DE10148346A1 - Verfahren, Vorrichtung und Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine (10) wird mit einem Verfahren betrieben, bei dem der Kraftstoff über ein eine Spule (34) aufweisendes Magnetventil (28) zugeführt wird. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils (28) beeinflusst. Bei dem Verfahren wird die Temperatur (evtmod) eines Bereichs (26) des Magnetventils (28) bestimmt und die Ansteuerdauer temperaturabhängig korrigiert. Um die Korrektur noch präziser zu machen, wird bei der Erfindung eine Temperatur (evtmod) des Magnetventils (28) aus mindestens einer üblicherweise gemessenen Temperatur (tans, tmot) ermittelt und die Ansteuerdauer (ti_tvu_w) abhängig von der ermittelten Temperatur (evtmod) so korrigiert (tvsp_w), dass die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften der Magnetspule (34) des Magnetventils (28) berücksichtigt wird. Ferner wird ein Modell vorgeschlagen, bei welchem, ausgehend von einer Betriebstemperatur, mittels zweier Faktoren für das Aufwärmen und das Abkühlen der Temperaturverlauf nach Abstellen des Motors und/oder bei Wiederstart des Motors nachgebildet wird.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff über ein eine Spule aufweisendes Magnetventil zuge­ führt, die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils beeinflusst, die Temperatur eines Bereichs des Magnetventils bestimmt und die Ansteuerdauer temperaturabhängig korrigiert wird.

Ein solches Verfahren ist zum einen aus der DE 196 06 965 be­ kannt. Dort wird davon ausgegangen, dass die Viskosität des Kraftstoffes (dies gilt insbesondere für Dieselkraftstoff) bei gleicher Einspritzzeit die eingespritzte Kraftstoffmenge beein­ flusst. Um dennoch eine möglichst optimale Kraftstoffmenge einspritzen zu können, wird die Temperatur des Kraftstoffes aus der Temperatur eines Bereichs des Magnetventils bestimmt, welche wiederum gleich der Temperatur der Magnetspule des Magnetventils gesetzt wird. Diese wird ermittelt, indem der elektrische Wider­ stand der Spule gemessen wird.

Vom Markt her ist ein anderes Verfahren bekannt. Bei ihm wird aus der Temperatur der Brennkraftmaschine sowie der Temperatur der Ansaugluft, welche der Brennkraftmaschine zugeführt wird, die Temperatur der Luft im Bereich der Abspritzstelle model­ liert. Diese modellierte Temperatur wird zur Bestimmung der Luftfüllung des Brennraums verwendet.

Weiterhin ist ebenfalls vom Markt her bekannt, die Öffnungszeit des Magnetventils durch eine von der Batteriespannung abhängige Ventilverzugszeit zu korrigieren. Auf diese Weise wird berück­ sichtigt, dass die Ventilöffnungszeit von der Batteriespannung abhängt, die z. B. unmittelbar beim Anlassen absinken kann, so dass dann aufgrund einer zu kurzen Öffnungszeit des Ventils nicht genügend Kraftstoff in den Brennraum gelangen würde.

Bei allen eingangs genannte Verfahren wurde jedoch festgestellt, dass es dennoch zu Abweichungen des tatsächlichen Gemisches von einem gewünschten Gemisch kommen kann. Dies wird zwar durch einen Lambdaregler und eine Gemischadaption kompensiert, die das Gemisch sehr rasch wieder auf das gewünschte Verhältnis ein­ stellt. Um jedoch Systemfehler bei der Gemischaufbereitung er­ kennen zu können, arbeitet die Gemischadaption innerhalb eines durch Grenzen festgelegten Toleranzbandes. Wird dieses Band durch eine besonders starke Gemischadaption überschritten, erfolgt eine entsprechende Fehlermeldung. Dabei wurde fest­ gestellt, dass ein über die Grenzen starker Eingriff der Ge­ mischadaption und die entsprechende Fehlermeldung immer wieder auch bei einem System erfolgte, dessen Komponenten offenkundig fehlerfrei waren.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass unnötige Fehlermeldungen, die auf einen Fehler im Gemisch-Aufbereitungs­ system hinweisen sollen, möglichst vermieden werden, wobei das Verfahren möglichst einfach und preisgünstig betreibbar sein soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Temperatur des Magnetventils aus mindestens einer üblicherweise gemessenen Temperatur ermittelt und die Ansteuerdauer abhängig von der ermittelten Temperatur so korrigiert wird, dass die Tempe­ raturabhängigkeit der Eigenschaften der Magnetspule des Magnet­ ventils berücksichtigt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, ei­ ne Vorrichtung und ein Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei ein Temperaturmodell eingesetzt wird, welches die Temperatur des Kraftstoffrails bzw. des oder der Einspritzventile bei einem Neustart der Brennkraft­ maschine abschätzt, und wobei eine Korrektur der Ansteuer­ dauer bei einem Neustart abhängig von dieser abgeschätzten Temperatur erfolgt.

