DE10018050C2 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Bei Verfahren wird
Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe in einen
Druckspeicher gefördert. Der Kraftstoff aus dem
Druckspeicher wird über ein Einspritzventil in einen
Brennraum eingespritzt. Die Öffnungsdauer des
Einspritzventils wird in Abhängigkeit von dem in dem
Druckspeicher herrschenden Speicherdruck und unter
Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem
typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks
berechnet.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine,
insbesondere 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 und unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch ein
Steuergerät für eine solche Brennkraftmaschine.
Ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art ist aus der DE 197 12 143 A1 bekannt. Dort
wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
beschrieben, bei dem bei der Berechnung der Öffnungsdauer
der Einspritzventile periodische Schwankungen des in dem
Druckspeicher herrschenden Speicherdrucks berücksichtigt
werden, die durch eine Voreinspritzung verursacht werden.
Nicht berücksichtigt werden jedoch Druckschwankungen, die
in Abhängigkeit von in dem Kraftstoffzumesssystem
eingesetzten Pumpen hervorgerufen werden.
Ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art ist ebenfalls aus der DE 195 48 278 A1 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
Speicherdruck wird drehzahlsynchron erfasst. 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.
Die Druckregelung erfolgt in einem festen Zeitraster. Zur
Druckregelung wird der 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.
Deshalb ist es aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung
DE 198 57 971 A1 bekannt, die Öffnungsdauer 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 extrapolierten Druckwert
für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns, zu ermitteln und
diesen extrapolierten Druckwert dann der Berechnung der
Öffnungsdauer der Einspritzventile zu Grunde zu legen.
Insbesondere wird bei dem aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren der Einfluss der Druckregelung in dem
Druckspeicher nicht berücksichtigt. Der Einfluss der
Druckregelung auf den tatsächlichen Speicherdruck (p_r) ist
zur Veranschaulichung in Fig. 4 dargestellt. Der
tatsächliche Speicherdruckverlauf (p_r) schwingt mehr oder
weniger stark um den Solldruck (p_soll), der in Fig. 4 als
konstant angenommen wird. Während der Messung von drei
aufeinander folgenden Druckwerten (drei X auf der Kurve des
Speicherdrucks p_r in Fig. 4) steigt der Speicherdruck
stetig an, bis die Regelung erkennt, dass der Sollwert
(p_soll) überschritten ist, und dagegen regelt. Infolge des
Reglereingriffes ist der dann zum Zeitpunkt des
Einspritzbeginns (t_esb) tatsächlich in dem Druckspeicher
herrschende Speicherdruck (p_real) deutlich kleiner als der
mittels Extrapolation nach dem bekannten Verfahren
ermittelte Druckwert (p_extra). Bei der Berechnung der
Öffnungsdauer wird das Steuergerät fälschlicherweise von
einem zu hohen Speicherdruck ausgehen.
Des weiteren finden die periodischen Druckpulsationen in
dem Druckspeicher bei dem bekannten Verfahren keine
Berücksichtigung. Das Pulsationsmuster (vgl. Fig. 5) ist
abhängig von dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten in
dem eingesetzten Kraftstoffzumesssystem, insbesondere von
der eingesetzten Hochdruckpumpe (HDP). Bei einer Förderung
(F) von Kraftstoff in den Druckspeicher durch die
Hochdruckpumpe steigt der Speicherdruck an. Bei einer
Einspritzung (E) von Kraftstoff in einen der Brennräume der
Brennkraftmaschine sinkt der Speicherdruck. Wenn die
Hochdruckpumpe während der Messung von drei Druckwerten
(drei X auf der Kurve des Speicherdruckverlaufs (p_r) in
Fig. 4) fördert, d. h. der Speicherdruck (p_r) ansteigt,
ist der dann zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns (t_esb)
tatsächlich in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck
(p_real) deutlich kleiner als der mittels Extrapolation
nach dem bekannten Verfahren ermittelte Druckwert
(p_extra). Auch in diesem Fall wird das Steuergerät bei der
Berechnung der Öffnungsdauer fälschlicherweise von einem zu
hohen Speicherdruck ausgehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einer Brennkraftmaschine Fehler der in die Brennräume
eingespritzten Kraftstoffmasse zu reduzieren, um dadurch
den Kraftstoffverbrauch, das Emissionsverhalten und die
Geräuschentwicklung 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 der Speicherdruck in
Abhängigkeit davon korrigiert wird, ob die Einspritzung des
Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung im
Anschluß an eine Förderung der mindestens einen Pumpe, als
zweite und jede weitere Einspritzung im Anschluß an eine
Förderung der mindestens einen Pumpe oder als Einspritzung
während einer Förderung der mindestens einen Pumpe erfolgt.
