-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
einer Brennkraftmaschine.
-
Es
sind Brennkraftmaschinen bekannt mit einem Ansaugtrakt, einem oder
mehreren Zylindern, einer Zuführeinrichtung
für Kraftstoff
und jeweils den Zylindern zugeordneten Einspritzventilen, die wirkverbunden
sind mit der Zuführeinrichtung
für Kraftstoff.
Die Einspritzventile sind entweder in Ansaugrohren angeordnet, die
Bestandteil des Ansaugtraktes sind und hin zu Einlässen der
Zylinder geführt sind,
oder die Einspritzventile sind direkt in dem Zylinderkopf angeordnet
und messen den Kraftstoff direkt in den Brennraum der Zylinder der
Brennkraftmaschine zu. Die Einspritzventile werden zunehmend mit
sehr hohen Kraftstoffdrücken
beaufschlagt, die im Falle von Brennkraftmaschinen mit Benzin als Kraftstoff
bis zu 200 bar erreichen können.
Darüber hinaus
wird für
Einspritzventile als Stellantrieb der elektromagnetische Stellantrieb
zunehmend durch piezoelektrische Aktoren abgelöst. Piezoelektrische Aktoren
haben u. a. den Vorteil, dass das Einspritzventil mit einem variablen
Ventilhub der Düsennadel betrieben
werden kann.
-
Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich Schadstoffemissionen
machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen während des
Betriebs der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Darüber hinaus
sollen Brennkraftmaschinen sehr leistungsfähig sein und einen geringen
Kraftstoffverbrauch aufweisen.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, das bzw. die einen effizienten Betrieb der Brennkraftmaschine
ermöglicht.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten
Aspekts aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Zuführeinrichtung
für Kraftstoff,
mit der ein Einspritzventil wirkverbunden ist, und mit einer Zündkerze.
Eine zuzumessende Kraftstoffmasse wird abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
ermittelt und das Einspritzventil wird entsprechend angesteuert. Ein
Zündwinkel
wird abhängig
von dem Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der Zuführeinrichtung
ermittelt und die Zündkerze
wird entsprechend angesteuert.
-
Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine,
bei dem die zuzumessende Kraftstoffmasse abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
ermittelt wird, ein Einspritzwinkelbereich, während dessen Kraftstoff durch
das Einspritzventil zugemessen werden soll, abhängig von der zuzumessenden
Kraftstoffmasse ermittelt wird und ein für die Lage des Einspritzwinkelbereichs
charakteristischer Winkel abhängig
von dem Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der Zuführeinrichtung
ermittelt wird und das Einspritzventil entsprechend angesteuert
wird. Der für
die Lage des Einspritzwinkelbereichs charakteristische Winkel kann
beispielsweise ein Einspritzbeginnwinkel oder auch ein Einspritzendewinkel
sein.
-
Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Gemischaufbereitung
des in dem jeweiligen Zylinder befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches abhängt von
einer Strahleindring tiefe des durch das Einspritzventil zugemessenen
Kraftstoffs und des Strahlbildes beim Zumessen des Kraftstoffs durch das
Einspritzventil. Ferner beruht sie auch auf der Erkenntnis, dass
die Strahleindringtiefe und das Strahlbild maßgeblich abhängen von
dem Kraftstoffdruck in der Zuführeinrichtung
für Kraftstoff.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis in der Weise, dass gemäß des ersten
Aspekts der Zündwinkel
abhängig
von dem Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der Zuführeinrichtung
geeignet ermittelt wird und gemäß des zweiten Aspekts
der für
die Lage des Einspritzwinkelbereichs charakteristische Winkel abhängig von
dem Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der Zuführeinrichtung geeignet ermittelt
wird. Auf diese Weise kann einfach, beispielsweise in einem vorgegebenen
Lastpunkt der Brennkraftmaschine ein gewünscht gleichmäßiger Mitteldruck
oder ein gewünscht
niedriger Variationskoeffizient des Mitteldrucks erreicht werden
unabhängig
von einer Variation des Kraftstoffdrucks. Unter dem Variationskoeffizienten
wird in diesem Zusammenhang die relative Änderung des Mitteldrucks bezogen
auf einen jeweiligen mittleren Mitteldruck bei einer Variation des
Kraftstoffdrucks verstanden. Somit kann ein gewünscht guter Brennverlauf im
Rahmen der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine im Wesentlichen unabhängig von
dem Kraftstoffdruck erreicht werden.
