DE102004054240B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Kraftstoff wenigstens zeitweise pro Arbeitstakt (39) mittels einer Gruppe (45) von Einzeleinspritzungen (44a–d) in einen Brennraum (14) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zeitweise die Aufteilung der pro Arbeitstakt (39) einzuspritzenden Gesamt-Kraftstoffmenge (qλsoll) auf die Einzeleinspritzungen (44a–d) von einem Soll-Lambdawert (λsoll) abhängt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – durch einen Regler wird eine Korrektur-Kraftstoffmenge (qλkor) bestimmt, die erforderlich ist, um einen Istwert einer Betriebsgröße (λ) der Brennkraftmaschine (10) an einen Sollwert heranzuführen; – die Korrektur-Kraftstoffmenge (qλkor) wird bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge (q44d) einer einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad aufweisenden Einzel-Einspritzung (44d) berücksichtigt; – das der Korrektur-Kraftstoffmenge (qλkor) entsprechende Drehmoment (Tλkor) wird von einem Einzel-Drehmoment (T66) einer anderen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44c) subtrahiert, was ein neues Einzel-Drehmoment (T44c') ergibt; und – das neue Einzel-Drehmoment (T44c') wird bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge (q44c) dieser einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44c) innerhalb der Gruppe (45) berücksichtigt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff wenigstens zeitweise pro Arbeitstakt mittels einer Gruppe von Einzeleinspritzungen in den Brennraum gelangt. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung sowie eine Brennkraftmaschine.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 102 56 906 A1 bekannt. Diese offenbart allgemein die Möglichkeit, die für einen Verbrennungsvorgang in einem Zylinder erforderliche Kraftstoffmenge durch eine Gruppe von mehreren einzelnen, zeitlich voneinander getrennten Einspritzungen in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen.
  • Bei üblicherweise im Magerbetrieb arbeitenden Diesel-Brennkraftmaschinen besteht ein Bedarf, im Abgassystem NOx-Speicherkatalysatoren einzusetzen. Zur Regenerierung derartiger Speicherkatalysatoren ist es erforderlich, die Brennkraftmaschine von Zeit zu Zeit mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu betreiben. Wird von einem Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einem solchen mit fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch gewechselt und umgekehrt, darf es zu keiner unerwünschten Änderung des von der Brennkraftmaschine geleisteten Drehmoments kommen. Dies gilt natürlich erst recht für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Die DE 101 53 901 B4 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entschwefelung eines einem Dieselmotor nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysators. Dabei erfolgt eine Anfettung durch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff nach oberem Totpunkt. Um das Drehmoment gleich zu halten, wird eine Ansteuerdauer einer Haupteinspritzung reduziert. Die DE 10 2004 041 218 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von wenigstens einer Momentengröße eine Kraftstoffmengengröße ermittelt wird. Die DE 198 51 990 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von Stellgrößen bei der Steuerung von Benzin-Direkteinspritzmotoren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der bei einer Brennkraftmaschine gleichzeitig ein gewünschtes Drehmoment und ein gewünschtes Kraftstoff-Luft-Gemisch (Lambdawert) eingestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Aufteilung der pro Arbeitstakt einzuspritzenden Gesamt-Kraftstoffmenge auf die Einzeleinspritzungen wenigstens zeitweise von einem Soll-Lambdawert abhängt. Bei einem Computerprogramm, einem elektrischen Speichermedium, einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung und einer Brennkraftmaschine wird die gestellte Aufgabe entsprechend gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Forderung, einerseits ein gewünschtes Drehmoment und andererseits einen gewünschten Lambdawert genau einstellen zu können, stellt einen Zielkonflikt dar. Eine Veränderung der Kraftstoffmenge wirkt sich nämlich sowohl auf das Drehmoment als auch auf den Lambdawert aus. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dieser Zielkonflikt gelöst, da die Tatsache ausgenutzt wird, dass die Einzeleinspritzungen innerhalb der Gruppe unter anderem wegen ihrer unterschiedlichen zeitlichen ”Entfernung” zum Expansionstakt unterschiedliche Wirkungsgrade besitzen. Mit anderen Worten: Das Drehmoment, das durch die Verbrennung des bei einer Einzeleinspritzung eingespritzten Kraftstoffes erzeugt wird, hängt nicht nur von der bei dieser Einzeleinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge ab, sondern auch vom Typ- beziehungsweise vom Zeitpunkt der Einzeleinspritzung.