Die Qualität des Pulsationsmusters ist abhängig von der in
dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine
eingesetzten Pumpen (üblicherweise eine Hochdruckpumpe
(HDP)), durch die Kraftstoff aus einem Niederdruckkreis mit
einem hohen Druck in den Druckspeicher gefördert wird. Es
sind insbesondere 1-Zylinder-HDP und 3-Zylinder-HDP
bekannt, wobei die Position und Ausrichtung der einzelnen
Zylinder bei den 3-Zyl.-HDP unterschiedlich sein kann. Des
weiteren ist die Qualität abhängig von der Anzahl der Hübe
der HDP pro Nockenwellenumdrehung (je mehr Hübe, desto
öfter fördert die HDP). Schließlich ist die Qualität
abhängig von der Anzahl der Einspritzventile bzw. der
Zylinder der Brennkraftmaschine (je mehr Einspritzventile,
desto öfter wird eingespritzt).
Die Quantität des Pulsationsmusters ist abhängig von dem
Volumen des Druckspeichers, einschließlich aller Zu- und
Ableitungen, die unter Hochdruck stehen. Des weiteren ist
die Quantität abhängig von der Masse des in den Brennraum
eingespritzten Kraftstoffs. Eine 1-Zyl.-HDP weist
üblicherweise ein Mengensteuerventil (MSV) auf, um die von
der HDP geförderte Kraftstoffmenge und damit den
Speicherdruck zu regulieren. Bei einer 3-Zyl.-HDP ist
dagegen in dem Druckspeicher ein Drucksteuerventil (DSV)
angeordnet, über das zum Druckabbau in dem Druckspeicher
Kraftstoff aus dem Druckspeicher zurück in den
Kraftstoffvorratsbehälter fließen kann. Die Quantität des
Pulsationsmusters hängt schließlich auch von dem
Volumenstrom durch das DSV ab.
Das Pulsationsmuster für das jeweilige
Kraftstoffzumesssystem ist üblicherweise bekannt. Falls es
nicht bekannt ist, kann es auf einfache Weise durch Messung
des Speicherdruckverlaufs während des Betriebs der
Brennkraftmaschine aufgenommen werden. Mit Hilfe der
Pulsationsmuster kann der tatsächliche in dem Druckspeicher
herrschende Speicherdruck zum Zeitpunkt der Einspritzung,
vorzugsweise zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns, besonders
genau angenähert werden. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren kann die Öffnungsdauer der Einspritzventile
besonders genau berechnet werden, was wiederum zu einer
deutlichen Verbesserung das Emissionsverhaltens, der
Geräuschentwicklung und des Kraftstoffverbrauchs der
Brennkraftmaschine führt.
Um den gemessenen Speicherdruck unter Berücksichtigung des
Pulsationsmusters korrigieren zu können, ist es wichtig zu
wissen, wann genau die Einspritzung erfolgen soll. Deshalb
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der gemessene
Speicherdruck in Abhängigkeit davon korrigiert wird, ob die
Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum als erste
Einspritzung im Anschluß an eine Förderung der mindestens
einen Pumpe, als zweite und jede weitere Einspritzung im
Anschluß an eine Förderung der mindestens einen Pumpe oder
als Einspritzung während einer Förderung der mindestens
einen Pumpe erfolgt. Die mindestens eine Pumpe ist
vorzugsweise als eine Hochdruckpumpe (HDP) des
Kraftstoffzumesssystems ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Speicherdruck vor
der Einspritzung gemessen wird und der gemessene
Speicherdruck unter Berücksichtigung des Pulsationsmusters
des Speicherdrucks korrigiert wird. Der gemessene
Speicherdruck entspricht in etwa dem in dem Druckspeicher
herrschenden mittleren Speicherdruck.