Eine fehlende oder zu ungenaue Ermittlung dieser Temperatur hat ferner erhebliche Nachteile bei Heißstartbedingungen. Unter diesen Bedingungen ist die Vorsteuerung der Lambda-Re­ gelung oftmals zu ungenau, da u. a. die herrschenden Tempera­ turbedingungen nicht exakt vorliegen, so dass das Gemisch zu mager sein kann. Daraus resultieren hohe Stickoxidemissionen und Verbrennungsaussetzer, wenn das Gemisch bis zur Mager­ laufgrenze abmagert. Im Start sind die Lambda-Sonden in der Regel noch nicht betriebsbereit, so dass die Lambda-Regelung diesen Effekt nicht kompensieren kann. Grund für die Ausma­ gerung bei hohen Temperaturen im Kraftstoffverteiler bzw. im Bereich des Kraftstoffeinspritzventiles ist eine Änderung der Kraftstoffdichte bei Erwärmen, eine veränderte Verzugs­ zeit der Einspritzventile in Folge eines höheren Spulen­ innenwiderstandes sowie Dampfblasenbildung.

Die Gemischvorsteuerung kann verbessert werden, wenn die Temperatur des Kraftstoffzuteilers bzw. des Ventils bei der Berechnung der Einspritzzeiten berücksichtigt wird. Ein Sen­ sor zur Temperaturerfassung ist jedoch aufwendig. Es besteht daher Bedarf, Möglichkeiten aufzuzeigen, mit denen die Tem­ peratur am Einspritzventil bzw. im Kraftstoffzuteiler ohne zusätzliche Sensoren, insbesondere bei einem Start des Ver­ brennungsmotors, erfasst werden kann.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsmäßig wurde erkannt, dass immer wieder Eingriffe der Gemischadaption darauf zurück zu führen sind, dass die tat­ sächlichen Öffnungszeiten des Magnetventils nicht den Sollvor­ gaben entsprechen, also nicht die gewünschte Menge an Kraftstoff den Brennräumen zugeführt wird. Als ein wesentlicher Grund für diese Abweichungen wurde ferner die Tatsache identifiziert, dass die Öffnungszeit des Magnetventils erheblich von seiner Tempe­ ratur abhängig ist. Dies ist wiederum darauf zurückzuführen, dass die Magnetspule des Magnetventils, konstante Batterie­ spannung vorausgesetzt, bei höherer Temperatur eine schlechtere Leistung bietet als bei niedrigerer Temperatur.

Bei hoher Temperatur benötigt das Magnetventil daher mehr Zeit zum Öffnen (dieser Effekt ist also im Hinblick auf die einge­ spritzte Kraftstoffmenge der temperaturabhängigen Viskosität des Kraftstoffs und der entsprechenden Korrektur beim Stand der Technik genau entgegengesetzt). Somit wird bei hoher Temperatur des Magnetventils somit tatsächlich weniger Kraftstoff einge­ spritzt als erforderlich, das Gemisch wird also zu mager, was einen entsprechenden Eingriff der Gemischadaption provoziert. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Tem­ peratur im Motorraum eine Kraftfahrzeugs bei geschlossener Motorhaube und stehendem Fahrzeug (ggf. Leerlauf) leicht bis zu 90°C erreichen kann. Bei einem anschließenden Absinken der Tem­ peratur des Magnetventils wird zuviel Kraftstoff eingespritzt, was ebenfalls die Gemischadaption tätig werden lässt.

Dieser Effekt ist bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen (bei denen die Ansaugluft also vorverdichtet wird) besonders deut­ lich: Wegen der dort vorhandenen großen Füllungsunterschiede zwischen Leerlauf und Volllast müssen Einspritzventile mit einem großen Einspritzzeitverhältnis und absolut gesehen sehr kurzer minimaler Einspritzzeit verwendet werden. Gerade bei sehr kurzen Einspritzzeiten, also z. B. im Leerlauf, macht sich die besagte Temperaturdrift jedoch besonders stark bemerkbar.

Kommt es nun zu einer solchen Temperaturdrift und einem ent­ sprechenden Tätigwerden der Gemischadaption, dann wird hierdurch bereits ein Teil des durch die Grenzen festgelegten Toleranz­ bandes der Überwachung der Gemischadaption. "aufgebraucht". Treten nun weitere gemischrelevante Störungen auf, die einen Eingriff der Gemischadaption erfordern, der für sich noch innerhalb der erlaubten Toleranzen liegen würde, dann können in der Summe die Grenzen überschritten werden. So wird trotz eines an sich innerhalb der festgelegten Toleranzen befindlichen Gemischaufbereitungssystems eine Fehlermeldung erzeugt.

Wenn jedoch, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Temperaturabhängigkeit der Öffnungseigenschaften des Magnet­ ventils von vornherein bei der Bestimmung der Ventilöffnungs­ zeiten berücksichtigt wird, dann hat die Temperatur des Magnet­ ventils überhaupt keine oder nur noch eine geringe Auswirkung auf das tatsächliche Gemisch. In diesem Fall muss die Gemisch­ adaption keine oder nur noch geringe durch die Temperaturab­ hängigkeit des Magnetventils verursachte Eingriffe durchführen, so dass das Toleranzband der Überwachung der Gemischadaption wieder weitgehend für Gemischabweichungen zur Verfügung steht, die andere, vorzugsweise systemrelevante, Ursachen haben. Letzt­ lich können so also Fehlmeldungen von Systemfehlern deutlich verringert oder sogar ganz vermieden werden.

