DE10148649C1 - Verfahren sowie Steuer und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) wird der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe (14) gefördert. Einlassseitig ist diese Kraftstoffpumpe (14) mit einem Kraftstoffbehälter (12) verbunden. Über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (16) gelangt der Kraftstoff in mindestens einen Brennraum (22) der Brennkraftmaschine (10). Um den Kraftstoff noch genauer in den Brennraum (22) der Brennkraftmaschine (10) einspritzen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffmenge, welche in den Brennraum (22) gelangt, aus dem Signal einer Durchflussmesseinrichtung (18) ermittelt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe gefördert wird, welche einlassseitig mit einem Kraftstoffbehälter verbunden ist, und bei dem der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt, wobei die Kraftstoffmenge, welche in den Brennraum gelangt, aus dem Signal einer Durchflussmesseinrichtung ermittelt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 196 25 487 A1 bekannt. Es wird bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt, welche in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist. Eine elektrische Kraftstoffpumpe fördert den Kraftstoff aus einem Tank zu einer Kraftstoff- Sammelleitung ("Rail"). An diese sind mehrere Injektoren angeschlossen, welche den Kraftstoff direkt in einen dem jeweiligen Injektor zugeordneten Brennraum einspritzen. Aus zwei Durchflussmengenmessern wird die den Brennräumen insgesamt zugeführte Kraftstoffmenge ermittelt. Aus der DE 199 45 673 A1 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, welches eher bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung zum Einsatz kommt. Dort verfügt jeder Injektor über einen eigenen Durchflussmengenmesser.

Üblicherweise wird die Einspritzzeit einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung durch eine Kennlinie vorgegeben. In diese wird eine einzuspritzende Kraftstoffmenge eingespeist, welche wiederum vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und von der von der Brennkraftmaschine gewünschten Leistung abhängt.

Grundsätzlich ist es möglich, dass trotz der richtigen Öffnungsdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nicht die beabsichtigte Kraftstoffmenge abgegeben wird. Grund hierfür können bspw. verstopfte Spritzlöcher in der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung sein. Auch Fertigungstoleranzen können dazu führen, dass bei gleicher Öffnungsdauer die von verschiedenen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen abgegebenen Kraftstoffmengen unterschiedlich sind.

Quasistationäre Änderungen können über eine Änderung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Lambda-Regelung oder durch eine Änderung der Last und/oder der Leistung bemerkt werden.

Bei dem bekannten Verfahren liegt die von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung in die Brennräume insgesamt gelangende Kraftstoffmenge insoweit unmittelbar vor, als sie nicht aus anderen Größen rückgerechnet wird. Bei diesen Größen kann es sich bspw. um den Einspritzdruck und die Einspritzzeit handeln. Die Einspritzzeit ist jedoch keine gemessene Größe, sondern eine vorgegebene Größe. Ob die tatsächliche Einspritzzeit auch wirklich dem gewünschten Wert entspricht, ist nicht immer bekannt.

Bei Otto-Motoren wird vielfach auch die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge über das Lambda-Verhältnis und den angesaugten Luftmassenstrom rückgerechnet. Beide Größen werden zwar durch Sensoren erfasst, jedoch an Stellen, welche weit vom Brennraum der Brennkraftmaschine entfernt sind. Der angesaugte Luftmassenstrom wird bspw. am Einlass des Saugrohres, das Lambdaverhältnis im Bereich des Katalysators im Abgasrohr gemessen. Aufgrund verschiedener Zeitkonstanten, die von der Laufzeit des Luftmassenstroms vom Sensor zum Brennraum und des Abgasstroms vom Brennraum zur Lambda-Sonde abhängen, kann die Durchflussmenge nicht nach Arbeitszyklen aufgelöst ermittelt werden.

Im Gegensatz hierzu kann aus dem Signal des Durchflussmesselements, welches bei dem bekannten Verfahren eingesetzt wird, die tatsächlich abgegebene Kraftstoffmenge direkt ermittelt werden. Ungenauigkeiten, welche durch die Rückrechnung und durch die Berücksichtigung selbst ungenauer Konstanten entstehen, sind dabei ausgeschlossen. Es versteht sich, dass es vorteilhaft ist, wenn das Durchflussmesselement möglichst nahe am Brennraum der Brennkraftmaschine bzw. der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung angeordnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass Abweichungen der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in einen bestimmten Brennraum abgegebenen Kraftstoffmenge möglichst genau bestimmt werden können, und die Kosten dabei gering sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der selbständigen Ansprüche gelöst.