Falls die Einspritzung des Kraftstoffs in den
Brennraum die erste Einspritzung nach einer Förderung der
mindestens einen Pumpe ist, wird
- - aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher enthaltene Kraftstoffmasse m_r ermittelt, wobei
ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs,
ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs,
V_r das Volumen des Druckspeichers und
p_0 der Umgebungsdruck ist; - - ein oberer Wert des Speicherdrucks anhand der
Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt, wobei
m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraft stoffmasse ist; und - - anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks ermittelt.
Falls die Einspritzung des Kraftstoffs in den
Brennraum die zweite oder jede weitere Einspritzung nach
einer Förderung der mindestens einen Pumpe ist, wird
- - aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher enthaltene Kraftstoffmasse
m_r ermittelt, wobei
ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs,
ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs,
V_r das Volumen des Druckspeichers und
p_0 der Umgebungsdruck ist; - - ein unterer Wert des Speicherdrucks anhand der
Kompressionsgleichung
für m = m_r - m_Es ermittelt, wobei
m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraft stoffmasse ist; und - - anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks ermittelt.
Falls schließlich die Einspritzung des Kraftstoffs in
den Brennraum während einer Förderung der mindestens ei
nen Pumpe erfolgt, wird
- - aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher enthaltene Kraftstoffmasse m_r ermittelt, wobei
ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs,
ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs,
V_r das Volumen des Druckspeichers und
p_0 der Umgebungsdruck ist; - - ein oberer Wert des Speicherdrucks anhand der
Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt, wobei
m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraft stoffmasse ist; und - - anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks ermittelt.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Steuerele
ments, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftma
schine, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein
Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbe
sondere auf einem Mikroprozessor, des Steuergeräts ablauf
fähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah
rens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung
durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Pro
gramm realisiert, so dass dieses mit dem Programm verse
hene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt
wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm ge
eignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektri
sches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein
Read-Only-Memory (ROM) oder ein Flash-Memory.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorlie
genden Erfindung wird ausgehend von der Brennkraftma
schine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das
Steuergerät die Öffnungsdauer unter Berücksichtigung eines
für das Kraftstoffzumesssystem typischen periodischen Pul
sationsmusters des Speicherdrucks berechnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vor
liegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Druck
speicher als ein Hochdruckspeicher eines Common-
Rail(CR)-Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil
als ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist. Insbeson
dere bei Brennkraftmaschinen mit einem CR-Einspritzsy
stem ist es vorteilhaft, die Öffnungsdauer der Hochdruck
einspritzventile bei dynamischen Druckschwankungen des
Speicherdrucks anhand von korrigierten Druckwerten zu be
rechnen, die den Speicherdruck während der Einspritzung
charakterisieren. Die mindestens eine Pumpe des Kraftstoff
zumesssystems umfaßt vorzugsweise eine 1-Zylinder-
Hochdruckpumpe (HDP).
Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend von dem
Steuergerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass
das Steuergerät die Öffnungsdauer unter Berücksichtigung
eines für das Kraftstoffzumesssystem typischen peri
odischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks berechnet.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen
den Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfin
dung, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Dabei bilden
alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich
oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfin
dung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Pa
tentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhän
gig von Ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Be
schreibung bzw. in den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftstoffzumesssystem einer erfin
dungsgemäßen Brennkraftmaschine;
Fig. 2 beispielhafte Verläufe des Speicherdrucks in
einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems gemäß
Fig. 1 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemä
ßen Verfahrens;
Fig. 4 einen beispielhaften Verlauf des Speicher
drucks in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssy
stems gemäß Fig. 1 zur Erläuterung eines aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahrens; und
Fig. 5 einen weiteren beispielhaften Verlauf des
Speicherdrucks in einem Druckspeicher des Kraftstoffzu
messsystems gemäß Fig. 1 zur Erläuterung des bekannten
Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Kraftstoffzumesssystem einer er
findungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Hochdruckein
spritzung in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 be
zeichnet. Das Kraftstoffzumesssystem 1 wird üblicherweise
als Common-Rail (CR)-Kraftstoffeinspritzsystem bezeich
net.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Kraftstoffvorrats
behälter bezeichnet, der mit einer Vorförderpumpe 3 in Ver
bindung steht. Von der Vorförderpumpe 3 gelangt der Kraft
stoff über eine Leitung 4 zu einem Zumessventil 5. Die Lei
tung 4 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 6 mit
dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung. Das Zu
messventil 5 steht über eine Hochdruckpumpe 7 mit einem
Hochdruckspeicher 8 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe
7 ist als eine 1-Zylinder-Pumpe ausgebildet. Die nachfol
genden Ausführungen können jedoch ohne weiteres auch
auf 3-Zylinder-Pumpen oder andere Hochdruckpumpen
übertragen werden. Der Hochdruckspeicher 8 ist als eine
Hochdruckspeicherleitung (Rail) ausgebildet. Der Hoch
druckspeicher 8 steht über Kraftstoffleitungen 9 mit Hoch
druckeinspritzventilen 10 (sog. Injektoren) in Verbindung.
