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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, beim Start, insbesondere beim Kaltstart, mit den Schritten: Bereitstellen eines Kraftstoffdrucks und Einspritzen von Kraftstoff bei Vorliegen von Vorgabewerten. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung und mindestens einem Drucksensor.
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Brennkraftmaschinen benötigen zum Betrieb einen geeigneten Kraftstoff. Dieser Kraftstoff wird heute üblicherweise im Wege der Einspritzung den einzelnen Brennräumen zugeführt, wobei unterschiedliche Einspritzsysteme bekannt sind. Die Einspritzung erfolgt üblicherweise bei Erreichen eines bestimmten Kraftstoffdruckes, des Kraftstoffdruck-Sollwerts, und bei Vorliegen weiterer Voraussetzungen (beispielsweise einer bestimmten Kurbelwellendrehstellung). Beim Start, insbesondere bei einem Kaltstart, ist die Einspritzung von relativ großen Kraftstoffmengen in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlich. Hierbei wird beobachtet, dass nach erfolgter Einspritzung der vorhandene Kraftstoffdruck sehr stark abfällt, obwohl Kraftstoffhochdruckpumpen beim Kaltstart an ihrer maximalen Fördergrenze betrieben werden, also ein hohes Volumen an Kraftstoff nachliefern. Hierdurch verschlechtern sich Startverhalten und Hochlaufen der Brennkraftmaschine; zudem steigen die Abgasemissionen an und es kann zu Zündaussetzern kommen.
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Aus der
DE 197 26 757 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben einer mit mehreren Brennräumen versehenen Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem Kraftstoff unter einem Druck direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird und der auf den Kraftstoff einwirkende Druck gemessen wird. Dabei ist vorgesehen, dass der bei der nächsten Einspritzung von Kraftstoff in einen der Brennräume voraussichtlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck aus einem Mittelwert und einem Korrekturwert ermittelt wird. Zudem ist aus der
DE 100 53 091 A1 ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, sowie schließlich aus der
DE 197 12 143 A1 und der
DE 196 07 070 A1 jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, das eine verbesserte Betriebsführung zulässt.
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Diese Aufgabe wird unter Heranziehung der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff als weitere Schritte das Erfassen des aufgrund einer Einspritzung vorliegenden Druckabfalles, das Ermitteln eines den Einspritzvorgang betreffenden Kraftstoffdruck-Korrekturwertes, die Anwendung des Kraftstoffdruck-Korrekturwertes beim Einspritzen und die insbesondere mehrfache Wiederholung der vorgenanten zusätzlichen Schritte zur adaptiven Betriebsführung der Brennkraftmaschine vorsieht. Die Einspritzung erfolgt demzufolge zunächst unter Zugrundelegung der bereits bekannten, beispielsweise aus der Fahrzeugelektronik abrufbaren Vorgabewerte. Der zur Einspritzung erforderliche Kraftstoffdruck ist dabei als Grundwert in der Fahrzeugelektronik abgelegt. Beim Rücksetzen des Systems, beispielsweise durch Abklemmen der Fahrzeugbatterie, wird stets dieser Grundwert ausgelesen und angewandt. Nach dem Rücksetzen wird dieser Grundwert als Kraftstoffdruck-Vorgabewert verwendet, wobei unter Kraftstoffdruck-Vorgabewert der jeweils aktuell anzuwendende Kraftstoffdruck verstanden wird, der zur Einspritzung vorliegen muß.