  • Soll bei einem gewünschten konstanten Drehmoment der Lambdawert von mager auf fett geändert werden, wird beispielsweise bei einer Einzeleinspritzung mit hohem Wirkungsgrad die entsprechende Kraftstoffmenge reduziert, und bei einer anderen Einzeleinspritzung der gleichen Gruppe, welche einen geringeren Wirkungsgrad hat, die einzuspritzende Kraftstoffmenge so erhöht, dass letztlich das Drehmoment konstant bleibt. Die bei der Einzeleinspritzung mit schlechterem Wirkungsgrad zusätzlich erforderliche Kraftstoffmenge ist jedoch höher als die bei der Einzeleinspritzung mit höherem Wirkungsgrad weniger erforderliche Kraftstoffmenge, so dass insgesamt das Gemisch fetter wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es demnach möglich, beinahe beliebige Lambdawerte einzustellen, ohne dass dies Auswirkungen auf das Drehmoment der Brennkraftmaschine hat. Dies gestattet den Einsatz der eingangs genannten NOx-Speicherkatalysatoren ohne Komforteinbußen beim Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:
    • – durch einen Regler wird eine Korrektur-Kraftstoff-Menge bestimmt, die erforderlich ist, um einen Ist-Wert einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, insbesondere einen Lambdawert und/oder eine Abgastemperatur, an einen Sollwert heranzuführen;
    • – die Korrektur-Kraftstoff-Menge wird bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge einer einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad aufweisenden Einzel-Einspritzung berücksichtigt;
    • – das der Korrekturkraftstoff-Menge entsprechende Drehmoment wird von einem Einzel-Drehmoment einer anderen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung subtrahiert, was ein neues Einzel-Drehmoment ergibt; und
    • – das neue Einzel-Drehmoment wird bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge dieser einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung innerhalb der Gruppe berücksichtigt.
  • Auf diese Weise kann der Lambdawert mit besonders hoher Präzision eingestellt werden, da er in einem geschlossenen Regelkreis einem Sollwert nachgeführt wird. Dabei ist diese Lambdaregelung jedoch ohne Einfluss auf das Drehmoment der Brennkraftmaschine.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Soll-Lambdawert nur die Kraftstoffmenge eines Teils der Einzeleinspritzungen innerhalb der Gruppe beeinflusst. Dies erleichtert die Berechnung der bei den Einzeleinspritzungen einzuspritzenden Einzelkraftstoffmengen und gestattet gegebenenfalls sogar eine analytische Ein-Schritt-Lösung eines eindeutigen Gleichungssystems anstelle einer iterativen Vorgehensweise.
  • In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Soll-Lambdawert die Kraftstoffmenge nur einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung innerhalb der Gruppe beeinflusst. Bei einer Haupteinspritzung ist üblicherweise der Wirkungsgrad vergleichsweise hoch, wohingegen er bei einer Nacheinspritzung vergleichsweise niedrig ist. Durch eine Variation der bei diesen beiden Einspritzungen eingespritzten Kraftstoffmenge kann daher der Lambdawert in einem weiten Bereich geändert werden, ohne dass sich hierdurch das bei dem betrachteten Arbeitstakt erzeugte Drehmoment der Brennkraftmaschine ändert.