Der Hochdruckspeicher 8 steht über ein Druckbegrenzungs
ventil 11 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung.
Das Zumessventil 5 ist mittels einer Spule 12 ansteuerbar.
Der Bereich des Kraftstoffzumesssystems 1 zwi
schen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 7 und dem Ein
gang des Druckbegrenzungsventils 11 wird als Hochdruck
bereich bezeichnet. Der Druck in dem Hochdruckbereich
wird mittels eines Sensors 13 erfasst. Der Bereich des Kraft
stoffzumesssystems 1 zwischen dem Kraftstoffvorratsbehäl
ter 2 und der Hochdruckpumpe 7 wird als Niederdruckbe
reich bezeichnet.
Mit 14 ist ein Steuergerät der Brennkraftmaschine
bezeichnet, das auch das Kraftstoffzumesssystem 1 steuert.
Das Steuergerät 14 beaufschlagt die Hochdruckeinspritz
ventile 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 Drehzahlsen
sors, ausgewertet.
Das Kraftstoffzumesssystem 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 Vorförder pumpe 3 und dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 frei.
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 Vorförder pumpe 3 und dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 frei.
Die Hochdruckpumpe 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 Kraft
stoffzumesssystem für eine fremdgezündete Brennkraftma
schine 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 unter
schiedliche Fördermengen der Hochdruckpumpe 7 zur Ver
fügung.
Zur Regelung des Speicherdrucks p_r in dem
Hochdruckbereich können auch weitere Stellglieder einge
setzt werden. Dies sind alternativ zu dem Zumessventil 5
eine in der Fördermenge verstellbare elektrische Vorförder
pumpe oder ein Druckbegrenzungsventil, das ebenfalls mit
tels einer Spule ansteuerbar ist.
Die Ansteuersignale A für die Hochdruckeinspritz
ventile 10 sind abhängig von dem Speicherdruck p_r und
von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Die einzusprit
zende Kraftstoffmenge wird über die Öffnungsdauer t_i der
Hochdruckeinspritzventile 10 eingestellt. Da der Durchfluss
durch die geöffneten Einspritzventile 10 von dem Speicher
druck p_r in dem Hochdruckspeicher 8 abhängt, muss dieser
in die Berechnung der Öffnungsdauer t_i mit einfließen. Die
Berechnung der Ansteuersignale A erfolgt drehzahlabhän
gig mit variablem Zeitabstand. Der zeitliche Abstand zwi
schen den einzelnen Berechnungen hängt von der Drehzahl
n der Brennkraftmaschine ab. Die Berechnung des Ansteu
ersignals für das Zumessventil 5 erfolgt in einem, festen
Zeittakt.