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Bei beziehungsweise unmittelbar nach der Einspritzung wird ermittelt, ob der bereitgestellte Kraftstoffdruck unzulässig stark verringert oder möglicherweise auch erhöht ist und ein der Druckschwankung angepasster Kraftstoffdruck-Korrekturwert gebildet. Dies bedeutet, dass die Differenz zwischen der Sollvorgabe des Kraftstoffdrucks, nämlich dem Kraftstoffdruck-Vorgabewert, und dem tatsächlich nach Einspritzung gemessenen Kraftstoffdruck gebildet wird, und aus diesem Wert, beispielsweise mittels einer Rechenvorschrift, der Kraftstoffdruck-Korrekturwert ermittelt wird, der auf den Kraftstoffdruck-Vorgabewert anzuwenden ist, damit nach Einspritzung der Kraftstoffdruck keinen unzulässigen Wert annimmt. Dieser Kraftstoffdruck-Korrekturwert wird beim nächsten Einspritzvorgang auf den Kraftstoffdruck-Vorgabewert, wie er bei der ersten Einspritzung angewandt wurde, angewandt, insbesondere also mittels einer Rechenvorschrift addiert, subtrahiert beziehungsweise multipliziert wird, je nachdem, welche Rechenvorschrift zur Differenzwertbildung zugrunde gelegt wird.
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Auf diese Weise kann eine Druckabweichung nach unten oder oben rechnerisch berücksichtigt und bei der Kraftstoffdruckbereitstellung ausgeglichen werden, insbesondere kann ein zu niedriger Druck erhöht und ein zu hoher Druck erniedrigt werden. Diese Schritte der Messung des Kraftstoffdruckabfalls, der Ermittlung des Kraftstoffdruck-Korrekturwertes und die Anwendung des Kraftstoffdruck-Korrekturwertes werden auf jeden Einspritzvorgang oder auf bestimmte Einspritzvorgänge der Brennkraftmaschine wiederholt angewandt. Dies erlaubt eine den tatsächlichen Verhältnissen angepasste, also adaptive Betriebsführung der Brennkraftmaschine dahingehend, dass beispielsweise jeder Kraftstoffdruckabfall nach einer Einspritzung einzeln ermittelt und einzeln korrigiert werden kann, so dass zu jeder Einspritzung der erforderliche Kraftstoffdruck auch bei vorausgegangenem Druckabfall erreicht wird und eine zufriedenstellende Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt.
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Dabei ist vorgesehen, dass zur Ermittlung des Kraftstoffdruckabfalls ein lokales Druckminimum erfasst wird. Dies bedeutet, dass während einer über die Zeit erfolgenden Erfassung des Kraftstoffdrucks der jeweils niedrigste erfasste Wert, insbesondere auch an einem bestimmten Ort, zur Ermittlung des Kraftstoffdruckabfalls weiterverwendet wird. Damit ist die größte Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck-Vorgabewert und dem tatsächlich angetroffenen Kraftstoffdruck nach der Einspritzung erfasst.
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Schließlich ist vorgesehen, dass das lokale Druckminimum in Relation zu einer ermittelten Temperatur der Brennkraftmaschine gesetzt wird. Diese Verfahrensweise erlaubt es, abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine (die bei einem Kaltstart im Wesentlichen gleich der Außentemperatur ist) Gesetzmäßigkeiten zwischen dem Kraftstoffdruckabfall nach Einspritzfreigabe und der Außentemperatur zu berücksichtigen, die in die Ermittlung von Kraftstoffdruck-Korrekturwerten einfließen können. Gerade bei tiefen Kaltstart-Temperaturen ist aufgrund einer hier geforderten hohen Kraftstoffeinspritzmenge mit einem erheblichen Kraftstoffdruckabfall zu rechnen, der kompensiert werden soll, so dass der Parameter der Temperatur vorzugsweise in Kompensationsberechnungen mit einbezogen wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ausführung vorstehend beschriebenen Verfahrens bei einem Hochdruck-Schichtstart einer Brennkraftmaschine. Unter Hochdruck-Schichtstart wird ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine verstanden, bei dem die Einspritzfreigabe, also das Zulassen der Einspritzung, nach Erreichen einer applizierbaren Druckschwelle des Kraftstoffdrucks erfolgt und das Ende der Einspritzdauer kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes der Kolbenbewegung im Verbrennungstakt liegt (Verbrennungs-OT). Hierbei erfolgt eine schichtweise Einbringung von Verbrennungsluft und Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Erfassen des Kraftstoffdruckabfalls in einem Hochdruck-Rail erfolgt. Hochdruck-Rails sind im Stand der Technik gängige Kraftstoff-Verteilsysteme, die insbesondere bei Hochdruckeinspritzung vorteilhaft angewandt werden. Sie sind den Einspritzventilen unmittelbar vorgelagert, so dass das Erfassen des Kraftstoffdruckabfalls im Hochdruck-Rail eine sehr präzise und den tatsächlichen Verhältnissen sehr genau entsprechende Aussage über den Kraftstoffdruckabfall erlaubt, der sich auf den Einspritzvorgang tatsächlich auswirkt.