  • Eine rechnerisch besonders leicht zu realisierende und nur einen geringen Rechenaufwand erfordernde Vorgehensweise zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst folgende Schritte:
    • – aus dem Soll-Lambdawert und einer Luftmasse wird eine Gesamt-Kraftstoffmenge bestimmt, die innerhalb eines Arbeitstaktes zur Erzielung des Soll-Lambdawerts eingespritzt werden muss;
    • – von dieser Gesamt-Kraftstoffmenge werden gegebenenfalls die Kraftstoffmengen von Einzeleinspritzungen innerhalb der Gruppe subtrahiert, die wenigstens im Wesentlichen nur auf der Basis eines Soll-Drehmoments bestimmt wurden, was einen Kraftstoffdifferenzwert ergibt;
    • – der Kraftstoffdifferenzwert wird bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge einer einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad aufweisende Einzeleinspritzung innerhalb der Gruppe verwendet;
    • – das dem Kraftstoffdifferenzwert entsprechende Drehmoment wird von einem Einzel-Drehmoment einer anderen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung subtrahiert, was ein neues Einzel-Drehmoment ergibt; und
    • – aus dem neuen Einzel-Drehmoment wird die Kraftstoffmenge dieser einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung innerhalb der Gruppe ermittelt.
  • Eine einfache und wenig rechenintensive Möglichkeit, ein Drehmoment in eine Kraftstoffmenge und umgekehrt umzuwandeln, besteht in der Verwendung eines Faktors. Es versteht sich, dass dieser Faktor, abhängig vom Wirkungsgrad der jeweiligen Einzeleinspritzung, von einer Einzeleinspritzung zur anderen innerhalb einer Gruppe unterschiedlich ist, also vom Typ der Einzeleinspritzung abhängt.
  • In Weiterbildung hierzu ist es möglich, dass der Faktor auch von mindestens einer variablen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder einem Zeitpunkt einer Einzeleinspritzung, abhängt. Unter dem Begriff ”Zeitpunkt” wird die Winkellage der Einzeleinspritzung innerhalb eines Arbeitstaktes des betrachteten Zylinders der Brennkraftmaschine verstanden.
  • Insbesondere bei Magermotoren ist es vorteilhaft, wenn die Aufteilung der Gesamt-Kraftstoffmenge auf die Einzeleinspritzungen nur während einer Betriebsphase mit fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch von einem Soll-Lambdawert abhängt. Hierdurch bleibt gewährleistet, dass eine Anfettung im sogenannten Magerbetrieb der Brennkraftmaschine, in dem das Drehmoment im Wesentlichen oder ausschließlich durch die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt wird, problemlos möglich ist. Eine Einstellung eines Soll-Lambdawerts ist in einem solchen Betriebszustand der Brennkraftmaschine nicht erforderlich und auch nicht gewünscht.
  • Zeichnungen
  • Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
  • 2 ein Diagramm, in dem der Hub eines Kolbens eines Zylinders der Brennkraftmaschine von 1 über dem Winkel einer Kurbelwelle aufgetragen ist, und in dem außerdem die Zeiträume von vier Einzeleinspritzungen gezeichnet sind;
  • 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von 1;
  • 4 vier Diagramme, in denen die Kraftstoffmengen der Einzeleinspritzungen und die dem Brennraum zugeführte Luftmasse bei einem sägezahnartigen Drehmomentverlauf über der Zeit bei Ausführung des Verfahrens von 3 aufgetragen sind;
  • 5 drei Diagramme, in denen die durch die Einzeleinspritzungen von 2 erzeugten Drehmomente bei sägezahnartigem Gesamt-Drehmoment über der Zeit aufgetragen sind; und
  • 6 vier Diagramme, in denen ein Gesamt-Soll-Drehmoment, ein Gesamt-Ist-Drehmoment, eine insgesamt eingespritzte Kraftstoffmenge und ein Lambdawert über der Zeit aufgetragen sind.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Zylinder, von denen in 1 der Einfachheit halber nur einer mit dem Bezugszeichen 12 gezeigt ist. Er umfasst einen Brennraum 14, in den Verbrennungsluft über ein Ansaugrohr 16 und ein Einlassventil 18 gelangt. Im Ansaugrohr 16 ist eine Drosselklappe 20 vorhanden, und der durch das Ansaugrohr zum Brennraum 14 strömende Luftmassenstrom wird von einem HFM-Sensor 22 erfasst.