Nach dem Stand der Technik wird die Öffnungs
dauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10, d. h. das An
steuersignal A, unmittelbar aus gemessenen Druckwerten
p_r berechnet. Da die Einspritzung theoretisch schon zu re
lativ frühen Zeitpunkten (bspw. bei 240° vor dem oberen
Totpunkt (OT) der Zündphase) erfolgen kann, muss die für
eine Einspritzung berechnete Öffnungsdauer t_i der Hoch
druckeinspritzventile 10 bereits zu diesem frühen Zeitpunkt
zur Verfügung stehen. Das hat jedoch zur Folge, dass bei ei
ner relativ späten Einspritzung (bspw. bei 340° vor Zünd-
OT) die berechnete Öffnungsdauer t_i für die Hochdruck
einspritzventile 10 auf der Grundlage relativ alter gemesse
ner Druckwerte p_r erfolgte.
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 korrigierten Druckwertes p_r_korr zu be
rechnen. Der korrigierte Druckwert p_r_korr gibt den zum
Zeitpunkt der Einspritzung in dem Hochdruckspeicher 8 tat
sächlich herrschenden Speicherdruck p_r sehr genau wieder.
Die Korrektur des Speicherdrucks p_r erfolgt unter Berück
sichtigung eines Pulsationsmusters des Speicherdrucks p_r.
Das Pulsationsmuster (vgl. Fig. 2) ist abhängig von dem Zu
sammenspiel der einzelnen Komponenten in dem eingesetz
ten Kraftstoffzumesssystem, insbesondere von der einge
setzten Hochdruckpumpe 7. Bei einer Förderung F von
Kraftstoff in den Druckspeicher 8 durch die Hochdruck
pumpe 7 steigt der Speicherdruck p_r an. Bei einer Einsprit
zung E von Kraftstoff in einen der Brennräume der Brenn
kraftmaschine sinkt der Speicherdruck p_r.
Ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Ver
fahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Das Verfahren beginnt in ei
nem Funktionsblock 30. In einem nachfolgenden Funktions
block 31 wird aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher 8 enthaltene Kraftstoffmasse m_r
ermittelt wird, wobei ε_Kr das Kompressionsmodul des ein
zuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs,
V_r das Volumen des Druckspeichers 8 und p_0 der Umge
bungsdruck ist und p_r der gemessene mittlere Speicher
druck.
Anschließend wird in einem Abfrageblock 32 fest
gestellt, ob die unmittelbar bevorstehende Einspritzung E
von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine
die erste Einspritzung E nach einer Förderung F der Hoch
druckpumpe 7 ist, genauer gesagt, ob der Einspritzbeginn
(ESB) der bevorstehenden Einspritzung E die erste Einsprit
zung E nach der Förderung F ist. Diese Einspritzung E ist in
Fig. 2a zur Kennzeichnung mit einem Kreis umgegeben.
Falls die bevorstehende Einspritzung E die erste Einsprit
zung E nach einer Förderung F ist, wird in einem Funktions
block 33 ein oberer Wert des Speicherdrucks p_hoch anhand
der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt, wobei m_Es die in den
Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist. Des weite
ren wird in einem nachfolgenden Funktionsblock 34 anhand
der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks p_r_korr ermittelt.
Falls die bevorstehende Einspritzung E nicht die
erste Einspritzung E nach einer Förderung F ist, wird in ei
nem Abfrageblock 35 überprüft, ob die unmittelbar bevor
stehende Einspritzung E des Kraftstoffs in den Brennraum
die zweite oder jede weitere Einspritzung E nach einer För
derung F der Hochdruckpumpe 7 ist. Diese Einspritzung E
ist in Fig. 2b zur Kennzeichnung mit einem Kreis umgege
ben. Falls das Abfragekriterium erfüllt ist, wird in einem
Funktionsblock 36 ein unterer Wert des Speicherdrucks
p_tief anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r - m_ES ermittelt, wobei m_Es die in den
Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist. Anschlie
ßend wird in einem Funktionsblock 37 anhand der Glei
chung
ein korrigierter Wen des Speicherdrucks p_r_korr ermittelt.