Dabei arbeitet das Verfahren sehr einfach und preisgünstig, da für die Bestimmung der Temperatur des Magnetventils eine üblicherweise sowieso gemessene Temperatur verwendet wird, also keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind. Das Verfahren kann also ausschließlich softwaremäßig implementiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass aus der bestimmten Temperatur die Temperatur der Spule des Magnetventils modelliert und die Ansteuerdauer abhängig von der Spulentempera­ tur korrigiert wird.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die ermittelte Temperatur des Magnetventils keineswegs der Temperatur der Spule des Magnetventils entsprechen muss. So stellt sich beispielsweise die eine relativ geringe Masse aufweisende Düse des Einspritz­ ventils relativ schnell auf eine Temperatur ein, welche sich aus einer konvektiven Wärmeübertragung aus der an der Düse vorbei­ streichenden Ansaugluft und einem Wärmeleitungsanteil vom Motor­ block bzw. vom Zylinderkopf her zusammensetzt. Die Magnetspule des Magnetventils jedoch stellt sich auf eine Temperatur ein, welche fast ausschließlich durch Wärmeleitung, z. B. über einen Ventilsitz, eine Ventilnadel, eine Lagerung usw., erfolgt.

Vor allem bei dynamischen Vorgängen wird die Temperatur der Spule des Magnetventils sich von der Temperatur anderer Bereiche des Magnetventils unterscheiden. Als Beispiel sei eine Situation angeführt, in der ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brenn­ kraftmaschine nach einer Vollgasfahrt längere Zeit im Leerlauf betrieben wird. Durch den heißen Motor wird das Ansaugrohr aufgeheizt, was zu einer raschen Temperaturerhöhung der Ansaug­ luft auf bis zu 90°C führen kann. Die Düse bzw. die Düsenspitze des Magnetventils wird sich relativ rasch auf eine neue, höhere Temperatur einstellen, wohingegen die Spule des Magnetventils nur langsam eine höhere Temperatur aufweisen wird.

Diesem Effekt wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme begegnet:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht nur die Tempera­ tur des Magnetventils insgesamt, sondern die Temperatur der Spule modelliert. Die auf der Basis der Temperatur der Spule erfolgende Korrektur der Ansteuerdauer ist somit wesentlich präziser und führt auch bei schnellen Änderungen zu einer opti­ maleren und angepassten Einspritzdauer.

Zur Bestimmung der Temperatur des Magnetventils werden vorzugs­ weise die Temperatur der Ansaugluft und/oder die Temperatur der Brennkraftmaschine, hier insbesondere die Temperatur des Zylin­ derkopfs oder des Ansaugrohrs, bzw. die Temperatur von Kühlwas­ ser oder Kühlluft, verwendet. Bei diesen beiden Temperaturwerten handelt es sich um im Allgemeinen sowieso ermittelte Tempera­ turen. Diese Signale liegen also ohne zusätzlichen Aufwand vor.

Möglich ist auch, dass die Temperatur der Brennkraftmaschine und die der Ansaugluft gewichtet verwendet werden. Je nach Einbau­ situation des Magnetventils, verwendetem Werkstoff, Entfernung des Temperatursensors vom Magnetventil usw. kann der Einfluss einerseits der Temperatur der Brennkraftmaschine und anderer­ seits der Temperatur der Ansaugluft auf die Temperatur des Magnetventils bzw. der Spule des Magnetventils unterschiedlich sein. Ist das Magnetventil aufgrund von Zwischenelementen z. B. thermisch gegenüber dem Zylinderkopf oder dem Ansaugrohr iso­ liert, wird der Einfluss der Temperatur der Ansaugluft über­ wiegen. Dem wird durch die angegebene Weiterbildung Rechnung getragen.

Bei höherem Durchsatz, also z. B. bei hoher Drehzahl oder niedri­ ger Drehzahl und großer Last, ist die Geschwindigkeit, mit der die Ansaugluft an der Düse des Magnetventils vorbeistreicht, größer. In diesem Fall ist auch die Wärmeübertragung von der Ansaugluft auf die Düse des Magnetventils stärker, so dass in solchen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die Temperatur der Ansaugluft einen größeren Einfluss auf die Temperatur der Düse des Magnetventils hat. Dies kann dadurch berücksichtigt werden, dass die Wichtung abhängig von der Drehzahl und/oder abhängig von der Last ist, derart, dass bei hoher Drehzahl und/oder Last die Temperatur der Ansaugluft stärker gewichtet wird.

Ein einfaches Modell, mit dem aus der Temperatur des Magnetven­ tils die Temperatur der Spule bestimmt werden kann, umfasst ein Tiefpassfilter.

Aus der ermittelten Spulentemperatur kann auf einfache Weise eine zusätzliche Ventilverzugszeit ermittelt werden. Diese kann bei einer bestimmten Standardtemperatur, die vorzugsweise eine üblicherweise im Betrieb auftretende Minimaltemperatur der Spule darstellt, gleich Null sein. Bei einer höheren Temperatur als der Standardtemperatur wird eine Ventilverzugszeit ermittelt, die bei der Berechnung des Öffnungszeitpunkts des Magnetventils berücksichtigt wird.

Die Öffnungszeit des Magnetventils hängt nicht nur von der Temperatur der Spule, sondern auch von der anliegenden Batterie­ spannung ab. Die Ventilverzugszeit ist daher besonders präzise, wenn die zusätzliche Ventilverzugszeit zu einer batteriespan­ nungsabhängigen Ventilverzugszeit addiert wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.

Die Erfindung betrifft schließlich noch eine Brennkraftmaschine mit einem eine Spule aufweisenden Magnetventil, welches Kraft­ stoff zuführt, mit Mitteln zur Bestimmung der Temperatur eines Bereichs des Magnetventils, mit einem Steuer- und Regelgerät, welches ausgangsseitig mit dem Magnetventil verbunden ist, die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils beeinflusst und die Ansteuerdauer temperatur­ abhängig korrigiert.

