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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Definieren von Einspritz-Zeitabschnitten
für Kraftstoffinjektoren eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines
Dieselmotors. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren
zum Ansteuern von Kraftstoffinjektoren für Verbrennungsmotoren.
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Immer
strenger werdende, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger
Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge
machen es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, durch welche
die Schadstoffemissionen gesenkt werden können. Ein Ansatzpunkt
hierbei ist es, eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern
des Verbrennungsmotors zu erzielen. Eine entsprechend verbesserte
Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn Kraftstoff unter
einem bestimmten Druck mittels Kraftstoffinjektoren zugemessen wird.
Im Falle eines Diesel-Verbrennungsmotors betragen solche Kraftstoffdrücke
bis über 2.000 bar.
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Bei
einem Kraftstoffinjektor erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung
bzw. der Einzeleinspritzungen von Kraftstoff üblicherweise
mittels einer Düsennadel, die im Kraftstoffinjektor verschiebbar
gelagert ist und ein oder eine Mehrzahl vom Spritzlöchern
eines Düsenkörpers einer Düsenbaugruppe
des Kraftstoffinjektors in Abhängigkeit von ihrer Stellung
für den einzuspritzenden Kraftstoff freigibt oder verschließt.
Eine mechanische Ansteuerung der Düsennadel erfolgt üblicherweise
durch einen Aktor, bevorzugt einen Piezoaktor, der entweder mechanisch
mit der Düsennadel, oder über ein Servoventil
und einen Steuerraum auf ein Übertragungsglied (Kolben) wirkt,
welches mit der Düsennadel mechanisch zusammenwirkt oder
mit dieser integral ausgebildet ist. Die Düsennadel und
das Übertragungsglied sind hierbei üblicherweise
in einer Gleitführung mit einem geringen Spiel gleitgelagert,
wobei eine Schmierung dieser Lagerung in der Regel durch den einzuspritzenden
Kraftstoff erfolgt.
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Um
die Schadstoffemissionen zu senken und auch einen Verbrauch des
Verbrennungsmotors so gering wie möglich zu halten, ist
es wünschenswert, möglichst optimale Verbrennungen
innerhalb der Zylinder des Verbrennungsmotors zu erzielen. Für
eine gute Prozessführung bzw. Steuerung/Regelung der Verbrennungen
in den Zylindern ist es von Vorteil, eine Vielzahl von Einzeleinspritzungen
des Kraftstoffinjektors je Verbrennungstakt zu realisieren, wobei eine
Nacheinspritzung für eine Regeneration eines Partikelfilters
möglichst spät, teilweise erst bei sich öffnenden
Auslassventilen zu realisieren ist.
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In
bisherigen technischen Anwendungen innerhalb der Euro 4-Norm besteht
in der Regel bei einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor für
eine einzelne Endstufe zur elektrischen Leistungsansteuerung der
Aktoren von Kraftstoffinjektoren, keine zeitliche Überschneidung
der Einspritzsequenzen (Anzahl aller Einzeleinspritzungen pro Arbeitsspiel
eines Kolbens eines Zylinders) von zwei oder mehr Kraftstoffinjektoren.
Daher kann eine Einspritzsequenz auf einem Zylinder vollständig
abgeschlossen werden, bevor die Einspritzsequenz auf einem darauf
folgenden Zylinder zu starten ist. Für zukünftig
zu erfüllende, strengere Abgasnormen-Euro 5 und
später – wird es nicht möglich sein,
ohne eine solche zeitliche Überschneidung der Einspritzsequenzen
auszukommen.
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Die
EP 1 497 544 B1 offenbart
ein Verfahren zum Vermeiden einer zeitlichen Überschneidung
von Ansteuersequenzen von Kraftstoffinjektoren, wobei eine Überwachung
der Aktuationsperioden der Piezoaktoren derjenigen Kraftstoffinjektoren
durchgeführt wird, welche von derselben Endstufe elektrisch angesteuert
werden. Hierbei wird eine Be- oder eine Entladung der Piezoaktoren
beobachtet. Für den Fall einer zeitlichen Überschneidung
zweier Einzeleinspritzungen, also einer Be- oder Entladeperiode
für eine Einzeleinspritzung mit einer Be- oder Entladeperiode
einer anderen Einzeleinspritzung, wird aktuell korrigierend, durch
eine Verschiebung und/oder eine Verkürzung, in eine Position
und/oder Dauer derjenigen Einzeleinspritzung eingegriffen, die eine
niedrigere Priorität besitzt, um so den Konflikt einer
zeitlichen Überschneidung zu lösen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Definieren bzw.