Falls die bevorstehende Einspritzung E auch nicht
die zweite oder jede weitere Einspritzung E nach einer Förderung
F ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Ein
spritzung E während einer Förderung F der Hochdruck
pumpe 7 erfolgt. Diese Einspritzung E ist in Fig. 2c zur
Kennzeichnung mit einem Kreis umgegeben. Eine Einsprit
zung E während einer Förderung F führt zu einer Verände
rung des typischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks
p_r. In Fig. 2c ist der aufgrund einer Förderung F hervorge
rufene übliche Verlauf des Pulsationsmuster gestrichelt dar
gestellt. Da jedoch gleichzeitig mit der Förderung F eine
Einspritzung E erfolgt, kann sich der gestrichelt dargestellte
höhere Speicherdruck nicht einstellen. In diesem Fall wird
in einem Funktionsblock 38 ein oberer Wert des Speicher
drucks p_hoch anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_ES ermittelt, wobei m_ES die in den
Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist. Anschlie
ßend wird in einem Funktionsblock 39 anhand der Glei
chung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks p_r_korr ermittelt.
Der korrigierte Druckwert p_r_korr des Speicher
drucks wird dann in Funktionsblock 40 zur Berechnung der
Öffnungsdauer t_i der Einspritzventile 10 herangezogen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Öffnungs
dauer t_i der Einspritzventile 10 besonders genau berechnet
werden, was wiederum zu einer deutlichen Verbesserung
das Emissionsverhaltens, der Geräuschentwicklung und des
Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine führt.
Claims (9)
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) und
unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem
(1) typischen periodischen Pulsationsmusters des
Speicherdrucks (p_r) berechnet wird, dadurch
gekennzeichnet, dass der Speicherdruck (p_r) in
Abhängigkeit davon korrigiert wird, ob die Einspritzung (E)
des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung (E)
im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen
Pumpe (7), als zweite und jede weitere Einspritzung (E) im
Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe
(7) oder als Einspritzung (E) während einer Förderung (F)
der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Speicherdruck (p_r) vor der Einspritzung (E)
gemessen wird und der gemessene Speicherdruck (p_r) unter
Berücksichtigung des Pulsationsmusters des Speicherdrucks
(p_r) korrigiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass falls die Einspritzung (E) des
Kraftstoffs in den Brennraum die erste Einspritzung (E)
nach einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7)
ist,
aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ∈_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
ein oberer Wert des Speicherdrucks (p_hoch) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt wird, wobei m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.
aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ∈_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
ein oberer Wert des Speicherdrucks (p_hoch) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt wird, wobei m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass falls die Einspritzung (E) des
Kraftstoffs in den Brennraum die zweite oder jede weitere
Einspritzung (E) nach einer Förderung (F) der mindestens
einen Pumpe (7) ist,
aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ∈_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
ein unterer Wert des Speicherdrucks (p_tief) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r - m_Es ermittelt wird, wobei m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.
aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ∈_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
ein unterer Wert des Speicherdrucks (p_tief) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r - m_Es ermittelt wird, wobei m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Artsprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass falls die Einspritzung (E) des
Kraftstoffs in den Brennraum während einer Förderung (F)
der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt,
aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ∈_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
ein oberer Wert des Speicherdrucks (p_hoch) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt wird, wobei m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.
aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ∈_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
ein oberer Wert des Speicherdrucks (p_hoch) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_Es ermittelt wird, wobei m_Es die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.
6. 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), wobei das Steuergerät (14) die Öffnungsdauer (t_i) unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r) berechnet,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) den Speicherdruck (p_r) in Abhängigkeit davon korrigiert, ob die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7), als zweite und jede weitere Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) oder als Einspritzung (E) während einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt.
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), wobei das Steuergerät (14) die Öffnungsdauer (t_i) unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r) berechnet,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) den Speicherdruck (p_r) in Abhängigkeit davon korrigiert, ob die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7), als zweite und jede weitere Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) oder als Einspritzung (E) während einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (8) als ein
Hochdruckspeicher eines Common-Rail (CR)-
Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil (10) als
ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpe (3, 7) eine
1-Zylinder-Hochdruckpumpe (HDP) umfasst.
9. 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) und unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r),
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) den Speicherdruck (p_r) in Abhängigkeit davon korrigiert, ob die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7), als zweite und jede weitere Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) oder als Einspritzung (E) während einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt.
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) und unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r),
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) den Speicherdruck (p_r) in Abhängigkeit davon korrigiert, ob die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7), als zweite und jede weitere Einspritzung (E) im Anschluß an eine Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) oder als Einspritzung (E) während einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt.
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