Vorteile der Erfindung

Eine solche Brennkraftmaschine ist relativ preiswert, da im Extremfall nur eine einzige Durchflussmesseinrichtung erforderlich ist. Dennoch kann die in einen einzelnen Brennraum gelangende Kraftstoffmenge sehr exakt bestimmt werden. Dabei sind keine zusätzlichen Sensoren erforderlich, denn ein Sensor zur Erfassung der Stellung der Kurbelwelle ist ohnehin in allen Brennkraftmaschinen vorhanden. Die Kosten werden durch das erfindungsgemäße Verfahren somit gering gehalten.

Ein grundsätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auch darin, dass Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen verwendet werden können, welche den Kraftstoff zwar für die Verbrennung optimal zerstäuben, jedoch systembedingt aufgrund der Fertigungstoleranzen relativ hohe Streuungen der eingespritzten Kraftstoffmenge aufweisen. Ein Beispiel hierfür sind nach außen öffnende Kegelstrahlventile. Bei diesen tritt die eigentliche Drosselwirkung direkt am Sitz der Ventilnadel auf. Somit steht der volle Systemdruck unmittelbar am Ventilsitz an, was für die Kraftstoffzerstäubung optimal ist.

Man erreicht hierdurch eine sehr gute Penetration des eingespritzten Kraftstoffs in den Brennraum mit günstigen Abgas- und Verbrauchseigenschaften. Bei einem solchen Kegelstrahlventil gelangt jedoch schon bei relativ kleinem Hub der Ventilnadel eine sehr große Kraftstoffmenge in den Brennraum. Fertigungstoleranzen haben daher bei einem solchen Kegelstrahlventil einen relativ gesehen großen Einfluss auf die eingespritzte Kraftstoffmenge. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können derartige Streuungen erfasst, überwacht und/oder ausgeregelt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer ersten Weiterbildung erfasst die Durchflussmesseinrichtung die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoff durch einen bestimmten Querschnitt strömt, und es wird hieraus die Kraftstoffmenge ermittelt. Derartige Durchflussmesseinrichtungen arbeiten sehr präzise. Mit ihnen können auch kleinste Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit erfasst werden.

Je nach Art der Durchflussmesseinrichtung wird eine mittlere Geschwindigkeit im Strömungsquerschnitt oder eine lokale Geschwindigkeit erfasst. Da das Strömungsprofil über den Querschnitt in Kraftstoffleitungen bekannt ist, kann auch aus einer lokalen Geschwindigkeit eine mittlere Geschwindigkeit bestimmt werden, aus der dann, unter Berücksichtigung des Strömungsquerschnitts und der druckabhängigen Dichte des Kraftstoffs, der Massenstrom des Kraftstoffs ermittelt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die ermittelte Kraftstoffmenge zusätzlich über die Winkelstellung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine einem bestimmten Brennraum zugeordnet wird. Hierdurch wir die Genauigkeit des Verfahrens nochmals erhöht. Dabei fallen keine zusätzlichen Kosten an, da entsprechende Sensoren ohnehin in allen Brennkraftmaschinen vorhanden sind.

Besonders vorteilhaft ist auch, wenn der aus dem Signal der Durchflussmesseinrichtung ermittelte Ist-Wert der in einen bestimmten Brennraum gelangenden Kraftstoffmenge nach einem Sollwert geregelt wird. Somit gelangt in jeden Brennraum exakt jene Kraftstoffmenge, welche für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimal ist.

Dabei ist es auch möglich, dass aus den in die Brennräume einer Brennkraftmaschine gelangenden ermittelten Kraftstoffmengen über mindestens eine Umdrehung der Kurbelwelle durch gleitende Mittelwertbildung ein Mittelwert gebildet wird und die Standardabweichungen der jeweiligen in die einzelnen Brennräume gelangenden ermittelten Kraftstoffmengen vom Mittelwert gebildet werden, und dass die Öffnungszeiten der einzelnen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen so verändert werden, dass die Standardabweichungen minimal werden. Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können unterschiedliche Fertigungstoleranzen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung auf einfache Weise ausgeglichen werden. Dies kommt der Laufruhe der Brennkraftmaschine zugute, es wird hierdurch aber auch das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.

Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der Mittelwert nach einem Sollwert geregelt wird. Auf diese Weise ist eine genaue Leistungs- und Emissionseinstellung möglich.

Weiterhin vorteilhaft ist auch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der bei der Ermittlung der in einen Brennraum gelangenden Kraftstoffmenge die Zeit berücksichtigt wird, die der Kraftstoff von der Durchflussmesseinrichtung zum Brennraum benötigt. Hierdurch wird die Genauigkeit bei der Ermittlung der in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangenden Kraftstoffmenge nochmals verbessert.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei diesem wird vorgeschlagen, dass es ein Rechenwerk und einen Speicher mit implementierter Signalverarbeitungsarithmetik umfasst und damit zur Umsetzung des obigen Verfahrens beiträgt.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem, mit einem Kraftstoffbehälter, mit einer Kraftstoffpumpe, welche einlassseitig mit dem Kraftstoffbehälter verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, über die Kraftstoff in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.

Um eine solche Brennkraftmaschine verbrauchs- und abgasoptimal betreiben zu können und um Wartungsmaßnahmen rechtzeitig durchführen zu können, wird vorgeschlagen, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.

Zeichnung

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, mit Saugrohreinspritzung;

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, mit Benzin-Direkteinspritzung;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, mit Benzin-Direkteinspritzung;

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines vierten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, mit Benzin-Direkteinspritzung;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung mit einer integrierten Durchflussmesseinrichtung;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Detailansicht eines Bereichs der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von Fig. 5;

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Durchflussmesseinrichtung;

Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 einer dritten Ausführungsform einer Durchflussmesseinrichtung;

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 einer vierten Ausführungsform einer Durchflussmesseinrichtung;

Fig. 10 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 einer fünften Ausführungsform einer Durchflussmesseinrichtung; und

Fig. 11 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 einer sechsten Ausführungsform einer Durchflussmesseinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 hin fördert. Im Strömungsweg zwischen der Kraftstoffpumpe 14 und der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 ist eine Durchflussmesseinrichtung 18 angeordnet.

Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 ist in bzw. an einem Saugrohr 20 angeordnet. Von diesem zweigen Abschnitte 20a, 20b und 20c zu Brennräumen 22a, 22b und 22c ab (die Brennkraftmaschine 10 hat noch weitere Brennräume, die jedoch nicht dargestellt sind). Die Verbindung der Brennräume 22 mit den Saugrohrabschnitten 20 erfolgt über Einlassventile, welche in der Fig. 1 nicht dargestellt sind. Die Verbrennungsabgase werden aus den Brennräumen 22 über ebenfalls nicht dargestellte Auslassventile in ein Abgasrohr 24 eingeleitet. In diesem ist ein Katalysator 26 angeordnet.

Die Winkelstellung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 10 wird von einem Winkelsensor 28 abgegriffen. Bei diesem handelt es sich um ein Zahnrad, bei dem an einer bestimmten Stelle eine Anzahl von Zähnen fehlt. Mit diesem Zahnrad wird auch die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmt. Das Gemisch aus Kraftstoff und Luft, welches in den Brennräumen 22 verbrannt wurde, wird im Katalysator 26 von einer Lambda- Sonde 30 gemessen. Der Winkelsensor 28 und die Lambda-Sonde 30 sind ebenso wie die Durchflussmesseinrichtung 18 mit einem Steuer- und Regelgerät 32 verbunden.

Auch ein Stellungsgeber 34, welcher die Stellung eines Gaspedals 36 abgreift, liefert Signale an das Steuer- und Regelgerät 32. Ausgangsseitig ist dieses ferner mit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 verbunden. Stromaufwärts von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 ist im Saugrohr 20 eine Drosselklappe 38 und ein Heißfilmsensor 40 ("HFM- Sensor") angeordnet. Dieser erfasst die durch das Saugrohr strömende Luftmasse. Die Drosselklappe 38 und der HFM- Sensor 40 sind ebenfalls mit dem Steuer- und Regelgerät 32 verbunden.