Um diese temperaturabhängige Korrektur noch präziser zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass durch das Steuer- und Regelgerät aus mindestens einer üblicherweise gemessenen Tem­ peratur eine Temperatur des Magnetventils ermittelt wird, und dass das Steuer- und Regelgerät die Ansteuerdauer abhängig von der ermittelten Temperatur so korrigiert, dass die Tempera­ turabhängigkeit der Eigenschaften der Magnetspule des Magnetven­ tils berücksichtigt wird.

In besonders vorteilhafter Weise wird ferner ein Modell zur Modellierung des zeitlichen Verhaltens der Kraftstoffrail- bzw. der Einspritzventiltemperatur angegeben, durch welches die Temperatur bei einem erneuten Start des Motors nach Ab­ stellen genau und einfach ermittelt werden kann. Durch das Modell werden verschiedene Anforderungen erfüllt. Das Modell ermittelt Temperaturwerte in einem Temperaturbereich größer 65°C bereit, der für einen Heissstart relevant ist. Es hat sich gezeigt, dass Ausmagerungseffekte wie oben beschrieben erst in diesem Temperaturbereich auftreten. Dadurch erlaubt das Modell eine sichere Erkennung von Heißstartbedingungen, da die genannten Temperaturen nur während der Heißabstell­ phase erreicht werden. Ferner wird durch das Modell sicher­ gestellt, dass im normalen Fahrbetrieb die Modelltemperatur nicht fälschlicherweise über diesen Schwellenwert ansteigt. Ergebnis ist somit ein Temperaturmodell, welches genau und zuverlässig bei einfacher Applizierbarkeit die Temperatur des Rails bzw. der Ventile modelliert.

Durch die modellierte Temperatur wird in vorteilhafter Weise bei einem Start der Brennkraftmaschine die Berechnung der Einspritzmengen korrigiert. Dadurch wird der Ausmagerungsef­ fekt auch beim Start nach unterschiedlichen Betriebsabläu­ fen, z. B. nach langer Leerlaufphase, bei sofortigem Anfah­ ren, etc. wirksam kompensiert.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Fig. 1; und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Temperatur einer Düse eines Magnetventils der Brennkraftmaschine von Fig. 1 und einer Spule dieses Magnetventils über der Zeit dar­ gestellt sind;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem der zeitliche Verlauf ver­ schiedener Temperaturen nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine dargestellt sind;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem der Verlauf von Wichtungs­ faktoren WF des verwendeten Temperaturmodells über der Zeit dargestellt sind;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, welches ein Programm zur Modellierung der Einspritzventil- bzw. Railtem­ peratur und die Korrektur der Einspritzzeit re­ präsentiert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugs­ zeichen 10. Sie umfasst einen Brennraum 12, dem ein Luft- Kraftstoffgemisch über ein Ansaugrohr 14 zugeführt wird. Die Abgase werden über ein Abgasrohr 16 aus dem Brennraum 12 abge­ leitet.

Im Abgasrohr 16 ist eine Turbine 18 angeordnet, die von dem im Abgasrohr 16 transportierten Abgas angetrieben wird. Die Turbine 18 ist über eine Welle mit einem Verdichter 20 verbunden, der im Ansaugrohr 14 angeordnet ist. Wenn eine bestimmte Last gefordert wird, wird durch den Verdichter 20 die Luft im Ansaugrohr 14 vorverdichtet.

Zwischen Verdichter 20 und Brennraum 12 ist eine Drosselklappe 22 im Ansaugrohr 14 vorgesehen, die von einem Stellmotor 24 bewegt wird. Zwischen Drosselklappe 22 und Brennraum 12 ist wiederum im Ansaugrohr 14 eine Düse 26 eines Magnetventils 28 eingesetzt. Das Magnetventil 28 umfasst einen Ventilkörper 30, der mit einem Anker 32 verbunden ist. Der Anker 32 wiederum wird von einer Spule 34 beaufschlagt und ist gegenüber dieser durch eine Feder 36 verspannt. Das Magnetventil 28 ist an eine Kraft­ stoffversorgung 38 angeschlossen.

Die Temperatur der Ansaugluft zwischen Verdichter 20 und Drosselklappe 22 wird von einem Ansaugluft-Temperatursensor 40 abgegriffen, der ein entsprechendes Signal an ein Steuer- und Regelgerät 42 abgibt. Der Brennraum 12 wird u. a. durch einen Zylinderkopf 44 begrenzt, dessen Temperatur von einem Zylinderkopf-Temperatursensor 46 erfasst wird, welcher ein entsprechendes Signal an das Steuer- und Regelgerät 42 abgibt. Das Magnetventil 28 ist am Zylinderkopf 44 befestigt. Alternativ könnte im übrigen auch beispielsweise die Temperatur des Kühlwassers erfasst werden. Außerdem könnte das Einspritzventil auch am Ansaugrohr 14 befestigt sein.