  • Die heißen Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum 14 über ein Auslassventil 24 und ein Abgasrohr 26 abgeleitet. Im Abgasrohr 26 ist ein NOx-Speicherkatalysator 28 angeordnet. Die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird von einer Lambdasonde 30 erfasst. Kraftstoff wird in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 32 eingespritzt.
  • Der Betrieb der Brennkraftmaschine wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 34 gesteuert beziehungsweise geregelt. Hierzu ist diese unter anderem mit der Drosselklappe 20 und dem Injektor 32 verbunden. Eingangssignale erhält die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 34 unter anderem vom HFM-Sensor 32, von der Lambdasonde 30, sowie von einem Drehzahlsensor 35, einer Kurbelwelle 37, und einem Zylinderkopftemperatursensor 41. Ferner ist die Steuer- und Regeleinrichtung 34 mit einem Stellungsgeber (nicht dargestellt) eines Gaspedals 36 verbunden, mit dem ein Benutzer der Brennkraftmaschine ein gewünschtes Soll-Drehmoment zum Ausdruck bringen kann.
  • In 2 ist ein Hub eines in 1 nicht dargestellten Kolbens des Zylinders 12 über dem Winkel der Kurbelwelle 37 aufgetragen. Man erkennt, dass die Brennkraftmaschine 10 während eines gesamten Arbeitstaktes 39 vier Einzeltakte A, B, C, D ausführt, in der für Viertakt-Brennkraftmaschinen üblichen Art und Weise. Während eines Ansaugtaktes A ist das Einlassventil 18 geöffnet (Bezugszeichen 40), während eines Ausstoßtaktes D ist das Auslassventil 24 geöffnet (Bezugszeichen 42). Während des Ansaugtaktes A, des Kompressionstaktes B und des Expansionstaktes C wird vom Injektor Kraftstoff in den Brennraum 14 durch eine Gruppe 45 von insgesamt vier Einzeleinspritzungen 44a, 44b, 44c und 44d in den Brennraum 14 eingespritzt. Dabei liegt eine erste Voreinspritzung 44a am Ende des Ansaugtaktes A, eine zweite Voreinspritzung 44b zu Beginn des Kompressionstaktes B, eine Haupteinspritzung 44c in der zweiten Hälfte des Kompressionstaktes B und eine Nacheinspritzung zu Beginn des Expansionstaktes C.
  • Die in den 1 und 2 beschriebene Brennkraftmaschine 10 wird mit Dieselkraftstoff betrieben und arbeitet im Normalbetrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch. Die hierdurch entstehenden Stickoxide werden in diesem Normalbetrieb im NOx-Speicherkatalysator 28 gespeichert. Ist dessen Speicherkapazität erschöpft, muss er regeneriert werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die Brennkraftmaschine 10 für eine kurze Zeit mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch arbeitet, bei dem also der Lambdawert deutlich kleiner ist als 1 (beispielsweise 0,8).
  • Aufgrund der Umstellung vom Mager- in den Fettbetrieb und umgekehrt sollte sich jedoch das von der Brennkraftmaschine 10 geleistete Drehmoment nicht ändern, sondern weiterhin möglichst präzise dem vom Benutzer der Brennkraftmaschine am Gaspedal 36 zum Ausdruck gebrachten Soll-Drehmoment entsprechen. Diese Forderung gilt natürlich auch bei einer Änderung des Kraftstoff-Luftgemisches ohne Wechsel der Betriebsart. Um dies zu gewährleisten, wird gemäß dem in 3 dargestellten Verfahren vorgegangen, welches als Computerprogramm auf einem Speicher der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 34 abgelegt ist:
    Die Kraftstoffmengen q44a und q44b, die bei den beiden Voreinspritzungen 44a und 44b eingespritzt werden sollen, werden folgendermaßen bestimmt: Das vom Benutzer der Brennkraftmaschine 10 gewünschte Drehmoment Tsoll und die vom Drehzahlsensor 35 erfasste aktuelle Drehzahl nmot der Kurbelwelle werden in Kennfelder 46 und 48 eingespeist. Auf diese Weise werden Einzeldrehmomente T44a und T44b bestimmt, die bei der Verbrennung des durch die beiden Voreinspritzungen 44a und 44b eingespritzten Kraftstoffes erzeugt werden sollen. In einem Umrechnungsblock 50 wird aus dem Einzeldrehmoment T44a die bei der ersten Voreinspritzung 44a einzuspritzende Kraftstoffmenge q44a ermittelt, in einem Umwandlungsblock 52 aus dem Einzeldrehmoment T44b die bei der zweiten Voreinspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge q44b. Man erkennt, dass die bei den beiden Voreinspritzungen 44a und 44b einzuspritzenden Kraftstoffmengen q44a und q44b ausschließlich vom gewünschten Soll-Drehmoment Tsoll und der aktuellen Drehzahl nmot abhängen, nicht jedoch von einem gewünschten Lambdawert λsoll.
