angegeben, wobei ein Taktzahlfaktor berücksichtigt wird, der angibt, wie viele Ansaugtakte die Brennkraftmaschine pro Umdrehung ihrer Kurbelwelle aufweist. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer
Viertaktbrennkraftmaschine ausgegangen, sodass der Taktzahlfaktor 0,5 beträgt. Somit ergibt sich insgesamt für den idealerweise zugeführten Luftmassenstrom mL,id. mit der allgemeinen Gaskonstante R folgende Gleichung:
PL VhZ
RTL 2 "
Zur Vereinfachung der Darstellung werden im Folgenden das Hubvolumen Vh die Anzahl der Brennkammern Z, die Drehzahl n, die allgemeine Gaskonstante R und der
Taktzahlfaktor in einer Konstante K zusammengefasst:
VhZn
(4) 2R sodass sich unter Berücksichtigung von (4) in (3) folgende Gleichung für den idealerweise zugeführten Luftmassenstrom mL id ergibt:
m Cid K (3')
Abweichungen der Verbrennungsluft vom idealen Verhalten sowie gegebenenfalls weitere Effekte, die eine Korrektur erforderlich machen, werden berücksichtigt, indem der Luftmassenstrom mL angesetzt wird als Produkt aus dem idealen Luftmassenstrom ητΐυ,. multipliziert mit einem Korrekturfaktor λ:
mL = ÄmLrid = ÄK - . (5)
L Der Abgasmassenstrom mAwird unter Berücksichtigung des Massenerhaltungssatzes angenommen als Summe aus dem Luftmassenstrom mL und dem
Brennstoffmassenstrom beziehungsweise der eingespritzten Brennstoffmasse mbr: mA = mL + mbr . (6)
Es ist nun möglich, den Abgaswärmestrom QA unter Berücksichtigung der isobaren Wärmekapazität des Abgases cp,A als Funktion der Abgastemperatur TA auszudrücken:
In analoger Weise ist es möglich, den Luftwärmestrom QL unter Berücksichtigung der isobaren Wärmekapazität der Verbrennungsluft cp,L als Funktion der
Verbrennungslufttemperatur Tu auszudrücken:
QL = mLcPJ TL (8)
Insgesamt ergibt sich für die Differenz des Abgaswärmestroms und des Luftwärmestroms die folgende Gleichung:
QA - QL = K^cp<ATA + mbrcp,ATA— p LTL . (9)
Setzt man nun einerseits Gleichung (9) und andererseits Gleichung (1 ) in Gleichung (2) ein und löst die so entstehende Gleichung nach dem Brennstoff massenstrom mbr auf, ergibt sich die berechnete Brennstoffmasse zu:
mbr = L— ~ ■ (10)
xHu ~ Cp,ATA
Es zeigt sich somit, dass die eingespritzte Brennstoffmasse mbr berechnet werden kann aus den Messwerten des Verbrennungslufttemperatursensors 17, des
Verbrennungsluftsensors 19 und des Abgastemperatursensors 21 , wenn ein Wert für den Korrekturfaktor λ sowie ein Wert für den Wärmeverteilungsfaktor x angenommen wird. Die Wärmekapazitäten des Abgases cp,A sowie der Verbrennungsluft cp,L werden vorzugsweise als konstant angenommen und sind besonders bevorzugt in dem
Steuergerät hinterlegt.