Die Brennkraftmaschine 10 wird folgendermaßen betrieben (vgl. auch Fig. 2 und 3):
Im Betrieb wird dem Brennraum 12 über das Ansaugrohr 14 Verbrennungsluft zugeführt. Die Verbrennungsluft wird dabei in bestimmten Betriebszuständen, z. B. bei hoher Last, durch den Verdichter 20 vorverdichtet. In den Strom an Verbrennungsluft wird durch die Düse 26 Kraftstoff eingespritzt, so dass in den Brennraum 12 ein Kraftstoff-Luftgemisch gelangt, welches dort gezündet werden kann. Die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes wird von dem Steuer- und Regelgerät 42 abhängig von einer Luftmasse bestimmt, die z. B. von einem in der Figur nicht dargestellten Luftmassensensor erfasst wird.

Wird ein hohes Drehmoment gefordert, wird das Magnetventil 28 von dem Steuer- und Regelgerät 42 so angesteuert, dass es über einen längeren Zeitraum geöffnet ist. Im Leerlauf dagegen wird das Magnetventil 28 so angesteuert, dass es nur sehr kurz geöffnet ist. Die Bandbreite der Öffnungszeiten des Magnetventils 28 ist bei der Brennkraftmaschine 10, welche einen Verdichter 20 aufweist, besonders groß, da aufgrund des Vorhandenseins des Verdichters 20 die Füllung des Brennraums mit Luft sehr unterschiedlich sein kann.

Insbesondere bei aufgeladenen Motoren, also auch bei der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigten Brennkraftmaschine 10 mit Turbolader, sind daher die Einspritzzeiten im Leerlauf besonders kurz. Ungenauigkeiten bei der Bemessung der Einspritzzeit machen sich daher in diesen Fällen besonders stark bemerkbar. Eine solche fehlerhafte Bemessung der Einspritzzeit kann z. B. durch die Temperaturabhängigkeit der Stellkraft der Spule 34 des Magnetventils 28 hervorgerufen werden:
Bei hohen Temperaturen der Spule 34 ist die Stellkraft, konstante Batteriespannung vorausgesetzt, welche durch die Spule 34 erzeugt werden kann, kleiner als bei einer niedrigeren Temperatur der Spule 34. Dies hat zur Folge, dass dann, wenn das Steuer- und Regelgerät 42 die Spule 34 bei hoher Temperatur aktiviert, der Anker 32 mit geringerer Kraft angezogen wird, so dass sich der Ventilkörper 30 langsamer vom Ventilsitz (nicht dargestellt) löst, das Magnetventil 28 also insgesamt langsamer öffnet. Somit gelangt innerhalb einer vom Steuer- und Regelgerät 42 vorgegebenen Öffnungszeit des Magnetventils 28 insgesamt weniger Kraftstoff in das Ansaugrohr 14, wodurch die Brennkraftmaschine 10 mit einem zu mageren Gemisch betrieben wird. Ist die Temperatur der Spule 34 bekannt, kann dem langsameren Öffnungsverhalten entweder durch ein früheres Öffnen oder ein späteres Schließen des Ventils begegnet werden. Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine 10 erfolgt dies folgendermaßen (vgl. Fig. 2):
Die vom Ansaugluft-Temperatursensor 40 gemessene Temperatur tans der Ansaugluft (Block 48)und die vom Zylinderkopf- Temperatursensor 46 gemessene Temperatur tmot des Zylinderkopfes 44 (Block 50) werden einem Kennfeld (Block 52) zugeführt. Hierdurch wird die Temperatur evtmod der Düse 26 des Magnetventils 28 ermittelt (Block 53). Gegebenenfalls können die Eingangsgrößen tans (Block 48) und tmot (Block 50) dem Kennfeld (Block 52) gewichtet zugeführt werden, wodurch ihr unterschiedlich starker Einfluss auf die Temperatur evtmod der Düse 26 des Magnetventils 28 berücksichtigt werden kann. Möglich ist auch, die Wichtung drehzahlabhängig zu gestalten.

Die modellierte Temperatur evtmod der Düse 26 des Magnetventils 28 wird nun in einen Filter 54 eingespeist. Dieser ist allerdings nur aktiv, wenn ein Bit B_stend (Block 56) gesetzt ist. Dies wiederum ist dann der Fall, wenn eine bestimmte Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine 10 vorliegt. Bei dem Filter 54 handelt es sich um einen Tiefpassfilter, welcher mit der modellierten Temperatur evtmod der Düse 26 des Magnetventils 28 initialisiert wird.

Durch diese Filterung im Filter 54 erhält man im Block 58 einen Wert evtmodev, welcher der Temperatur der Spule 34 des Magnetventils 28 entspricht. Der Verlauf der Temperatur evtmodev der Spule 34 gegenüber dem Verlauf der Temperatur evtmod der Düse 26 des Magnetventils 28 ist in Fig. 3 aufgetragen:
Hieraus ist ersichtlich, dass eine Erhöhung der Temperatur evtmod der Düse 26 des Magnetventils 28, hervorgerufen z. B. durch eine Erwärmung des Motorraums im Leerlauf, nachdem zuvor eine hohe Leistung vom Motor abgegeben worden war, nur eine allmähliche Erwärmung der Spule 34 zur Folge hat, deren Temperaturwert evtmodev also nur langsam und asymptotisch sich dem Wert evtmod annähert. Dies entspricht in guter Näherung dem realen Verlauf der Temperatur der Spule 34 des Magnetventils 28, da sich deren Temperatur im Wesentlichen ausschließlich durch Wärmeleitung von der Düse 26 und andererseits vom Zylinderkopf 44 bzw. dem Ansaugrohr 14 einstellt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der Temperaturwert evtmodev der Spule 34 im Block 60 in eine Kennlinie TVTSPEV eingespeist. Hierdurch erhält man im Block 62 eine Ventilverzugszeit tvsp_w aufgrund der modellierten Temperatur der Spule 34. Diese Ventilverzugszeit tvsp_w wird im Block 64 additiv mit einem Wert tvu_w verknüpft (Block 66). Dieser wird im Block 68 aus einer Kennlinie TVUB gewonnen, in den die Batteriespannung ub (Block 70) eingespeist wird. Schließlich ergibt sich im Block 72 eine Korrektur ti_tvu_w der Einspritzzeit. Durch diesen Korrekturwert wird also einerseits die Abhängigkeit der Öffnungsgeschwindigkeit des Magnetventils 28 von der Batteriespannung ub und andererseits von der Temperatur evtmodev der Spule 34 des Magnetventils 28 berücksichtigt.

