DE10012024A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

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    • F02D2200/0604—Estimation of fuel pressure

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe (3, 7) in einen Druckspeicher (8) gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (8) über ein Einspritzventil (10) in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r) berechnet wird. Um insbesondere bei starken Druckschwankungen des Speicherdrucks (p_r) die einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, dass aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten ein geschätzter Druckwert (p_rest) berechnet und als der in dem Druckspeicher (8) herrschende Speicherdruck (p_r) zur Berechnung der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten (dp_r_syn) des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe in einen Druckspeicher gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher über ein Einspritzventil in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit
  • - einem Druckspeicher,
  • - mindestens einer Pumpe zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher,
  • - einem Brennraum,
  • - einem Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher in den Brennraum, und
  • - einem Steuergerät zum Berechnen der Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch ein Steuergerät für eine solche Brennkraftmaschine.
Ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art sind aus der DE 195 48 278 bekannt. Dort wird ein Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes in einen Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems (CR- System) beschrieben. Bei solchen CR-Systemen wird die Öffnungsdauer der Einspritzventile in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet. Der in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck muss in die Berechnung der Öffnungsdauer mit einfließen, da der Durchfluss durch die Einspritzventile abhängig ist von dem Speicherdruck. Der Speicherdruck wird drehzahlsynchron erfasst. Die Druckregelung erfolgt in einem festen Zeitraster. Zur Druckregelung wird der drehzahlsynchron erfasste Speicherdruck zeitsynchron abgetastet.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ist es nachteilig, dass die Öffnungsdauer der Einspritzventile nicht in Abhängigkeit von einem zum Zeitpunkt der Einspritzung in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck, sondern in Abhängigkeit von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten berechnet wird. Im Stationärbetrieb, wo es über der Zeit nur zu geringen Änderungen des Speicherdrucks kommt, ist das Alter der gemessenen Druckwerte ohne große Auswirkung auf die berechnete Öffnungsdauer der Einspritzventile. Bei einem dynamischen Druckverlauf des Speicherdrucks können sich jedoch relativ große Unterschiede zwischen den für die Berechnung der Öffnungsdauer herangezogenen, vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten und dem während der Einspritzung in dem Druckspeicher tatsächlich herrschenden Druckwert ergeben. Bei einem dynamischen Druckanstieg ist der Speicherdruck während der Einspritzung höher als der zuvor gemessene Druckwert. Das führt dazu, dass der Durchfluss durch die Einspritzventile und letztendlich auch die in die Brennräume eingespritzte Kraftstoffmasse tatsächlich größer als berechnet ist; die Brennkraftmaschine läuft also im Übergang zu fett. Dementsprechend läuft die Brennkraftmaschine bei einem dynamischen Druckabfall im Übergang zu mager.
Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 57 971 ist es bekannt, die Öffnungsdauern der Einspritzventile nicht anhand von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten zu berechnen, sondern ausgehend von mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen zukünftigen Druckwert, genauer gesagt einen abgeschätzten Druckwert für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns, zu ermitteln und diesen geschätzten Druckwert dann der Berechnung der Öffnungsdauer der Einspritzventile zu Grunde zu legen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine Fehler der in die Brennräume eingespritzten Kraftstoffmasse zu reduzieren, um dadurch das Emissionsverhalten, die Geräuschentwicklung und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vor, dass aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten ein geschätzter Druckwert berechnet und als der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck zur Berechnung der Öffnungsdauer des Einspritzventils herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten des Speicherdrucksverlaufs einen vorgegebbaren Schwellenwert übersteigt.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine und in einem dynamischen Betrieb mit einem sich über der Zeit nur langsam ändernden Speicherdruck die Öffnungsdauern der Einspritzventile in an sich bekannter Weise anhand von gemessenen Speicherdruckwerten zu berechnen.