Vergeben von Einspritz-Zeitabschnitten für Kraftstoffinjektoren,
sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors für
einen Verbrennungsmotor anzugeben. Hierbei soll es erfindungsgemäß möglich
sein, die für eine Verbrennung notwendigen Einzeleinspritzungen
einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren möglichst flexibel
mit einer möglichst geringen Anzahl von Endstufen ansteuern zu
können. Hierbei soll es möglich sein, wenigstens teilweise
sich überschneidende Einspritzsequenzen oder -intervalle
wenigstens zweier Zylinder derart zuzulassen, dass diese mit möglichst
wenigen, insbesondere nur einer einzelnen Endstufe angesteuert werden
können. Dabei sollen die durch den Verbrennungsmotor erzeugten
Schadstoffe möglichst gering sein, um auch zukünftige
Abgasnormen erfüllen zu können.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Definieren oder
Vergeben von Einspritz-Zeitabschnitten für Kraftstoffinjektoren
eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, gemäß Anspruch
1; sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors eines
Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, gemäß Anspruch
18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Definieren
oder Vergeben eines Einspritzbereichs für einen Kraftstoffinjektor
eines Verbrennungsmotors, wird für wenigstens eine Einzeleinspritzung
aus einer Vielzahl von Einzeleinspritzungen eines ersten Kraftstoffinjektors,
ein erster Einspritz- Zeitabschnitt festgelegt. Ein anderer Einspritz-Zeitabschnitt
eines zweiten Kraftstoffinjektors wird dabei gegenüber
dem ersten Einspritz-Zeitabschnitt zeitlich überschneidungsfrei
festgelegt. Dies erfolgt insbesondere für zeitlich sich überscheidende
Einzeleinspritzungen bzw. -intervalle bzw. -sequenzen von zwei oder
mehr Kraftstoffinjektoren, die insbesondere von einer einzelnen
Endstufe angesteuert werden. Die entsprechenden Einspritz-Zeitabschnitte
der einen oder der Mehrzahl von Einzeleinspritzungen können
in einem Vorfeld, a priori definiert oder dynamisch vergeben werden.
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Die
eine oder die Mehrzahl von Einzeleinspritzungen eines jeweiligen
Einspritz-Zeitabschnitts, finden dann jeweils immer innerhalb des
ihnen zugewiesenen Einspritz-Zeitabschnitts statt. D. h., dass eine
jeweilige Einzeleinspritzung innerhalb des ihr zugehörigen
Einspritz-Zeitabschnitts vollständig abgeschlossen ist.
D. h. auch, dass eine Einzeleinspritzung frühestens mit
dem zeitlichen Beginn des ihr zugehörigen Einspritz-Zeitabschnitts
beginnt, und dass eine Einzeleinspritzung spätestens mit
dem zeitlichen Ende des ihr zugehörigen Einspritz-Zeitabschnitts
endet. Sollte ein Beginn einer Einzeleinspritzung vergleichsweise
spät innerhalb des ihr zugehörigen Einspritz-Zeitabschnitts
liegen, und eine berechnete Dauer eines Endes dieser Einzeleinspritzung
zeitlich nach dem Ende dieses Einspritz-Zeitabschnitts liegen, so
wird die Einzeleinspritzung vorzeitig, d. h. mit dem Ende ihres
Einspritz-Zeitabschnitts beendet.
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Gemäß der
Erfindung kann ein definierter bzw. vergebener Einspritz-Zeitabschnitt,
der bevorzugt als ein Winkelbereich in Grad-Kurbelwinkel angegeben
wird, eine einzige Einzeleinspritzung oder eine Mehrzahl von direkt
aufeinander folgenden Einzeleinspritzungen (Einspritzung) enthalten.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich,
dass Einspritz-Zeitabschnitte nur, für diejenigen Einzeleinspritzungen
definiert oder vergeben werden, welche zeitlich kollidieren; d.
h. eine Beginnflanke einer Einzeleinspritzung eines Kraftstoffinjektors
soll dabei während einer Zeitdauer einer anderen Einzeleinspritzung
ei nes anderes Kraftstoffinjektors eingerichtet werden, wobei beide
Kraftstoffinjektoren von derselben Endstufe angesteuert werden.