Insgesamt ist mit der dargestellten Brennkraftmaschine 10 und dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren eine genauere Zusammenstellung des Kraft-Luftgemisches im Brennraum 12 möglich, ohne dass zusätzliche Sensoren erforderlich sind. Dies wiederum bedeutet, dass Eingriffe der Gemischadaption, die durch eine Drift der Temperatur des Magnetventils 28 bzw. von dessen Magnetspule 34 verursacht werden, nicht oder nur in geringem Umfang erforderlich sind. Fehlauslösungen der Überwachung der Gemischadaption werden somit zuverlässig vermieden.

Zwar ist oben eine Brennkraftmaschine mit Turbolader beschrieben worden, das beschriebene Verfahren eignet sich jedoch genauso gut für Brennkraftmaschinen ohne Vorverdichtung. Auch ist das Verfahren für Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung, also ohne Saugrohr-Einspritzung, geeignet.

Zur Bestimmung der Temperatur des Rails bzw. des oder der Einspritzventile (im folgenden nur noch Railtemperatur ge­ nannt) auch nach Abstellen der Brennkraftmaschine wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Temperaturmodell eingesetzt, das im Folgenden näher beschrieben ist. Der oben geschilderte Ausmagerungseffekt wird erst für Rail- bzw. Ventiltemperaturen über ca. 65°C wirksam. Diese hohen Tempe­ raturen treten im Fahrzustand durch den Nachfluss von kaltem Kraftstoff und durch die Lüfterkühlung nicht auf, sondern werden nur während einer sogenannten Heißabstellphase er­ reicht. Daher muss das Modell speziellen Anforderungen genü­ gen, nämlich eine modellierte Railtemperatur für Werte grö­ ßer als 65°C bereitstellen, eine sichere Erkennung von Heiß­ startbedingungen gewährleisten und sicherstellen, dass im Fahrbetrieb die Modelltemperatur nicht fälschlicherweise über den genannten Schwellenwert ansteigt.

In Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, welches das zeitliche Verhalten der Railtemperatur und die daraus abge­ leitet Modellierungsvorschrift erläutert. Dabei sind gestri­ chelt die Motortemperatur tmot über der Zeit sowie die (mo­ dellierte) Railtemperatur T_ev über der Zeit aufgetragen, letztere als T_ev_a, wenn innerhalb der dargestellten Zeit der Motor nicht gestartet wird, und als T_ev_b, wenn der Mo­ tor gestartet wird. Während des normalen Fahrbetriebes liegt die Railtemperatur unter einer bestimmten Temperaturschwelle (in einigen Fällen 65°C). Im Modell wird für diesen Bereich (vor dem Zeitpunkt t0) eine konstante Temperatur T_ev_0 an­ gesetzt. Nach Abstellen des Motors zum Zeitpunkt t0 nähert sich die Railtemperatur langsam der Motortemperatur an. Zu­ nächst steigen beide Temperaturen an, dann nimmt die Motor­ temperatur langsam ab, während sich die Railtemperatur mit der Zeit der Motortemperatur annähert. Dabei wird ein verzö­ gerndes Verhalten im Sinne eines PT1-Verhaltens (Tiefpass- Verhalten) beobachtet. Wird zum Zeitpunkt t1 der Motor ge­ startet, entfernt sich die Railtemperatur T_ev_b wieder von der Motortemperatur und strebt mit schnellerer Zeitkonstante auf die als konstant angenommene Betriebstemperatur T_ev_0. Findet kein Motorstart statt, stimmen Railtemperatur und Mo­ tortemperatur nach einer gewissen Zeit überein (vgl. Verlauf T_ev_a).

Das Temperaturmodell verwendet Wichtungsfaktoren für das Aufwärmen und für das Abkühlen des Rails. Diese Wichtungs­ faktoren sind voneinander unabhängig. In einem Ausführungs­ beispiel hat sich folgende, mathematische Formulierung des Modells als geeignet erwiesen:

T_ev = T_ev_0 + (tmot + T_ev_0).(WF1.WF2)

wobei T_ev die modellierte Temperatur des Rails (der Ein­ spritzventile), T_ev_0 eine als konstant angenommene Be­ triebstemperatur, tmot die Motortemperatur, WF1 der Wich­ tungsfaktor für das Aufwärmen und WF2 der Wichtungsfaktor für das Abkühlen ist.