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Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als einer der Vorgabewerte zur Einspritzung ein Kraftstoffdruck-Vorgabewert vor Öffnen eines Einspritzventils gewählt wird. Ein Kriterium, das vor Öffnen des Einspritzventils erfüllt sein muss, ist demzufolge das Vorliegen eines bestimmten, vorgegebenen Kraftstoffdruck-Vorgabewertes. Wenn dieser Vorgabewert nach Aufbau des Kraftstoffdrucks (im Regelfall neben weiteren Vorgabewerten) erreicht ist, erfolgt die Einspritzung. Die Verwendung eines solchen Vorgabewertes lässt eine besonders einfache Berücksichtigung von Kraftstoffdruckabfall nach erfolgter Einspritzung zu und erlaubt die direkte Inbeziehungsetzung zur Bildung von Kraftstoffdruck-Korrekturwerten.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kraftstoffdruck-Korrekturwert zu dem Kraftstoffdruck-Vorgabewert addiert wird. Dies bedeutet, dass der Kraftstoffdruck-Vorgabewert um die Differenz aus Kraftstoffdruck-Vorgabewert (als Kraftstoffdruck-Sollwert) minus erfasstes lokales Druckminimum erhöht wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Einspritzung beim nächsten Einspritzvorgang in einer solchen Weise erfolgt, dass der Kraftstoffdruck auch unter Beachtung des Kraftstoffdruckabfalls nach Einspritzung ausreichend hoch ist, um eine einwandfreie Gemischeinbringung zu erreichen und zur nächsten anstehenden Einspritzung ausreichend Kraftstoffdruck bereitsteht. Der Kraftstoffdruck-Vorgabewert wird gerade um den Betrag erhöht, der sich als Differenz aus dem lokalen Druckminimum zum Kraftstoffdruck-Vorgabewert ergibt. Bei unterstelltem gleichartigem Druckabfall auch bei einer nachfolgenden Einspritzung kann demzufolge davon ausgegangen werden, dass der Kraftstoffdruck-Vorgabewert erreicht wird. Bei Erfassung einer unzulässigen Druckerhöhung nach Einspritzung (beispielsweise infolge Wellenerscheinung im Hochdruck-Rail) erfolgt auf diese Weise eine Druckreduzierung beim nächsten Einspritzvorgang: Die Druckdifferenz ist hier nämlich negativ, so dass bei Addition des negativen Wertes eine Druckverminderung resultiert. Auf diese Weise kann eine Betriebsführung bei zutreffendem Betriebsdruck, nämlich bei dem Kraftstoffdruck-Vorgabewert, sichergestellt werden.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kraftstoffdruck-Korrekturwert zum Zweck einer adaptiven Betriebsführung der Brennkraftmaschine nach jeder Ermittlung gespeichert wird. Dadurch ist es möglich, auch beim erneuten Start, also bei einem erstmaligen Einspritzvorgang nach Stillstand der Brennkraftmaschine, einen aus vorangegangenen Kraftstoffdruckabfall-Erfassungen ermittelten Kraftstoffdruck-Korrekturwert anzuwenden. Ein Kraftstoffdruckabfall kann auf diese Weise insgesamt vermieden oder doch in weiten Bereichen kompensiert werden.