  • Dieser beeinflusst vor allem eine bei der Nacheinspritzung 44d einzuspritzende Kraftstoffmenge q44d: Aus dem gewünschten Lambdawert λsoll wird durch Multiplikation in 54 mit dem Stöchiometriekoeffizienten und weiter in 56 durch Division der aktuellen Luftfüllung mL eine Kraftstoffmenge qλsoll berechnet. Hierbei handelt es sich um jene Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um bei der gegebenen Luftmasse mL den gewünschten Lambdawert λsoll zu erreichen. Von dieser Kraftstoffmenge wird zunächst in 58 eine Korrekturmenge qλkor abgezogen. Diese wird in einem sogenannten Lambdaregler bestimmt, mit dem in einem geschlossenen Regelkreis der tatsächliche Lambdawert möglichst exakt an den gewünschten Lambdawert λsoll herangeführt wird. Die für die Regelung erforderliche Menge ist die besagte Korrekturmenge qλkor. Das Ergebnis der Subtraktion in 58 ist eine Kraftstoffmenge q58. In 60 und 62 werden von der Kraftstoffmenge qλsoll ferner die in den Umrechnungsblöcken 50 und 52 ermittelten Kraftstoffmengen q44a und q44b der beiden Voreinspritzungen 44a und 44b subtrahiert.
  • Von dem durch die Stellung des Gaspedals 36 zum Ausdruck gebrachten Soll-Drehmoment Tsoll wird in 64 das Drehmoment T44a und in 66 das Drehmoment T44b subtrahiert. Aus der Korrekturmenge qλkor wird im Umwandlungsblock 68 ein entsprechendes Drehmoment Tλkor ermittelt, welches in 70 ebenfalls vom Soll-Drehmoment Tsoll subtrahiert wird. Das Ergebnis ist ein Drehmoment T44c', welches in einem Umwandlungsblock 72 in eine entsprechende Kraftstoffmenge q44c' umgerechnet wird. In 74 wird q44c' zusätzlich zu den Subtraktionen in 60 und 62 vom Wert q62 subtrahiert, was einen Kraftstoffdifferenzwert q74 ergibt. Dieser wird in einem Umwandlungsblock 76 in ein entsprechendes Drehmoment T76 umgewandelt, welches in 78 vom Drehmoment T44c' subtrahiert wird. Das Ergebnis ist ein Drehmoment T44c, welches in einem Umwandlungsblock 80 in die bei der Haupteinspritzung 44c einzuspritzende Kraftstoffmenge q44c umgerechnet wird.
  • Zu dem aus dem Umwandlungsblock 76 hervorgegangenen Drehmoment T76 wird in 82 das Drehmoment Tλkor addiert, was ein Drehmoment T44d ergibt, welches dann in einem Umwandlungsblock 84 in die bei der Nacheinspritzung 44d einzuspritzende Kraftstoffmenge q44d umgerechnet wird.
  • Von dem Soll-Lambdawert λsoll werden direkt also nur die beiden Einspritzungen 44c und 44d beeinflusst. Durch die Subtraktion in 78 wird dabei sichergestellt, dass eine Änderung des Soll-Lambdawerts λsoll insgesamt momentenneutral ist. Analog hierzu wird durch die Subtraktion in 70 und die Addition in 82 sichergestellt, dass auch der Einfluss des Lambdareglers momentenneutral ist.