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Ein
erfindungsgemäßer Einspritz-Zeitabschnitt kann
in Ausführungsformen der Erfindung nur dann definiert oder
vergeben werden, wenn sich ein der Einzeleinspritzung zugehöriger
Einspritz-Zeitabschnitt oder -intervall oder -sequenz, mit einem
anderen Einspritz-Zeitabschnitt bzw. -intervall bzw. -sequenz zeitlich überschneidet.
Hierbei kann die Einzeleinspritzung oder können die Einzeleinspritzungen in
einer Vor-, Haupt- und/oder Nacheinspritzung eines betreffenden
Kraftstoffinjektors in einem entsprechenden Vor-, Haupt-, und/oder
Nach-Einspritzintervall zusammengefasst sein. Ein solches Intervall kann
auch aus einer beliebigen Anzahl von aufeinander folgenden Einzeleinspritzungen
zusammengesetzt sein, wobei nahe beieinander liegende Einzeleinspritzungen
bevorzugt sind. So ist es z. B. möglich, eine letzte Vor-
VE und eine erste Haupteinspritzung HE in einem Intervall unterzubringen.
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Insbesondere
werden gemäß der Erfindung zueinander überschneidungsfreie
Einspritz-Zeitabschnitte für eine oder eine Mehrzahl von
mit einer Nacheinspritzung kollidierenden Einzeleinspritzungen definiert
oder vergeben. Dies gilt besonders für die späte
Nacheinspritzung, die für eine Partikelfilter-Regeneration
notwendig ist. Hierbei kann die Nacheinspritzung insbesondere mit
einer einzelnen Vor- oder Haupteinspritzung eines anderen Zylinders des
Verbrennungsmotors kollidieren. Gemäß der Erfindung
wird dann für die Nacheinspritzung ein Einspritz-Zeitabschnitt
definiert bzw. vergeben, der abseits der Vor- und/oder Haupteinspritzungen
liegt. D. h. die Vor- und/oder Hautpeinspritzung bzw. die Vor- und/oder
Hautpeinspritzungen werden durch einen Einspritz-Zeitabschnitt bevorzugt
zeitlich nicht bzw. nicht wesentlich verschoben. Sie finden wie üblich,
in den für eine Drehmomenterzeugung wichtigen Zeitbereichen
statt.
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Die
jeweiligen Einspritz-Zeitabschnitte der betreffenden Kraftstoffinjektoren
werden in Ausführungsformen der Erfindung durch einen zeitlichen Beginn – elektrisch
durch die so genannte Beginnflanke – und/oder ein zeitliches
Ende – elektrisch durch die so genannte Endeflanke – bzw.
eine Zeitdauer, bevorzugt in Bezug auf eine Position einer Kurbelwelle,
definiert. Diese Position kann in Bezug auf einen Totpunkt eines
Kolbens, insbesondere einen oberen Totpunkt des Kolbens für
einen Verbrennungstakt, eines betreffenden Zylinders angegeben werden.
Für unterschiedliche Zylinder werden die jeweiligen Einspritz-Zeitabschnitte
ineinander umgewandelt. Andere Zeitpunkt- oder -bereichsangaben bzw.
solche, die eine bestimmte Position gegenüber einem Totpunkt
des Kolbens des betreffenden Zylinders darstellen, sind natürlich
ebenfalls anwendbar.
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In
bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird das Verfahren
in wenigstens einem Kennfeld einer Steuerung/Regelung für
die Kraftstoffinjektoren des Verbrennungsmotors realisiert. Hierbei
kann ein bereits bestehendes Kennfeld abgeändert werden
oder ein neues Kennfeld hinzukommen. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann beispielsweise in einem Kennfeld für eine
Limitierung einer Einspritzmenge, und/oder in einem Kennfeld für eine
Limitierung eines Einspritzbeginns und/oder -endes bzw. einer Einspritzdauer
implementiert und/oder realisiert sein.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ansteuern
eines Kraftstoffinjektors eines Verbrennungsmotors ist oder wird
für wenigstens eine Einzeleinspritzung aus einer Vielzahl
von Einzeleinspritzungen des Kraftstoffinjektors, ein Einspritz-Zeitabschnitt
definiert bzw. vergeben, welcher eine längere Dauer besitzt,
als die wenigstens eine Einzeleinspritzung. Innerhalb dieses Einspritz-Zeitabschnitts
erfolgt dann durch den betreffenden Kraftstoffinjektor die Einzeleinspritzung
bzw. eine Mehrzahl von Einzeleinspritzungen. Hierbei ist es bevorzugt,
dass eine Einzeleinspritzung bzw. eine Mehrzahl von Einzeleinspritzungen
eines anderen Kraftstoffinjektors außerhalb des Einspritz-Zeitabschnitts
des einen Kraftstoffinjektors erfolgt.