-
Durch
das Kombinieren des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung kann
eine besonders hohe Verbesserung im gewünschten Brennverlauf erreicht werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Zündwinkel
beziehungsweise der für die
Lage des Einspritzwinkelbereichs charakteristische Winkel zumindest
in dem Betriebszustand des Motorstarts und/oder des Warmlaufs abhängig von dem
Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der Zuführeinrichtung ermittelt. Auf
diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass die Güte des Verbrennungsablaufs insbesondere
in den Betriebszuständen
des Warmlaufs und des Motorstarts sehr stark abhängt von dem Strahlbild und
der Strahleindringtiefe. Dies hat zur Folge, dass in diesen insbesondere
für Schadstoffemissionen
sehr kritischen Betriebszuständen ein
besonders guter Brennverlauf einfach gewährleistet werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Zündwinkel
abhängig von
mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
ermittelt. Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine sind Messgrößen, die
von Sensoren erfasst werden, die der Brennkraftmaschine zugeordnet
sind und auch von den Messgrößen abgeleitete Größen. Ein
Korrekturwert des Zündwinkels
wird abhängig
von einer für
die Last an der Brennkraftmaschine repräsentativen Größe und/oder
einer Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Kraftstoffdruck
des Kraftstoffs in der Zuführeinrichtung
ermittelt. Der Zündwinkel
wird abhängig
von dem Korrekturwert korrigiert. Auf diese Weise kann ein noch
weiter verbesserter Brennverlauf einfach gewährleistet werden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung und
-
2 ein
Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine.
-
Elemente
gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen
Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise
eine Drosselklappe 11, ferner einen Sammler 12 und
ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen
Einlasskanal in den Motorblock geführt ist. Der Motorblock umfasst
ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange mit dem
Kolben 24 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
-
Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 30 und
einem Gasauslassventil 31. Er umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und
eine Zündkerze 35.
Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Saugrohr 13 angeordnet
sein.
-
Ferner
ist eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff
vorgesehen. Sie umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine
erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden
ist. Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 hin zu
einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden.
Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer
Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine
weitere Kraftstoffleitung mit dem Tank 50 verbunden ist.
-
Der
Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, welche
ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoffspeicher 55 fördert.
-
Das
Einspritzventil 34 ist mit dem Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden.
Der Kraftstoff wird somit dem Einspritzventil 34 über den
Kraftstoffspeicher 55 zugeführt.
-
Die
Einspritzventile 34 sind vorzugsweise mit einem piezoelektrischen
Aktor versehen. Der piezoelektrische Aktor hat u. a. den Vorteil,
dass der Hub der Düsennadel
durch ihn variabel eingestellt werden kann.
-
Die
unterschiedlichen Strahlkegel des aus dem Einspritzventil 34 austretenden
Kraftstoffs sind anhand der vergrößerten Darstellungen des Einspritzventils 34 für einen
Druckwert P1 und einen Druckwert P2 des Kraftstoffdrucks FUP dargestellt. Der
Druckwert P1 ist niedriger als der Druckwert P2.
-
Ferner
ist eine Steuervorrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 6 ermittelt
abhängig
von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
-
Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung
eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14,
welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst,
ein Temperatursensor 15, welcher die Ansauglufttemperatur
erfasst, ein Drucksensor 16, welcher den Saugrohrdruck
erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen
Kurbelwellenwinkel erfasst, dem eine Drehzahl N zugeordnet wird,
ein weiterer Temperatursensor 23, welcher eine Kühlmitteltemperatur
erfasst und ein Kraftstoffdrucksensor 58, welcher einen
Kraftstoffdruck FUP in dem Kraftstoffspeicher 55 erfasst.
Je nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
-
Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11,
die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31,
das Einspritzventil 34 und die Zündkerze 35.
-
Die
Brennkraftmaschine kann neben dem Zylinder Z1 auch noch weitere
Zylinder Z2–Z4
umfassen, denen dann auch entsprechende Stellglieder zugeordnet
sind.
-
Ein
Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine wird in einem Schritt
S1 (2) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen
initialisiert werden. Der Start des Programms erfolgt bevorzugt
zeitnah zu dem Motorstart der Brennkraftmaschine.
-
In
einem Schritt S2 wird geprüft,
ob sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand ES des Motorstarts
MS oder des Warmlaufs befindet. Der Betriebszustand ES des Motorstarts
MS wird vorzugsweise abhängig
von der Drehzahl N und der Zeitdauer seit dem Start der Brennkraftmaschine
eingenommen. Der Betriebszustand ES des Warmlaufs WL wird vorzugsweise
eingenommen, wenn eine die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
kennzeichnende Größe einen
vorgegebenen Schwellenwert noch nicht erreicht hat.
-
Ist
die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung
in einem Schritt S3 fortgesetzt, in dem das Programm bevorzugt für eine vorgebbare
Wartezeitdauer oder einen vorgebbaren Kurbelwellenwinkel verharrt,
bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird.
-
Ist
die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt
S4 ein Zündwinkel
IGN abhängig
von der Drehzahl N und einer Lastgröße LOAD ermittelt. Die Lastgröße LOAD
kann beispielsweise ein Luftmassenstrom in dem jeweiligen Zylinder
sein, sie kann jedoch auch der Saugrohrdruck oder ein von der Brennkraftmaschine
zu erzeugendes Drehmoment sein.
-
Der
Zündwinkel
wird beispielsweise mittels eines Kennfeldes abhängig von der Drehzahl N und der
Lastgröße LOAD
ermittelt und zwar durch entsprechende Interpolation zwischen Stützstellen
des Kennfeldes. Die Stützstellen
des Kennfeldes sind bevorzugt vorab durch entsprechende Versuche
oder Simulationen ermittelt. Dies gilt auch für im Folgenden vorkommende
Kennfelder.