Die Brennkraftmaschine 10 arbeitet folgendermaßen: Abhängig von der Stellung des Gaspedals 36, welche vom Stellungsgeber 34 an das Steuer- und Regelgerät 32 übermittelt wird, und der vom Winkelsensor 28 ermittelten Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 steuert das Steuer- und Regelgerät 32 die Drosselklappe 38 in eine bestimmte Stellung. Gleichzeitig wird im Steuer- und Regelgerät 32 ein dem aktuellen Betriebspunkt entsprechender Sollwert für die von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 einzuspritzende Kraftstoffmenge ermittelt. Dieser Sollwert richtet sich nach der vom HFM- Sensor bestimmten Luftmasse.

Die tatsächlich von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 gelangende Kraftstoffmenge wird dabei aus dem Signal der Durchflussmesseinrichtung 18 ermittelt und im Sinne eines geschlossenen Regelkreises nach dem Sollwert geregelt. Durch diesen geschlossenen Regelkreis kann die eingespritzte Kraftstoffmenge sehr exakt eingestellt werden. Ggf. kann über die Lambda-Sonde 30 eine Nachregelung durch eine Sollwertanpassung erfolgen. Der Zeitpunkt, zu dem die Kraftstoffmenge von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 abgegeben wird, richtet sich nach dem Arbeitstakt im entsprechenden Brennraum 22. Dieser wird über den Sensor 28 aus der Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt.

Mit dem Signal der Lambda-Sonde 30 und des HFM-Sensors 40 kann rückgerechnet werden, wieviel Kraftstoff in den Brennräumen 22 der Brennkraftmaschine 10 tatsächlich verbrannt wurde. Ergibt sich hieraus eine Differenz zu der von der Durchflussmesseinrichtung 18 ermittelten eingespritzten Kraftstoffmenge, kann davon ausgegangen werden, dass ein bestimmter Anteil des eingespritzten Kraftstoffes nicht verbrannt wird. Wird dies über einen längeren Zeitraum festgestellt, kann davon ausgegangen werden, dass der nicht verbrannte Kraftstoff in den Brennräumen 22 zu Ablagerungen führt. Eine solche festgestellte Differenz ist somit ein Indiz dafür, dass eine Wartung der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt werden sollte, um der Ursache für die Differenz auf den Grund zu gehen.

Über die vom Winkelsensor 28 ermittelte Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 können die aktuellen Betriebspunkte der einzelnen Brennräume 22 erfasst werden. Die einerseits von der Lambda-Sonde 30 und andererseits von der Durchflussmesseinrichtung 28 übermittelten Signale können so den einzelnen Brennräumen 22a, 22b oder 22c zugeordnet werden. Der Vergleich der über die Lambda-Sonde 30 ermittelten verbrannten Kraftstoffmenge mit der über die Durchflussmesseinrichtung 18 ermittelten eingespritzten Kraftstoffmenge kann somit zylinderselektiv erfolgen, was die Ortung möglicher Problemstellen in der Brennkraftmaschine 10 nochmals erleichtert und präziser macht.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Bei diesem und ebenso bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen von Fig. 1 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Auf sie wird im Allgemeinen nicht mehr im Detail eingegangen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine 10 handelt es sich nicht um eine solche mit Saugrohreinspritzung, sondern um eine Brennkraftmaschine 10 mit Benzin-Direkteinspritzung (BDE). Bei dieser sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a, 16b, 16c direkt an den entsprechenden Brennräumen 22a, 22b und 22c angeordnet. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 sind an eine Kraftstoff-Sammelleitung 42 angeschlossen, in die der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe 14 mit integrierter Vorförderpumpe (nicht dargestellt) gefördert wird. Der Kraftstoff ist in der Kraftstoff-Sammelleitung 42 unter hohem Druck gespeichert. Die Durchflussmesseinrichtung 18 ist zwischen Hochdruckpumpe 14 und Kraftstoff-Sammelleitung 42 angeordnet.