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Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus einem oder mehreren gespeicherten Kraftstoffdruck-Korrekturwerten Signalisierungs- und/oder Diagnosewerte gebildet werden. Dies bedeutet, dass zum Zwecke der Kenntlichmachung und Signalisierung an den Fahrer und/oder zum Eintrag in eine Kraftfahrzeugelektronik, beispielsweise ein elektronisches Diagnosesystem für die Brennkraftmaschine, Werte gebildet, ausgegeben und/oder gespeichert werden, die beispielsweise erheblich vom Kraftstoffdruck-Vorgabewert beziehungsweise von dem gespeicherten Grundwert abweichende Verhältnisse aufzeigen, da hieraus auf eine Veränderung oder einen Fehler im System Brennkraftmaschine/Einspritzvorrichtung geschlossen werden kann.
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Nach einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus mehreren Kraftstoffdruck-Korrekturwerten eine Korrekturkennlinie gebildet wird. Damit ist es möglich, dass nicht eine diskrete, auf einem Einzelwert beruhende Korrektur des Kraftstoffdruck-Sollwertes erfolgt, sondern für einen über die Zeit betrachteten Startvorgang eine Kennlinie gebildet und eine über den gesamten oder einen Abschnitt des Startvorganges anzuwendende Korrekturkennlinie angewandt werden kann. So kann beispielsweise mit den Methoden der Statistik eine über den Startvorgang erfolgende Kraftstoffdruck-Korrektur vorgenommen werden, die von vornherein zu erwartende Kraftstoffdruckabfälle bereits im Ansatz weitestgehend kompensiert.
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Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Korrekturkennlinie eine vorhandene Kennlinie zur Betriebsführung der Brennkraftmaschine ergänzt und/oder ersetzt. Hiermit ist möglich, die in heutigen, insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendeten Brennkraftmaschinen zur Betriebsführung herangezogenen, in einer Kraftfahrzeugelektronik abgelegten Kennlinien entweder zu ergänzen, indem die Korrekturkennlinie zu den sich aus der abgelegten Kennlinie ergebenden Werten beispielsweise addiert wird, oder eine vorhandene, abgelegte Kennlinie zu ersetzen, indem an deren Stelle die neue Korrekturkennlinie, im Regelfall nach Anwendung einer Rechenvorschrift, abgelegt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Schließlich wird eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine beschrieben, insbesondere für eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung und mindestens einem Drucksensor. Es ist vorgesehen, dass der Steuer- und/oder Regeleinrichtung und dem Drucksensor eine Recheneinrichtung zur Ermittlung eines Kraftstoffdruck-Korrekturwertes zugeordnet ist. Mit Hilfe dieser Recheneinrichtung ist es möglich, den Kraftstoffdruck-Korrekturwert aus dem erfassten Kraftstoffdruckabfall nach Einspritzung zu ermitteln.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung eine Ablageeinrichtung aufweist, mit der der von der Recheneinrichtung – insbesondere in Ausführung eines oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Verfahren – ermittelte Kraftstoffdruck-Korrekturwert und/oder der Kraftstoffdruck-Vorgabewert abgelegt und reproduziert werden kann.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Figur näher beschrieben.