Bei einem sich schneller ändernden Speicherdruck, d. h. wenn der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigt, wird bei der Berechnung der Öffnungsdauern der Einspritzventile erfindungsgemäß nicht ein relativ alter, vor der Einspritzung gemessener Druckwert, sondern ein aktueller, abgeschätzter Druckwert für die Zeitdauer während der Einspritzung herangezogen. Der geschätzte Druckwert wird anhand von mindestens zwei gemessenen Druckwerten berechnet. Mit der vorliegenden Erfindung kann auch dynamischen Druckänderungen des Speicherdrucks Rechnung getragen werden. Es können dementsprechende Öffnungsdauern der Einspritzventile berechnet und die in die Brennräume einzuspritzende Kraftstoffmasse auch bei dynamischen Druckänderungen besonders genau zugemessen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Verbesserung des Emissionsverhaltens, des Geräuschniveaus und des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine.
Der geschätzte Druckwert wird - wie bereits erwähnt - nur dann zur Berechnung der Öffnungsdauern der Einspritzventile herangezogen, falls der Gradient des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, d. h. falls der Speicherdruckverlauf eine gewisse Dynamik übersteigen. Der Gradient gibt die Richtung der stärksten Druckänderung des Speicherdruckverlaufs wieder. Der Betrag des Gradienten gibt den Betrag der maximalen Druckänderung wieder.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass durch den geschätzten Druckwert ein mittlerer Speicherdruck zwischen dem Beginn und dem Ende der Einspritzung charakterisiert wird. Der mittlere Speicherdruck kann ein Wert zwischen dem Speicherdruck zu Beginn und dem Speicherdruck am Ende der Einspritzung sein. Vorzugsweise ist es derjenige Speicherdruck, der genau mittig zwischen dem Speicherdruck zu Beginn und dem Speicherdruck am Ende der Einspritzung liegt. Alternativ ist der mittlere Speicherdruck derjenige Speicherdruck, der zu einem Zeitpunkt genau mittig zwischen dem Einspritzbeginn und dem Einspritzende in dem Druckspeicher herrscht. Dadurch können Fehler der in die Brennräume eingespritzten Kraftstoffmasse besonders gut reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Ausgleichsfunktion durch gemessenen Druckwerte gelegt und der geschätzte Druckwert anhand der Ausgleichsfunktion berechnet wird. Vorteilhafterweise wird ein Ausgleichspolynom erster Ordnung durch die gemessenen Druckwerte gelegt. Wenn man in die Ausgleichsfunktion bzw. in das Ausgleichspolynom den voraussichtlichen Einspritzbeginn bzw. einen zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende liegenden Zeitpunkt einsetzt, erhält man einen relativ genauen geschätzten Druckwert für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns bzw. für einen Zeitpunkt zwischen dem Einspritzbeginn und dem Einspritzende. Ein Ausgleichspolynom erster Ordnung kann ohne großen Rechenzeitaufwand und mit einem geringen Speicherplatzbedarf durch zwei gemessene Druckwerte gelegt werden und liefert einen geschätzten Druckwert mit einer ausreichenden Genauigkeit.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die gemessenen Druckwerte über mehrere Einspritzzyklen erfasst werden. Auf diese Weise können kurzfristige Druckschwankungen in dem Druckspeicher ausgemittelt werden, wodurch ein besonders runder Lauf der Brennkraftmaschine ermöglicht wird.
Bei einem dynamischen Druckanstieg in dem Druckspeicher sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Öffnungsdauern der Einspritzventile kleiner als aufgrund von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten berechnete Öffnungsdauern. Ebenso sind bei einem dynamischen Druckabfall die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Öffnungsdauern größer als aufgrund von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten berechneten Öffnungsdauern. Um insbesondere bei sehr starken Druckschwankungen in dem Druckspeicher die Differenz der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Öffnungsdauern einerseits und der auf Grundlage von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten berechneten Öffnungsdauern andererseits nicht zu groß werden zu lassen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung desweiteren vorgeschlagen, dass der geschätzte Druckwert mit einem Reduktionsfaktor, der < 1 ist, multipliziert wird, bevor er als der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck zur Berechnung der Öffnungsdauer des Einspritzventils herangezogen wird.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, des Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch eines auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only-Memory (ROM) oder ein Flash- Memory.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von der Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen geschätzten Druckwert berechnet und den geschätzten Druckwert als den in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck heranzieht, falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebbaren Schwellenwert übersteigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Druckspeicher als ein Hochdruckspeicher eines Common-Rail (CR)- Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil als ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einem CR-Einspritzsystem ist es vorteilhaft, die Öffnungsdauern der Hochdruckeinspritzventile bei dynamischen Druckschwankungen des Speicherdrucks anhand von geschätzten Druckwerten zu berechnen, die den Speicherdruck während der Einspritzung charakterisieren.
Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend von dem Steuergerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen geschätzten Druckwert berechnet und den geschätzten Druckwert als den in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck heranzieht, falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebbaren Schwellenwert übersteigt.
Zeichnungen
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von Ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftstoffversorgungssystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform und
Fig. 3 einen dynamischen Druckverlauf des Speicherdrucks in einem Druckspeicher einer Brennkraftmaschine.
In Fig. 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Kraftstoffversorgungssystem 1 wird üblicherweise als Common-Rail (CR)- Kraftstoffeinspritzsystem bezeichnet.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet, der mit einer Vorförderpumpe 3 in Verbindung steht. Von der Vorförderpumpe 3 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung 4 zu einem Zumessventil 5. Die Leitung 4 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 6 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung. Das Zumessventil 5 steht über eine Hochdruckpumpe 7 mit einem Hochdruckspeicher 8 in Verbindung. Der Hochdruckspeicher 8 ist als eine Hochdruckspeicherleitung (Rail) ausgebildet. Der Hochdruckspeicher 8 steht über Kraftstoffleitungen 9 mit Hochdruckeinspritzventilen 10 (sog. Injektoren) in Verbindung. Der Hochdruckspeicher 8 steht über ein Druckbegrenzungsventil 11 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung. Das Zumessventil 5 ist mittels einer Spule 12 ansteuerbar.
Der Bereich des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 7 und dem Eingang des Druckbegrenzungsventils 11 wird als Hochdruckbereich bezeichnet. Der Druck in dem Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 13 erfasst. Der Bereich des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 und der Hochdruckpumpe 7 wird als Niederdruckbereich bezeichnet.
Mit 14 ist ein Steuergerät der Brennkraftmaschine bezeichnet, das auch das Kraftstoffversorgungssystem 1 steuert. Das Steuergerät 14 beaufschlagt die Hochdruckeinspritzventile 10 mit Ansteuersignalen A und steuert die Spule 12 des Zumessventils 5 an. Hierzu wird das Ausgangssignal P_r des Drucksensors 13 und verschiedene Ausgangssignale n von weiteren Sensoren 15, wie bspw. eines Drehzahlsensors, ausgewertet.
Die Steuerung 14 umfasst einen Filter 16, dem das Ausgangssignal P_r des Drucksensors 13 zugeleitet wird. Das Filter 16 beaufschlagt eine Mengenberechnungseinrichtung 17 und einen Summationspunkt 18 mit dem gefilterten Druckwert P_r des Drucksensors 13. An einem zweiten Eingang des Summationspunktes 18 liegt das Ausgangssignal P_soll einer Sollwertvorgabeeinrichtung 19 an. Diese verarbeitet die Ausgangssignale n der weiteren Sensoren 15 sowie das Ausgangssignal Q_n der Mengenberechnungseinrichtung 17.
Die Mengenberechnungseinrichtung 17 beaufschlagt die Hochdruckeinspritzventile 10 mit Ansteuersignalen A und die Sollwertvorgabeeinrichtung 19 mit dem Signal Q_n, das der in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge entspricht. Mit dem Ausgangssignal des Summationspunktes 18 wird ein Druckregler 20 beaufschlagt, der wiederum die Spule 12 des Zumessventils 5 ansteuert.
Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 1 arbeitet wie folgt: Zunächst wird Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 von der Vorförderpumpe 3 gefördert. Sobald der Druck in dem Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte ansteigt, öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 6 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 3 und dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 frei.
Die Hochdruckförderpumpe 7 fördert den Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 7 baut in dem Hochdruckspeicher 8 einen hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei einem Kraftstoffversorgungssystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine Druckwerte von etwa 30 bis 200 bar und bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar in dem Hochdruckspeicher 8 erzielt. Über die Hochdruckeinspritzventile 10 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Brennräumen in den Zylindern der Brennkraftmaschine zugemessen werden.
Durch das Zumessventil 5 kann der Druck in dem Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der Spule 12 anliegenden Spannung bzw. von dem durch die Spule 12 fließenden Strom stellt das Zumessventil 5 unterschiedliche Fördermengen der Hochdruckpumpe 7 zur Verfügung.