Zur Korrektur der eingespritzten Brennstoffmenge wird vorzugsweise als Vergleichsgröße ein Quotient k aus der berechneten Brennstoffmasse mbr und einem
Brennstoffmassensollwert ms berechnet:
(11 )
Vorzugsweise ist in dem Steuergerät eine Injektorkennlinie hinterlegt, welche
lastpunktabhängig, insbesondere Abhängig von der Drehzahl n und einer
Drehmomentanforderung der Brennkraftmaschine Ansteuerungsparameter für die Brennstoffeinspritzvorrichtung beziehungsweise Werte für eine einzuspritzende
Brennstoffmasse umfasst. Diese Injektorkennlinie wird vorzugsweise korrigiert, wenn der Quotient k einen Wert aufweist, der größer als 1 ist. Hingegen wird bevorzugt keine Korrektur der Injektorkennlinie vorgenommen, wenn der Wert des Quotienten k kleiner oder gleich 1 ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Injektorkennlinie mit einem Anpassfaktor skaliert, der gleich dem Kehrwert des Quotienten k ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Injektorkennlinie stets auch dann korrigiert, wenn der Quotient k einen Wert aufweist, der verschieden von 1 ist. Auch in diesem Fall wird die Injektorkennlinie vorzugsweise mit einem Anpassfaktor skaliert, welcher der Kehrwert des Quotienten k ist.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des Verfahrens wird sowohl für den Korrekturfaktor λ als auch für den Wärmeverteilungsfaktor x jeweils ein konstanter Wert angenommen. Bei einer anderen Ausführungsform ist es möglich, dass für den
Korrekturfaktor λ und/oder für den Wärmverteilungsfaktor x eine Abhängigkeit von der Verbrennungslufttemperatur TL angenommen wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass für den Korrekturfaktor λ und/oder für den Wärmeverteilungsfaktor x eine Abhängigkeit von dem Verbrennungsluftdruck pL angenommen wird. Die verschiedenen, druck- und/oder temperaturabhängigen Werte werden vorzugsweise in Kennfeldern hinterlegt. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine analytische Beschreibung der
Abhängigkeiten möglich, wobei die entsprechenden Werte im Rahmen des Verfahrens stets neu berechnet werden.
Der Brennstoffmassensollwert mswird vorzugsweise einmalig bei einer Initialisierung des Verfahrens in Hinblick auf einer Einsatzhöhe und/oder einer Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine angepasst. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass der Brennstoffmassensollwert abhängig von der Verbrennungslufttemperatur TL und/oder von dem Verbrennungsluftdruck pL gewählt wird, wobei über diese Werte vorzugsweise implizit auch eine Einsatzhöhe sowie eine Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird. Es ist bei einer
Ausführungsform des Verfahrens möglich, zusätzlich oder alternativ explizit eine
Abhängigkeit des Brennstoffmassensollwerts msvon einer momentanen Einsatzhöhe und/oder Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine zur berücksichtigen. Vorzugsweise sind die entsprechenden, abhängigen Werte des Brennstoffmassensollwerts ms in einem Kennfeld hinterlegt.
Es ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass dieses nur unter Volllast der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. In diesem Fall ist der
Brennstoffmassensollwert ms stets ein dem Drehmomentmaximum der
Brennkraftmaschine zugeordneter Wert.
Alternativ ist es möglich, dass das Verfahren in zumindest einigen, von der Volllast abweichenden Betriebspunkten der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Besonders bevorzugt wird das Verfahren im gesamten Betriebs- beziehungsweise Lastbereich der Brennkraftmaschine durchgeführt. In diesem Fall hängt der Brennstoffmassensollwert ms vom momentanen Lastpunkt der Brennkraftmaschine ab. Vorzugsweise sind
lastpunktabhängige Werte für den Brennstoffmassensollwert ms in einem Kennfeld hinterlegt. Wird das Verfahren lastpunktabhängig durchgeführt, wird vorzugsweise auch eine Lastpunktabhängigkeit für den Korrekturfaktor λ und/oder für den
Wärmeverteilungsfaktor x berücksichtigt. Die entsprechenden Werte sind bevorzugt ebenfalls in Kennfeldern hinterlegt. Versuche zeigen, dass es mithilfe des Verfahrens möglich ist, eine Abweichung der eingespritzten Brennstoffmasse auf wenigstens 3 % genau zu bestimmen und entsprechende Korrekturen durchzuführen. Die Genauigkeit kann insbesondere durch detaillierte Berücksichtung der Abhängigkeiten des Wärmeverteilungsfaktors x und des Korrekturfaktors λ von der Verbrennungslufttemperatur TL sowie dem
Verbrennungsluftdruck pL weiter gesteigert werden.