-
In
einem anschließenden
Schritt S6 wird ein Korrekturwert COR abhängig von dem Kraftstoffdruck
FUP, der Drehzahl N und der Lastgröße LOAD ermittelt. Dies erfolgt
bevorzugt ebenfalls mittels eines Kennfeldes und entsprechender
Interpolation zwischen den Stützstellenwerten
des Kennfeldes.
-
In
einem Schritt S8 wird anschließend
der Zündwinkel
IGN abhängig
von dem in dem Schritt S4 ermittelten Zündwinkel IGN und dem Korrekturwert COR
korrigiert.
-
In
einem Schritt S10 wird die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF abhängig von
der Drehzahl N, der Lastgröße LOAD
und gegebenenfalls weiteren Betriebsgrößen ermittelt. Dabei kann die
zuzumessende Kraftstoffmasse MFF auch in dem Schritt S10 abhängig von
dem Kraftstoffdruck FUP ermittelt werden.
-
In
einem Schritt S12 wird anschließend
ein Einspritzbeginnwinkel SOI abhängig von dem Kraftstoffdruck
FUP ermittelt. Dazu ist bevorzugt eine entsprechende Kennlinie oder
ein entsprechendes Kennfeld vorgesehen, das so appliziert ist, dass
eine Variation eines indizierten Mitteldrucks hervorgerufen durch Änderungen
des Kraftstoffdrucks FUP möglichst
gut kompensiert wird.
-
In
einem Schritt S14 wird anschließend
ein Einspritzendewinkel EOI abhängig
von der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF und dem Einspritzbeginnwinkel
SOI ermittelt. Auch bei dem Er mitteln des Einspritzendewinkels kann
der Kraftstoffdruck FUP berücksichtigt
werden, da er einen Einfluss auf den Einspritzwinkelbereich hat,
der zum einen durch den Einspritzbeginnwinkel SOI und zum anderen
durch den Einspritzendewinkel EOI begrenzt wird um so sicherzustellen,
dass die gewünschte
zuzumessende Kraftstoffmasse MFF zugemessen wird. Maßgeblich ist,
dass durch das Ermitteln des Einspritzbeginnwinkels SOI abhängig von
dem Kraftstoffdruck die Lage des Einspritzwinkelbereichs abhängig von
dem Kraftstoffdruck beeinflusst wird. Alternativ kann auch in dem
Schritt S12 der Einspritzendewinkel EOI abhängig von dem Kraftstoffdruck
ermittelt werden und dann in dem Schritt S14 der Einspritzbeginnwinkel abhängig von
der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF und dem Einspritzbeginnwinkel
SOI ermittelt werden.
-
Das
Ermitteln des Einspritzbeginnwinkels SOI in dem Schritt S12 erfolgt
bevorzugt entsprechend dem Schritt S6 abhängig von einer geeignet applizierten
Kennlinie oder einem geeignet applizierten Kennfeld, das so appliziert
ist, dass eine Variation des indizierten Mitteldrucks weitgehend
kompensiert wird.
-
Nach
dem Ermitteln des Zündwinkels
IGN und/oder des Einspritzbeginnwinkels SOI und/oder des Einspritzendewinkels
EOI werden die Zündkerze 35 und
das Einspritzventil 34 entsprechend angesteuert. Dies kann
beispielsweise nach der Abarbeitung des Schrittes S14 erfolgen.
-
Im
Anschluss an den Schritt S14 wird die Bearbeitung erneut in dem
Schritt S2 fortgesetzt.
-
Die
Ermittlung des Korrekturwertes COR in dem Schritt S6 kann in einer
einfacheren Ausgestaltung auch unabhängig von der Drehzahl N und/oder der
Lastgröße LOAD
erfolgen. Darüber
hinaus kann auch die Bedingung des Schrittes S2 entfallen und somit
auch in anderen Betriebszuständen
ES der Brennkraftmaschine außerhalb
des Motorstarts MS und des Warmlaufs eine Durchführung der Schritte S4 bis S14
erfolgen. Lediglich wird bevorzugt zumindest in den Betriebszuständen ES
des Motorstarts MS und des Warmlaufs WL der Kraftstoffdruck FUP beim
Ermitteln des Zündwinkels
IGN und/oder der für die
Lage des Einspritzwinkelbereichs repräsentativen Größe berücksichtigt.
-
Der
für die
Lage des Einspritzwinkelbereichs charakteristische Winkel kann neben
dem Einspritzbeginnwinkel SOI oder dem Einspritzendewinkel EOI auch
ein beliebiger anderer Winkel des Einspritzwinkelbereichs sein.
Darüber
hinaus kann das Programm in einer einfachen Ausgestaltung auch nur
alternativ die Schritte S4, S6, S8 und zum anderen die Schritte
S10, S12 und S14 umfassen.