Zur Regelung des Speicherdrucks p_r in dem Hochdruckbereich können auch weitere Stellglieder eingesetzt werden. Dies sind alternativ zu dem Zumessventil 5 eine in der Fördermenge verstellbare elektrische Vorförderpumpe oder ein Druckbegrenzungsventil, das ebenfalls mittels einer Spule ansteuerbar ist.
Die Ansteuersignale A für die Hochdruckeinspritzventile 10 sind abhängig von dem Speicherdruck p_r und von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge Q_n. Die einzuspritzende Kraftstoffmasse wird über die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 eingestellt. Da der Durchfluss durch die geöffneten Einspritzventile 10 von dem Speicherdruck p_r in dem Hochdruckspeicher 8 abhängt, muss dieser in die Berechnung der Öffnungsdauer t_i mit einfließen. Die Berechnung der Ansteuersignale A erfolgt drehzahlabhängig mit variablem Zeitabstand. Der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Berechnungen hängt von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine ab. Die Berechnung des Ansteuersignals für das Zumessventil 5 in dem Druckregler 20 erfolgt in einem festen Zeittakt. Dieser Zeittakt ist so gewählt, dass der Druckregler 20 umgehend auf sich ändernde Sollwerte p_soll reagieren kann und sich der neue Sollwert p_soll möglichst rasch einstellt.
Nach dem Stand der Technik wird die Öffnungsdauer der Hochdruckeinspritzventile, d. h. das Ansteuersignal A, unmittelbar aus gemessenen Druckwerten p_r berechnet. Da die Einspritzung theoretisch schon zu relativ frühen Zeitpunkten (bspw. bei 340° vor dem oberen Totpunkt (OT) der Zündphase) erfolgen kann, muss die für eine Einspritzung berechnete Öffnungsdauer der Hochdruckeinspritzventile 10 bereits vor diesem frühen Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Das hat jedoch zur Folge, dass bei einer relativ späten Einspritzung (bspw. bei 240° vor Zünd-OT) die berechnete Öffnungsdauer t_i für die Hochdruckeinspritzventile 10 auf der Grundlage relativ alter gemessener Druckwerte p_r erfolgte.
Die Berechnung der Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 in Abhängigkeit von relativ alten, früher gemessenen Druckwerten p_r hat im Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine kaum Auswirkungen. Der Druck in dem Hochdruckspeicher 8 kann jedoch sehr stark schwanken. Die Druckschwankungen werden von der Einspritzung einerseits und von dem Druckaufbau in dem Hochdruckbereich andererseits verursacht. Bei solchen dynamischen Druckschwankungen weicht der für die Berechnung der Öffnungsdauer t_i herangezogene gemessene Druckwert zum Teil stark von dem in dem Hochdruckspeicher 8 zum Zeitpunkt der Einspritzung tatsächlich herrschenden Speicherdruck ab.
Um die über die Hochdruckeinspritzventile 10 in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 auf Grundlage eines geschätzten Druckwertes des zum Zeitpunkt der Einspritzung in dem Hochdruckspeicher 8 herrschenden Speicherdrucks zu berechnen. Ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 30. In einem nachfolgenden Funktionsblock 31 wird der derzeitige in dem Hochdruckspeicher 8 herrschende Speicherdruck p_r_ist gemessen und in einem Speicher 32 abgelegt. In einem Funktionsblock 33 wird aus dem Speicher 32 ein früher gemessener alter Druckwert p_r_ist_alt entnommen. Dann wird in einem Funktionsblock 34 der Gradient des Speicherdruckverlaufs dp_r_syn gebildet, in dem von dem aktuellen Speicherdruckwert p_r_ist der alte Speicherdruckwert p_r_ist_alt subtrahiert wird. Anschließend wird in einem Abfrageblock 35 überprüft, ob der Betrag des Gradienten dp_r_syn einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs übersteigt die vorgegebene Schwelle, wenn sich der Speicherdruck p_r in dem Hochdruckspeicher 8 relativ schnell ändert. In diesem Fall wird ein geschätzter Druckwert p_r_est in einem Funktionsblock 36 berechnet. In einem Funktionsblock 37 wird dann die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 in Abhängigkeit von dem geschätzten Druckwert p_r_est berechnet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch zwei gemessene Druckwerte p_r ein Ausgleichspolynom erster Ordnung gelegt und der geschätzte Druckwert p_r_est anhand der Ausgleichsgeraden berechnet. Der geschätzte Druckwert p_r_est kann einen Speicherdruck p_r zu Beginn der Einspritzung charakterisieren, wie dies ausführlich in der DE 198 57 971 beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. In diesem Fall wird der geschätzte Druckwert p_r_est anhand der nachfolgenden Gleichung berechnet (vgl. Fig. 3):