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Es
ist bevorzugt, dass für wenigstens eine Einzeleinspritzung
aus einer Vielzahl von Einzeleinspritzungen eines anderen Kraftstoffinjektors,
ein anderer Einspritz-Zeitabschnitt festgelegt wird, der zeitlich überschneidungsfrei
zum ersten Einspritz-Zeitabschnitt angeordnet ist. Ferner kann das
erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern des oder der
Kraftstoffinjektoren, durch das oben erläuterte Verfahren
zum Definieren oder Vergeben eines Einspritzbereichs für
einen Kraftstoffinjektor ergänzt bzw. darauf angewendet
werden.
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Hierbei
ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die wenigstens
eine Einzeleinspritzung in ihrem Einspritz-Zeitabschnitt zeitlich
derart positioniert ist oder wird, dass sie einem gewünschten
Einspritz-Zeitpunkt bzw. Einspritzbeginn/-ende am Nächsten
kommt, und/oder dass sie vollständig abgeschlossen werden
kann, also eine gesamte Einspritzmenge eingespritzt wird. D. h.
eine erste der wenigstens einen Einzeleinspritzung beginnt frühestens
mit ihrem Einspritz-Zeitabschnitt, und/oder eine letzte der wenigstens
einen Einzeleinspritzung endet spätestens mit ihrem Einspritz-Zeitabschnitt.
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Gemäß der
Erfindung wird eine Einspritzposition und eine Einspritzmenge bzw.
-dauer, bevorzugt für jede Einzeleinspritzung bzw. Mehrzahlen
von Einzeleinspritzungen a priori oder dynamisch mit Hilfe von Limitierungen
zeitlich determiniert. Hierbei kann erfindungsgemäß ausgeschlossen
werden kann, dass zwei oder mehr Einzeleinspritzungen auf zwei Einspritzventilen
zweier Kraftstoffinjektoren, die von derselben Endstufe elektrisch
versorgt werden, gleichzeitig angesteuert werden und sich so Konflikte ergeben.
D. h. gemäß der Erfindung können alle
gewünschten bzw. notwendigen Einzeleinspritzungen auch
mit einer geringen Anzahl von Endstufen, im günstigsten
Fall nur einer einzeigen Endstufe, realisiert werden.
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Ferner
ergibt sich erfindungsgemäß der Vorteil, dass
eine Überwachung möglicher Konflikte von zeitlich
kollidierenden Einzeleinspritzungen nicht notwendig ist. Darüber
hinaus ist es nicht notwendig, im Falle eines Konflikts von Einspritzparametern,
wie Einspritzposition und/oder Einspritzdauer, die Einspritzparameter
zu verändern. Eine Definition der erlaubten zeitlichen
und mengenmäßigen Grenzen der Einspritz-Zeitabschnitte
erfolgt beispielsweise durch Kalibrierung. Dies hat den Vorteil,
dass die tatsächlich umgesetzten Einspritzparameter und
deren Grenzen stets bekannt und durch Kalibrierung beeinflussbar
sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Schaubild, in welchem Mehrfacheinspritzungen einer Mehrzahl von
Zylindern eines Verbrennungsmotors dargestellt sind, wobei eine Nacheinspritzung
eines ersten Zylinders mit einer Haupteinspritzung eines zweiten
Zylinders zeitlich kollidiert;
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2 ein
der 1 entsprechendes Schaubild, an Hand welchem eine
erfindungsgemäße Definition bzw. Vergabe eines
Einspritz-Zeitabschnitts für die Nacheinspritzung des ersten
Zylinders des Verbrennungsmotors näher erläutert
wird; und
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3 ein
Schaubild, an Hand welchem eine beispielhafte Implementierung der
Erfindung (graue Kästen) in eine Steuerung des Verbrennungsmotors bzw.
für dessen Kraftstoffinjektoren dargelegt wird.