Die in Fig. 2 dargestellte Brennkraftmaschine 10 kann in unterschiedlichen Betriebsarten arbeiten. Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff von den Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 16 so eingespritzt, dass er in den Brennräumen 22 geschichtet vorliegt. Dies bedeutet, dass nur im Bereich einer Zündkerze des Brennraums 22 (die Zündkerze ist nicht dargestellt) ein zündfähiges Gemisch vorliegt, wohingegen im restlichen Brennraum 22 nur ein sehr mageres Gemisch oder gar kein Kraftstoff vorhanden ist. Die Brennkraftmaschine 10 ist im Schichtbetrieb entdrosselt, d. h., dass die Drosselklappe 38 vollständig geöffnet ist. Im Homogenbetrieb wird dagegen der Kraftstoff so eingespritzt, dass er in den Brennräumen 22 homogen verteilt ist. In dieser Betriebsart wird die Drosselklappe 38 entsprechend der aktuellen Last eingestellt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine 10 wird von der Hochdruckpumpe 14 exakt soviel Kraftstoff zur Kraftstoff-Sammelleitung 42 nachgefördert, wie aus dieser über die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 in die Brennräume 22 gelangt. Die über die Durchflussmesseinrichtung 18 ermittelte Kraftstoffmenge entspricht somit exakt jener Menge, die von den Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 16 in die Brennräume 22 eingespritzt wird. Da auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Einspritzzeitpunkt der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 eines bestimmten Brennraums 22 von der Winkelstellung der Kurbelwelle abhängt, kann die über die Durchflussmesseinrichtung 18 ermittelte Kraftstoffmenge mit Hilfe des vom Winkelsensor 28 übermittelten Signals den jeweiligen Brennräumen 22 zugeordnet werden. Obwohl nur eine einzige Durchflussmesseinrichtung 18 bei der Brennkraftmaschine 10 vorhanden ist, können auf diese Weise die Einzel-Kraftstoffmengen ermittelt werden, welche in die einzelnen Brennräume 22 gelangen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine 10 wird aus den ermittelten, in die Brennräume 22 insgesamt gelangenden Kraftstoffmengen ein Mittelwert gebildet. Dies erfolgt durch eine sog. "gleitende" Mittelwertbildung. Bei dieser wird eine vorgegebene Anzahl der jüngsten Werte der ermittelten Gesamt-Kraftstoffmenge zur Bildung des Mittelwerts verwendet. Aus den den einzelnen Brennräumen 22 zugeordneten Einzel-Kraftstoffmengen werden dann die Standard-Abweichungen von dem gebildeten Mittelwert berechnet.

Die Öffnungszeiten der einzelnen Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 16 werden vom Steuer- und Regelgerät 32 so verändert, dass diese ermittelten bzw. berechneten Standardabweichungen minimal werden. Der Mittelwert wird dabei nach einem Sollwert geregelt. Dieser Sollwert ergibt sich unter anderem aus dem vom Benutzer der Brennkraftmaschine 10 gewünschten Drehmoment. Dieses entspricht wiederum der vom Stellungsgeber 34 abgegriffenen Stellung des Gaspedals 36. Auch andere Faktoren können den Sollwert beeinflussen, bspw. eine Temperatur der Brennkraftmaschine 10, etc.

Durch das beschriebene Verfahren wird erreicht, dass trotz systembedingter Fertigungstoleranzen der Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 16 in alle Brennräume 22 der Brennkraftmaschine 10 die gleiche Kraftstoffmenge gelangt. Dies hat im Wesentlichen zwei Vorteile: Zum einen wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine 10 verbessert, und zum anderen sind Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen mit relativ großen Fertigungstoleranzen verwendbar.

Auch die in Fig. 3 dargestellte Brennkraftmaschine 10 arbeitet mit Benzin-Direkteinspritzung. Die bei ihr verwendeten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 sind jedoch über eine Rückströmleitung 44 mit einer stromaufwärts von der Hochdruckpumpe 14 gelegenen Niederdruck-Kraftstoffleitung 46 verbunden. Aus Darstellungsgründen sind die Ansteuerleitungen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16b und 16c vom Steuer- und Regelgerät 32 in Fig. 3 nicht dargestellt.