So zeigt sich insgesamt, dass es mithilfe des Verfahrens auf der Grundlage eines einfachen physikalischen Ansatzes unter Heranziehung von nur drei Messwerten ohne großen Aufwand möglich ist, eine Korrektur der mittels einer
Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Brennstoffmenge im Betrieb der
Brennkraftmaschine durchzuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Korrektur einer mittels einer Brennstoffeinspritzvorrichtung
eingespritzten Brennstoffmenge im Betrieb einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: Bestimmen mindestens einer Luftwärmekenngröße, von der ein mindestens einer Brennkammer (1 ) der Brennkraftmaschine zugeführter
Luftwärmestrom (3;QL) funktional abhängt; Bestimmen mindestens einer
Abgaswärmekenngröße, von der ein von der mindestens einen Brennkammer (1 ) abgegebener Abgaswärmestrom (9;QA) funktional abhängt; Bestimmen eines Wärmeverteilungsfaktors (x), der einen Bruchteil des Abgaswärmestroms (9;QA) reduziert um den Luftwärmestrom (3;QL) bezogen auf einen der mindestens einen Brennkammer (1 ) mit dem eingespritzten Brennstoff zugeführten Wärmestrom (5) angibt; Berechnen einer der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmasse (mbr) aus der mindestens einen Luftwärmekenngröße, der mindestens einen Abgaswärmekenngröße und dem Wärmeverteilungsfaktor (x); Berechnen einer Vergleichsgröße durch Vergleichen der berechneten Brennstoffmasse (mbr) mit einem Brennstoffmassensollwert (ms) und Anpassen einer Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von einem Wert der
Vergleichsgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste
Luftwärmekenngröße bestimmt wird, indem eine Verbrennungslufttemperatur (TL) als Temperatur eines der mindestens einen Brennkammer (1 ) zugeführten
Luftmassenstroms (mL) gemessen wird, wobei vorzugsweise eine zweite
Luftwärmekenngröße bestimmt wird, indem ein Verbrennungsluftdruck (pL) als Druck des der mindestens einen Brennkammer (1 ) zugeführten Luftmassenstroms (mL) gemessen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgaswärmekenngröße bestimmt wird, indem eine Abgastemperatur (TA) als Temperatur eines von der mindestens einen Brennkammer (1 ) abgegebenen Abgasmassenstroms (mA) gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom (mL) aus der ersten und der zweiten
Luftwärmekenngröße unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors (λ) berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichsgröße ein Quotient (k) aus der berechneten Brennstoffmasse (mbr) und dem Brennstoffmassensollwert (ms) berechnet wird, wobei vorzugsweise die Ansteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung nur angepasst wird, wenn der Quotient (k) einen Wert größer als eins aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffmassensollwert (ms) in Abhängigkeit von einer momentanen Drehzahl (n) und einem momentanen Drehmomentsollwert der Brennkraftmaschine ermittelt, vorzugsweise einem Kennfeld entnommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffmassensollwert (ms) einmalig bei einer Initialisierung des Verfahrens in Hinblick auf eine Einsatzhöhe und/oder eine Einsatztemperatur der Brennkraftmaschine angepasst wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverteilungsfaktor (x) und/oder der Korrekturfaktor (λ) in
Abhängigkeit von der mindestens einen Luftwärmekenngröße bestimmt
wird/werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
durchgeführt wird, bei welchem ein maximales Drehmoment von der
Brennkraftmaschine abgegeben wird, oder dass das Verfahren in zumindest einigen abweichenden Lastpunkten durchgeführt wird, vorzugsweise in einem gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, wobei der Wärmeverteilungsfaktor (x), der Korrekturfaktor (λ) und der Brennstoffmassensollwert (ms) in Abhängigkeit von einem momentanen Lastpunkt gewählt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffmassensollwert (ms) in Abhängigkeit der mindestens einen Luftwärmekenngröße und/oder in Abhängigkeit von einer momentanen Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine gewählt wird.
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