  • Die Umrechnungen von einer Kraftstoffmenge in ein Drehmoment und umgekehrt in den Blöcken 50, 52, 68, 72, 76, 80 und 84 erfolgen durch einfache Multiplikation beziehungsweise Division mit einem einem Wirkungsgrad ähnlichen Faktor, welcher für die Voreinspritzung 44a, die Voreinspritzung 44b, die Haupteinspritzung 44c und die Nacheinspritzung 44d einen jeweils anderen Wert hat. Der besagte Faktor hängt dabei von mehreren variablen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 ab, beispielsweise von einer Temperatur der Brennkraftmaschine und von einem Zeitpunkt der jeweiligen Einzeleinspritzung.
  • Nachfolgend wird die mathematisch-analytische Herleitung des in 3 gezeigten Verfahrens erläutert.
  • Die Momentenbilanz aller Einspritzungen während eines Arbeitstaktes lautet qsoll = T44a + T44b + T44c + T44d + Tλkor. (1)
  • Die entsprechende Mengenbilanz lautet Qsoll = q44a + q44b + q44c + q44d + qλkor. (2)
  • Die während eines Arbeitstaktes insgesamt einzuspritzende Kraftstoffmenge qλsoll wird bei einem luftgeführten System aus der aktuellen Luftmenge mL, dem gewünschten Lambdawert λsoll und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis θst bestimmt gemäß folgender Beziehung: qλsoll = mL/(θst·λsoll), (3) wobei das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis θst den Wert 14,5 hat. Über den bereits oben genannten einem Wirkungsgrad ähnlichen Faktor η können die verschiedenen Momente T in eine Menge q umgerechnet werden: q44a = η44a·T44a q44b = η44b·T44b q44c = η44c·T44c q44d = η44d·T44d qλkor = ηλkor·Tλkor.
  • Wird dies in die Gleichung (2) eingesetzt, ergibt sich qλsoll = η44a·T44a + η44b·T44b + η44c·T44c + η44d·T44d + ηλkor·Tλkor. (4)
  • Die Momentenbilanz von Gleichung (1) wird nun nach dem Moment T44c der Haupteinspritzung 44c aufgelöst: T44c = Tsoll – T44a – T44b – T44d – Tλkor. (5)
  • Das Moment T44c der Haupteinspritzung 44c gemäß Gleichung (5) wird nun in die Gleichung (4) eingesetzt und das Ergebnis nach dem Moment T44d aufgelöst. Dies ergibt folgende Gleichung: T44d = 1/(η44d – η44c)·(qλsoll – η44c·(Tsoll – T44a – T44b – Tλkor) – η44a·T44a – η44b·T44b – ηλkor·Tλkor). (6)
  • Somit kann nun mittels der Gleichungen (5) und (6) das Moment T44d der Nacheinspritzung 44d und das Moment T44c der Haupteinspritzung 44c bestimmt und damit auch die entsprechende Menge q44c beziehungsweise q44d bestimmt werden. Die auf diesem Weg berechnete Lösung erfüllt die Anforderung nach Einhaltung des Sollmoments Tsoll und gleichzeitig des Soll-Lambdawerts λsoll. Es versteht sich, dass es auch möglich ist, zunächst über das Moment zu bilanzieren und anschließend die Menge zu berechnen. Dies ergibt für die Menge q44d der Nacheinspritzung 44d: q44d = (η44d·η44c)/(η44c – η44d)·(Tsoll – q44a44a – q44b44b – 1/η44c·(qλsoll – q44a – q44b – qλkor) – qλkorλkor). (7)
  • Damit lässt sich auch die Menge q44c der Haupteinspritzung 44c berechnen.