Auch die Kraftstoff-Sammelleitung ist über ein Druckbegrenzungsventil 48 und eine Rückströmleitung 50 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 46 verbunden. Damit die über die Durchflussmesseinrichtung 18 ermittelte Kraftstoffmenge durch über die Rückströmleitungen 44 und 50 strömenden Kraftstoff nicht verfälscht wird, muss in diesem Fall die Durchflussmesseinrichtung 18 stromaufwärts von der Einmündung der Rückströmleitungen 44 und 50 in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 46 angeordnet sein.

In Fig. 4 ist ein nochmals anderes Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Auch diese arbeitet mit Benzin-Direkteinspritzung. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispiel verfügt jedoch hier jede Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16a, 16b und 16c über eine eigene Durchflussmesseinrichtung 18a, 18b bzw. 18c. Ferner ist die Vorförderpumpe nicht in die Hochdruckpumpe 14 integriert, sondern als separate elektrische Kraftstoffpumpe 52 ausgebildet. Die Fördermenge der Hochdruckpumpe 14 wiederum wird bei der in Fig. 4 dargestellten Brennkraftmaschine 10 über ein Mengensteuerventil 54 eingestellt. Das Mengensteuerventil 54 wird vom Steuer- und Regelgerät 32 angesteuert, und zwar abhängig von den Signalen eines Drucksensors 56, welcher den Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 42 erfasst.

In Fig. 5 ist eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 der in Fig. 4 gezeigten Brennkraftmaschine 10 im Detail dargestellt: Bei der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 handelt es sich um einen Injektor, mit einem Ventilgehäuse 58 und einem Magnetaktor 60, welcher über eine Kabelverbindung 62 vom Steuer- und Regelgerät 32 angesteuert wird. Der Magnetaktor 60 arbeitet auf eine Ventilnadel 64, welche nach außen öffnet und eine am in Fig. 5 unteren Ende des Injektors 16 vorhandene Auslassöffnung freigibt (grundsätzlich wäre aber auch eine nach innen öffnende Ventilnadel denkbar).

Am in Fig. 5 oberen Ende des Injektors 16 ist ein Hochdruckanschluss 66 vorhanden, in den ein Hitzdrahtanemomenter 68 integriert ist. Über Isolierungen 70 ist dieses in einem Adapterteil 72 des Injektors 16, welches aus Kunststoff hergestellt ist, gehalten. Anschlussleitungen 74 für das Hitzdrahtanemomenter 68 führen zum Steuer- und Regelgerät 32.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, handelt es sich bei dem in Fig. 5 dargestellten Injektor um ein nach außen öffnendes Kegelstrahlventil. Dessen Ventilelement ist als Kegel 76 ausgebildet mit einem entsprechenden konischen Ventilsitz 78. Bei vom Ventilsitz 78 abgehobenem Ventilkegel 76 wird die Strömung unmittelbar am Ventilsitz 78 gedrosselt. Der volle Systemdruck steht somit unmittelbar am Ventilsitz 78 an, was zu einer optimalen Zerstäubung des Kraftstoffes führt. Allerdings sorgt schon ein relativ kleiner Hub der Ventilnadel 64 für den Austritt einer relativ großen Kraftstoffmenge. Eine bei einer Serienfertigung unabdingbare Streuung der Fertigungsgenauigkeit führt somit zu einer relativ großen Streuung der bei gleichem Hub der Ventilnadel 64 von einem Injektor 16 zum anderen Injektor 16 austretenden Kraftstoffmenge. Dies wird durch das oben beschriebene Verfahren kompensiert.

Anstelle des in Fig. 5 dargestellten Hitzdrahtanemomenters können als Durchflussmesseinrichtungen 18 auch andere Messeinrichtungen verwendet werden. In Fig. 7 ist ein mikromechanischer Sensor 79 dargestellt, der einen Biegeabschnitt 80 umfasst, welcher durch die Kraftstoffströmung (Pfeile 82) ausgelenkt wird (gestrichelt dargestellt). Die Auslenkung wird von einem Dehnmessstreifen 84 erfasst. Je nach Strömungsgeschwindigkeit V ist die Auslenkung des Biegeabschnitts 80 mehr oder weniger stark.