Die Effekte des Aufwärmens und Abkühlens sind in der Form von zwei voneinander unabhängigen Wichtungsfaktoren WF1 und WF2 separiert. Diese Eigenschaft erleichtert die Applikation des Modells für stark voneinander abweichende Betriebsbedin­ gungen, wie z. B. kurze und lange Abstellzeit. Der Modellan­ satz wird verständlich, wenn man die Wirkungsweise des Pro­ duktes der beiden Wichtungsfaktoren WF = WF1.WF2 betrach­ tet. Der zulässige Wertebereich der Faktoren und damit auch des Produktes liegt im Bereich zwischen Null und Eins. In Abhängigkeit dieses Produktes wird linear zwischen den Tem­ peraturwerten T_ev_0 und tmot übergeblendet.

In Fig. 5 ist schematisch ein Beispiel für die Verläufe der Wichtungsfaktoren für eine reale Applikation dargestellt. Dabei ist die anhand Fig. 4 dargestellte Situation zugrunde gelegt. Zum Abstellzeitpunkt des Motors im Zeitpunkt t0 wird der Aufwärmwichtungsfaktor WF1 mit dem Wert Null, der Wich­ tungsfaktor WF2 mit dem Wert Eins initialisiert. Das Produkt der Wichtungsfaktoren ist zu diesem Zeitpunkt Null, so dass sich als Railtemperatur die Betriebstemperatur T_ev_0 er­ gibt. Danach wird der Aufwärmfaktor WF1 nach Maßgabe einer Zeitfunktion langsam auf den Endwert Eins mit der Zeit auf­ gesteuert, während der Faktor WF2 bis zum erneuten Start des Motors zum Zeitpunkt t1 auf dem Initialisierungswert Eins festgehalten wird. Wird der Motor nicht gestartet, so strebt die Temperatur der Einspritzventile entsprechend dem Faktor WF1 der Motortemperatur tmot zu. Diese wird mit einem Tempe­ ratursensor erfasst und ist verfügbar. Der Anstieg des Wich­ tungsfaktors WF1 erfolgt dabei in Abhängigkeit der Abstell­ dauer, d. h. der Zeit, die seit dem Abstellen des Motors ver­ gangen ist. Ab dem Startzeitpunkt des Motors wird der Wich­ tungsfaktor WF2 für das Abkühlen ausgehend vom Initialisie­ rungswert nach Maßgabe einer Zeitfunktion auf den Endwert Null abgesteuert. Damit wird auch der Gesamtfaktor WF auf den Wert Null abgesteuert. Die Absteuergeschwindigkeit des Abkühlwichtungsfaktors wird vorteilhafter Weise in Abhängig­ keit der seit dem Start im Rails nachgeströmten Kraftstoff­ masse, der Lüfterkühlung sowie der Fahrgeschwindigkeit abge­ regelt. All diese Größen sind vorhanden. Ergebnis ist eine einfache, genaue Nachbildung der Temperatur des Rails bzw. der Einspritzventile, die die tatsächlichen Verhältnisse ausreichend genau abbildet.

In Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches ein Beispiel für einen Algorithmus zur Berechnung der modellier­ ten Temperatur dient. Der Algorithmus repräsentiert dabei ein Programm, welches im Mikrocomputer einer Steuereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine abläuft.

Zunächst wird nach Abstellen des Motors bspw. mittels eines Zählers 100 die Abstellzeit TAB ermittelt und in 102 zur Bestimmung des Aufwärmwichtungsfaktors WF1 ausgewertet.

Startzeitpunkt des Zähler ist z. B. das Drehen des Zündschlüssel in eine Abstellstellung und/oder das Absinken der Motordrehzahl unter eine Minimalschwelle. Der Wichtungsfaktor WF1 wird dabei nach Maßgabe einer Zeitfunktion mit der Abstellzeit als Parameter, bspw. einer Exponentialfunktion, gebildet. Ferner wird in 104 z. B. durch Aufsummieren der ausgegebenen Einspritzimpulslängen seit Motorstart die seit Motorstart eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt. In 106 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit und in 108 die Lüfterleistung bestimmt. Letztere ergibt sich z. B. aus der Zeitdauer der Ansteuerung des Lüfters, ggf. ergänzend seiner Drehzahl. Aus diesen Größen wird in 110 der Wichtungsfaktor WF2 für das Abkühlen bestimmt. Dies erfolgt in einer Ausführung mittels eines Kennfeldes, wobei der Wichtungsfaktor um so kleiner wird, je größer die Kraftstoffmenge seit Motorstart ist, je größer die Fahrgeschwindigkeit und je größer die Lüfterleistung ist.

Die beiden Wichtungsfaktoren werden in der Multiplikationsstelle 112 miteinander multipliziert und das Produkt dem Modell 114 zugeführt. Diesem wird ferner die in einer Messeinrichtung 116 ermittelte Motortemperatur tmot zugeführt. Nach Maßgabe der oben dargestellten Berechnungsgleichung ermittelt das Modell 114 dann die Temperatur t_ev des Rails bzw. der Einspritzventile. Diese Temperatur wird dann zur Korrektur der berechneten Einspritzzeit in 118 ausgewertet. Dabei wird die in bekannter Weise abhängig von Last und Drehzahl ermittelte Einspritzzeit t1 der Korrekturstelle 118 zugeführt. Dort wird abhängig von der ermittelten Temperatur t_ev ein Korrekturfaktor, vorzugsweise nach Maßgabe einer Kennlinie, gebildet. Der Korrekturfaktor ist dabei in einer Ausführung so gewählt, dass er bei Temperaturen T_ev größer als ein vorgegebenen Schwellenwert (z. B. 65°C, T_ev_0) größer 1 ist, unterhalb davon 1 (keine Korrektur). Aus diese Weise werden Heissstartsituationen zuverlässig erkannt und berücksichtigt. In 118 wird die Einspritzzeit t1 dann zur Bildung der resultierenden Einspritzzeit t1 multiplikativ korrigiert. Dabei wird insbesondere der Effekt der mit ansteigender Kraftstofftemperatur (oder Railtemperatur) abnehmenden Kraftstoffdichte korrigiert, während die Verlängerung der Verzugszeit des Ventils mit ansteigender Spulentemperatur durch eine additive Korrektur wie oben dargestellt korrigiert wird. Diese Maßnahmen werden einzeln oder zusammen eingesetzt, so dass die Einspritzzeit abhängig von einem temperaturabhängigen Faktor multiplikativ und/oder additiv korrigiert wird.