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Dabei zeigt
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1 eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff 1 mit einer Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit 2, die einen Kraftstoffvorrat 3, eine diesem stromabwärtige Kraftstoffhochdruckpumpe 4 und dieser vor- und nachgeordnete Ventile 5 umfasst. Das der Pumpe stromabwärtige Ventil 5 ist als Auslaßventil 6 ausgebildet. Zu diesem ist stromabwärts eine Kraftstoffhochdruckleitung 7 angeordnet, die in ein Hochdruck-Rail 8 einmündet. An das Hochdruck-Rail 8 sind stromabwärts über Einspritzventile 17 einzelne Zylinder 9 einer nur schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 16 mit ihren zugehörige Brennräumen 18 angeschlossen. Dem Hochdruck-Rail 8 zugeordnet ist ein Drucksensor 10, dem wiederum eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 und dieser eine Recheneinrichtung 12 mit einer Ablageeinrichtung 13 zugeordnet ist. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 ist über eine Signalisierungsvorrichtung 14 mit der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit 2 zur Wirkbeeinflussung verbunden. Der Ablageeinrichtung 13 ist ferner eine Diagnoseeinrichtung 15 zugeordnet, die das Ausgeben und Auslesen von Signalisierungs- und/oder Diagnosewerten durch den Bediener, beispielsweise den Fahrer eines Kraftfahrzeuges, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung findet, oder durch eine Werkstätte gestattet. Die gesamte Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff 1 ist der nur schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 16 zugeordnet.
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Beim Start der Brennkraftmaschine 16 wird von der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 im Hochdruck-Rail 8 ein Kraftstoffhochdruck bereitgestellt. Erreicht dieser einen Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv, wird das dem im Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 16 anstehenden Zylinder 9 zugehörige Einspritzventil 17 geöffnet, damit eine Einspritzung von Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum 18 erfolgt. Durch den Einspritzvorgang kommt es zu einer Druckänderung, insbesondere zu einem Druckabfall innerhalb des Hochdruck-Rails 8, der von dem Drucksensor 10 erfasst wird. Die Recheneinrichtung 12 erhält diesen von dem Drucksensor 10 erfassten Kraftstoffdruck nach Einspritzung zusammen mit einem Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv als Kraftstoffdruck-Sollwert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11, beispielsweise in Form eines gespeicherten Grundwertes. Sie ermittelt daraus eine Druckdifferenz Δp und hieraus einen Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk. Die Recheneinrichtung 12 wendet den so ermittelten Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk auf den Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv an. Beispielsweise ist vorgesehen, dass der Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk zum Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv addiert wird. Es ergibt sich damit ein neuer Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv1 als Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv + Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk.
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Bei jedem Einspritzvorgang wird diese Druckdifferenz-Ermittlung durch den Drucksensor 10 wiederholt, so dass zu jedem Einspritzvorgang eine Druckdifferenz Δpn gebildet werden kann. Über die Recheneinrichtung 12 und die Ablageeinrichtung 13 werden verschiedene Druckdifferenzen Δpn zu Kraftstoffdruck-Korrekturwerten Pkn abgelegt. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Druckdifferenz Δp vom Drucksensor 10 über einen bestimmten Zeitraum unmittelbar nach Einspritzung, wobei der niedrigste auftretende Wert zur Bildung der Druckdifferenz Δp gespeichert und höhere Werte verworfen werden. Der ermittelte Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk wird in der Ablageeinrichtung 13 der Recheneinheit 12 abgelegt, und zum nächsten Einspritzvorgang dem von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 vorgegebenen Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv hinzu addiert. Auf diese Weise wird der nach Einspritzung im Hochdruck-Rail 8 erfolgende Druckabfall bereits durch eine höhere Druckbereitstellung zum Zeitpunkt der Einspritzung kompensiert. Das heißt, dass die Einspritzung erst dann erfolgt, wenn der Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv einen um den Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk erhöhten Wert angenommen hat. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Einspritzfreigabe zeitlich geringfügig verzögert wird, dass sich also im Hochdruck-Rail 8 ein höherer Druck aufbaut, solange auf die Einspritzfreigabe gewartet wird. Ist dieser höhere Druck gleich dem Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv + dem Kraftstoffdruck-Korrekturwert Pk, erfolgt die Öffnung des Einspritzventils und damit die Einspritzung. Trotz erfolgter Einspritzung sackt danach der Wert des Kraftstoffdrucks im Hochdruck-Rail 8 nicht unter den Kraftstoffdruck-Vorgabewert Pv ab, beziehungsweise ist ein gleichwohl noch erfolgendes Abweichen hiervon für die ordnungsgemäße Einspritzung nicht mehr erheblich.