  • Das Ergebnis des oben beschriebenen Verfahrens ist aus den 46 ersichtlich. Bei dem in diesen Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ändert sich das Soll-Drehmoment Tsoll (6, oben) in der Art eines Sägezahns. Man erkennt insbesondere auch aus 6, dass das tatsächliche Drehmoment Tist dem Soll-Drehmoment Tsoll exakt entspricht, bei gleichzeitig konstantem Lambda (6, unten).

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Kraftstoff wenigstens zeitweise pro Arbeitstakt (39) mittels einer Gruppe (45) von Einzeleinspritzungen (44a–d) in einen Brennraum (14) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zeitweise die Aufteilung der pro Arbeitstakt (39) einzuspritzenden Gesamt-Kraftstoffmenge (qλsoll) auf die Einzeleinspritzungen (44a–d) von einem Soll-Lambdawert (λsoll) abhängt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – durch einen Regler wird eine Korrektur-Kraftstoffmenge (qλkor) bestimmt, die erforderlich ist, um einen Istwert einer Betriebsgröße (λ) der Brennkraftmaschine (10) an einen Sollwert heranzuführen; – die Korrektur-Kraftstoffmenge (qλkor) wird bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge (q44d) einer einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad aufweisenden Einzel-Einspritzung (44d) berücksichtigt; – das der Korrektur-Kraftstoffmenge (qλkor) entsprechende Drehmoment (Tλkor) wird von einem Einzel-Drehmoment (T66) einer anderen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44c) subtrahiert, was ein neues Einzel-Drehmoment (T44c') ergibt; und – das neue Einzel-Drehmoment (T44c') wird bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge (q44c) dieser einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44c) innerhalb der Gruppe (45) berücksichtigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Lambdawert (λsoll) nur die Kraftstoffmenge (q44c, q44d) eines Teils (44c, 44d) der Einzeleinspritzungen (44) innerhalb der Gruppe (45) beeinflusst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Lambdawert (λsoll) die Kraftstoffmenge (q44c, q44d) nur einer Haupteinspritzung (44c) und einer Nacheinspritzung (44d) innerhalb der Gruppe (45) beeinflusst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: – aus dem Soll-Lambdawert (λsoll) und einer Luftmasse (mL) wird eine Gesamt-Kraftstoffmenge (qλsoll) bestimmt, die innerhalb eines Arbeitstaktes (39) zur Erzielung des Soll-Lambdawerts (λsoll) eingespritzt werden muss; – von dieser Gesamt-Kraftstoffmenge (qλsoll) werden ggf. die Kraftstoffmengen (q44a, q44b, q44c') von Einzeleinspritzungen (44a, 44b, 44c) innerhalb der Gruppe (45) subtrahiert, die nur auf der Basis eines Soll-Drehmoments (Tsoll) bestimmt wurden, was einen Kraftstoffdifferenzwert (q74) ergibt; – der Kraftstoffdifferenzwert (q74) wird bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge (q44d) einer einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44d) innerhalb der Gruppe (45) berücksichtigt; – das dem Kraftstoffdifferenzwert (qd) entsprechende Drehmoment (Td) wird von einem Einzel-Drehmoment (T44c') einer anderen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44c) subtrahiert, was ein neues Einzel-Soll-Drehmoment (T44c) ergibt; und – aus dem neuen Einzel-Soll-Drehmoment (T44c) wird die Kraftstoffmenge (q44c) dieser einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisenden Einzeleinspritzung (44c) innerhalb der Gruppe (45) ermittelt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung eines Drehmoments (T) in eine Kraftstoffmenge (q) und/oder umgekehrt mittels eines Faktors (η) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (η) von mindestens einer variablen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (10), insbesondere einer Temperatur der Brennkraftmaschine (10) und/oder einem Zeitpunkt einer Einzeleinspritzung (44a–d), abhängt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Gesamt-Kraftstoffmenge (qλsoll) auf die Einzeleinspritzungen (44a–d) nur während einer Betriebsphase mit fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch von einem Soll-Lambdawert (λsoll) abhängt.
  8. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  9. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (34) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm, das dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, abgespeichert ist.
  10. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (34) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu programmiert ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
  11. Brennkraftmaschine (10) mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (34) nach Anspruch 10.
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