Da der Strömungsquerschnitt A und die Dichte des Kraftstoffes bekannt sind (die Dichte kann ggf. aus dem Signal eines Druck- und eines Temperatursensors ermittelt werden), kann der Massenstrom dm/dt aus der über die Auslenkung des Biegeabschnitts 80 ermittelten Geschwindigkeit V berechnet werden. Bei bekannter Öffnungsdauer des Injektors 16 kann aus dem Massenstrom dm/dt wiederum die eingespritzte Kraftstoffmenge m berechnet werden.

In Fig. 8 ist nochmals eine andere Durchflussmesseinrichtung 18 dargestellt: Diese umfasst ein Zahnradanemometer 86, welches zwei ineinander kämmende Zahnräder 86a und 86b umfasst, deren Drehgeschwindigkeit von einem induktiven Sensor 88 erfasst wird. Eine Variante hierzu (Fig. 9) umfasst nur ein Zahnrad (86a), auf dessen Außenumfang sichelförmige Zähne 90 angeordnet sind.

Wieder eine andere Ausführungsform (Fig. 10) einer Durchflussmesseinrichtung 18 umfasst einen von der Kraftstoffströmung beaufschlagten und von einer Vorspanneinrichtung 94 vorgespannten Messkolben 92, dessen Position ebenfalls von einem induktiven Sensor 88 abgegriffen wird. Die Erfassung der Geschwindigkeit V der Strömung 82 ist auch mittels einer Venturi-Engstelle 96 möglich (Fig. 11). Die Druckdifferenz wird dabei von einem Drucksensor 88 erfasst.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) bei dem der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe (14) gefördert wird, welche einlassseitig mit einem Kraftstoffbehälter (12) verbunden ist, und bei dem der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (16) in mindestens einen Brennraum (22) der Brennkraftmaschine (10) gelangt, wobei die Kraftstoffmenge (m), welche in den Brennraum (22) gelangt, aus dem Signal einer Durchflussmesseinrichtung (18) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine (10) mit mehr Brennräumen (22a, 22b, 22c) als Durchflussmesseinrichtungen (18) die aus dem Signal der Durchflussmesseinrichtungen (18) ermittelte Kraftstoffmenge (m) über den Öffnungszeitpunkt der mindestens einen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (16) einem bestimmten Brennraum (22a, 22b, 22c) zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung (18) die Geschwindigkeit (V) erfasst, mit der der Kraftstoff einen bestimmten Querschnitt (A) durchströmt, und hieraus die Kraftstoffmenge (m) ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Kraftstoffmenge zusätzlich über die Winkelstellung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (10) einem bestimmten Brennraum (22a, 22b, 22c) zugeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Signal der Durchflussmesseinrichtung (18) ermittelte Istwert der in einen bestimmten Brennraum (22a, 22b, 22c) gelangenden Kraftstoffmenge (m) nach einem Sollwert geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den in die Brennräume (22a, 22b, 22c) einer Brennkraftmaschine (10) gelangenden ermittelten Kraftstoffmengen (m) über mindestens eine Umdrehung der Kurbelwelle durch gleitende Mittelwertbildung ein Mittelwert gebildet wird und die Standardabweichungen der jeweiligen in die einzelnen Brennräume (22a, 22b, 22c) gelangenden ermittelten Kraftstoffmengen (m) vom Mittelwert gebildet werden, und dass die Öffnungszeiten der einzelnen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen (16a, 16b, 16c) so verändert werden, dass die Standardabweichungen minimal werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert nach einem Sollwert geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der in einen Brennraum (22) gelangenden Kraftstoffmenge (m) die Zeit berücksichtigt wird, die der Kraftstoff von der Durchflussmesseinrichtung (18) zum Brennraum (22) benötigt.

8. Steuer- und/oder Regelgerät (32) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Rechenwerk und einen Speicher mit implementierter Signalverarbeitungsarithmetik umfasst und damit zur Umsetzung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche beiträgt.

9. Brennkraftmaschine (10) mit einem Kraftstoffbehälter (12), mit einer Kraftstoffpumpe (14), welche einlassseitig mit dem Kraftstoffbehälter (12) verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (16), über die Kraftstoff in mindestens einen Brennraum (22) der Brennkraftmaschine (10) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (32) nach Anspruch 8 umfasst.