In einer Ausführung wird die Korrektur der Einspritzzeit in der Startphase nach Maßgabe des oben skizzierten Modells durchgeführt, während des anschließenden Fahrbetriebs nach Maßgabe der anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Vorgehensweise. In anderen Ausführungen wird entweder die eine oder die andere Lösung eingesetzt.

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dem der Kraftstoff über ein eine Spule (34) aufweisendes Magnetventil (28) zugeführt, die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils (28) beeinflusst, die Temperatur (evtmod) eines Bereichs (26) des Magnetventils (28) bestimmt und die Ansteuerdauer temperaturabhängig korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (evtmod) des Magnetventils (28) aus mindestens einer üblicherweise gemessenen Temperatur (tans, tmot) ermittelt und die Ansteuerdauer (ti_tvu_w) abhängig von der ermittelten Temperatur (evtmod) so korrigiert (tvsp_w) wird, dass die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften der Magnetspule (34) des Magnetventils (28) berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der bestimmten Temperatur (evtmod) die Temperatur (evtmodev) der Spule (34) des Magnetventils (28) modelliert und die Ansteuerdauer (ti_tvu_w) abhängig von der Spulentemperatur (evtmodev) korrigiert (tvsp_w) wir d.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Temperatur (evtmod) des Magnetventils (28) die Temperatur (tans) der Ansaugluft und/oder die Temperatur (tmot) der Brennkraftmaschine (10) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (tmot) der Brennkraftmaschine (10) und die Temperatur (tans) der Ansaugluft gewichtet verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtung abhängig von der Drehzahl und/oder Last ist, derart, dass bei hoher Drehzahl und/oder Last die Temperatur der Ansaugluft stärker gewichtet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell zur Bestimmung der Spulentemperatur ein Tiefpassfilter (54) umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Spulentemperatur (evtmodev) eine zusätzliche Ventilverzugszeit (tvsp_w) ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Ventilverzugszeit (tvsp_w) zu einer batteriespannungsabhängigen Ventilverzugszeit (tvu_w) addiert wird.

9. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff über ein Magnetventil zugeführt, die ein­ gespritzte Kraftstoffmenge durch die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils beeinflusst und die Temperatur eines Be­ reiches des Magnetventils oder des Kraftstoffzuteilers be­ stimmt und die Ansteuerdauer temperaturabhängig korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Ma­ gnetventils nach Maßgabe eines Modells bestimmt wird, wel­ ches ausgehend von einer Betriebstemperatur den Aufwärmvor­ gang bei Abstellen des Motors und den Abkühlvorgang bei Wie­ derstarten des Motors nachbildet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmodell einen ersten Wichtungsfaktor für das Aufwärmen und einen zweiten Wichtungsfaktor für das Abkühlen bei Wiederstart umfasst.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wichtungsfaktor für das Aufwärmen abhängig von der Abstellzeit, der Wichtungsfaktor für das Abkühlen abhängig von der eingespritzten Kraftstoffmasse nach Wiederstart und/oder der Motorlüfterleistung und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

12. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.

13. Computerprogramm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.

14. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit, welche die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Dauer der Ansteuerung eines Magnetventils beeinflusst, die Temperatur eines Bereiches des Magnetventils oder des Kraftstoffzuteilers bestimmt und die Ansteuerdauer temperaturabhängig korrigiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ein Modell umfasst, welches die Temperatur des Magnetventils oder des Kraftstoffzuteilers aus mindestens einer, üblicherweise gemessenen Temperatur ermittelt und die Ansteuerdauer, abhängig von der ermittelten Temperatur, korrigiert.

15. Brennkraftmaschine mit einem eine Spule (34) aufweisenden Magnetventil (28), welches Kraftstoff zuführt, mit Mitteln (40, 46) zur Bestimmung der Temperatur (evtmod) eines Bereichs (26) des Magnetventils (28), mit einem Steuer- und/oder Regelgerät (36), welches ausgangsseitig mit dem Magnetventil (28) verbunden ist, die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils (28) beeinflusst und die Ansteuerdauer temperaturabhängig korrigiert, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuer- und Regelgerät (36) aus mindestens einer üblicherweise gemessenen Temperatur (tans, tmot) eine Temperatur (evtmod) des Magnetventils (28) ermittelt wird, und dass das Steuer- und Regelgerät (26) die Ansteuerdauer (ti_tvu_w) abhängig von der ermittelten Temperatur (evtmod) so korrigiert, dass die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften der Magnetspule (34) des Magnetventils (28) berücksichtigt wird.