wobei für eine 4-Takt-Brennkraftmaschine gilt:
und w_esb_x der Winkel bei Einspritzbeginn ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel charakterisiert der geschätzte Druckwert p_r_est einen Speicherdruck p_r in der Mitte der Einspritzung, d. h. zwischen dem Beginn und dem Ende der Einspritzung, bei einem Winkel w_esm_x. In diesem Fall wird der geschätzte Druckwert p_r_est anhand der nachfolgenden Gleichungen berechnet:
wobei w_esm_x der Winkel in der Mitte der Einspritzung ist und
w_esm_x = w_esb_x + Winkel{0,5 . t_i}
wobei für eine 4-Takt-Brennkraftmaschine gilt:
Winkel{0,5 . t_i} = 0,006
mit der Drehzahl n der Brennkraftmaschine und der Öffnungsdauer t_i, die der Einspritzdauer entspricht.
Falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs unterhalb des Schwellenwertes liegt, d. h. in den Fällen, in denen die Brennkraftmaschine im Bereich des Stationärbetriebs betrieben wird, wird in einer an sich aus der DE 195 48 278 bekannten Weise die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 unmittelbar aus den gemessenen Druckwerten p_r_ist in einem Funktionsblock 38 berechnet. Schließlich wird die berechnete Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 in einem Funktionsblock 39 ausgegeben. In einem Funktionsblock 40 ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe (3, 7) in einen Druckspeicher (8) gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (8) über ein Einspritzventil (10) in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten (p_r_ist, p_r_ist_alt) ein geschätzter Druckwert (p_r_est) berechnet und als der in dem Druckspeicher (8) herrschende Speicherdruck (p_r) zur Berechnung der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten (dp_r_syn) des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den geschätzten Druckwert (p_r_est) ein mittlerer Speicherdruck (p_r) zwischen dem Beginn und dem Ende der Einspritzung charakterisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgleichsfunktion durch die gemessenen Druckwerte gelegt und der geschätzte Druckwert (p_r_est) anhand der Ausgleichsfunktion berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichspolynom erster Ordnung durch die gemessenen Druckwerte gelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Druckwerte über mehrere Einspritzzyklen erfasst werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geschätzte Druckwert (p_r_est) mit einem Reduktionsfaktor, der < 1 ist, multipliziert wird, bevor er als der in dem Druckspeicher (8) herrschende Speicherdruck zur Berechnung der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) herangezogen wird.
7. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory (ROM) oder Flash-Memory, für ein Steuergerät (14) einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, des Steuergeräts (14) ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche geeignet ist.
8. Brennkraftmaschine, insbesondere direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit
  • - einem Druckspeicher (8),
  • - mindestens einer Pumpe (3, 7) zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher (8),
  • - einem Brennraum,
  • - einem Einspritzventil (10) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher (8) in den Brennraum und
  • - einem Steuergerät (14) zum Berechnen der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r),
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen geschätzten Druckwert (p_r_est) berechnet und den geschätzten Druckwert (p_r_est) als den in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck heranzieht, falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (8) als ein Hochdruckspeicher eines Common-Rail (CR)- Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil (10) als ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist.
10. Steuergerät (14) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit
  • - einem Druckspeicher (8),
  • - mindestens einer Pumpe (3, 7) zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher (8)
  • - einem Brennraum,
  • - einem Einspritzventil (10) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher (8) in den Brennraum und
  • - dem Steuergerät (14) zum Berechnen der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r),
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen geschätzten Druckwert (p_r_est) berechnet und den geschätzten Druckwert (p_r_est) als den in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck heranzieht, falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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