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Wenn
von dem Begriff „Steuerung” die Rede ist, so soll
darunter auch der Begriff „Regelung” fallen; d.
h. der Begriff „Regelung” stellt einen Sonderfall einer „Steuerung” dar.
Ferner sollen unter dem Begriff „zeitlich überschneidungsfrei” zwei
Zeitspannen verstanden werden, die keinen gemeinsamen Zeitbereich
besitzen, d. h. zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig ablaufen. Möglich
ist jedoch, dass die eine Zeitspanne an einem Zeitpunkt beginnt,
an welchem die andere Zeitspanne ihren zeitlichen Endpunkt besitzt.
Des Weiteren werden die Begriffe „Einspritzmasse” oder „Masse” mit
den Begriffen „Einspritzmenge” bzw. „Menge” synonym
verwendet; diese Begriffe sind physikalisch über eine bekannte,
wenn notwendig temperatur- und druckabhängige, Funktion
miteinander verknüpft und werden daher sinngleich verwendet.
Ferner kann unter dem Begriff Einspritzung auch eine Mehrzahl von
Einzeleinspritzungen verstanden werden.
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Moderne
Einspritzstrategien im Bereich von Benzin- und Diesel-Verbrennungsmotoren
beruhen auf Einspritzsequenzen, in welchen pro Zylinder und Arbeitsspiel
eines Kolbens des Verbrennungsmotors, eine beträchtliche
Anzahl von Einzeleinspritzungen umzusetzen sind. Dies sind typischerweise
vier bis über sieben Einzeleinspritzungen. Die Einspritzpositionen
bzw. -zeitbereiche innerhalb der Sequenz werden in einer Abhängigkeit
von einem Verbrennungsziel einer jeden Einzeleinspritzung, in einem
großen Winkelbereich einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
in einem Innenraum des betreffenden Zylinders platziert. Dieser
Winkelbereich beginnt weit vor und endet weit nach einem oberen
Totpunkt eines betreffenden oder eines jeden Zylinders.
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Die
Einspritzungen (Mehrfach- oder Einzeleinspritzung(en)) in die betreffenden
Zylinder werden durch eine Ansteuerung von piezoelektrischen oder
elektromagnetischen Stellgliedern innerhalb von Kraftstoffinjektoren
realisiert. Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren erfolgt über
mindestens eine zugeordnete Endstufe, welche deren Versorgung mit elektrischem
Strom sicherstellt. Ein Ziel der Erfindung ist es, die für
die Verbrennungsoptimierung notwendigen und zu definierenden Einzeleinspritzungen möglichst
flexibel derart anzusteuern, dass eine möglichst geringe
Anzahl von Endstufen notwendig ist, um die Einspritzdüsen
der Kraftstoffinjektoren aller Zylinder zu bedienen.
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Der
große Winkelbereich, der deutlich über 180°-Kurbelwinkel
liegen kann und über welchen sich die Einzeleinspritzungen
einer Einspritzsequenz hinweg erstrecken, führt dazu, dass
die Einspritzsequenz eines einer Endstufe zugeordneten Kraftstoffinjektors,
sich mit der Einspritzsequenz mindestens eines zweiten bzw. eines
weiteren, oder mehreren zweiten bzw. mehrerer Kraftstoffinjektoren
zeitlich überschneidet, die von derselben Endstufe angesteuert
werden. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen,
geeignete Einspritzpositionen derart vorzugeben, dass ein störungsfreies
Umschalten der Endstufe von Einzeleinspritzung zu Einzeleinspritzung
möglich ist, wobei mehrmalige Wechsel von Zylindern bzw.
Kraftstoffinjektoren durch die Endstufe eingeschlossen sein sollen.
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Erfindungsgemäß werden
für Einzeleinspritzungen und/oder Mehrzahlen von Einzeleinspritzungen,
a priori erlaubte Winkel- und/oder Mengenbereiche – im
Folgenden hauptsächlich als Einspritz-Zeitabschnitte bezeichnet – derart
vorgegeben, dass ausgeschlossen werden kann, dass eine zeitliche Überschneidung
zwischen der Ansteuerung einer Einzeleinspritzung eines Kraftstoffinjektors
mit einer Einzeleinspritzung eines anderen Kraftstoffinjektors entsteht,
welcher von derselben Endstufe angesteuert wird. Statt einer a priori
Vergabe ist auch eine dynamische Vergabe möglich, die erst
während des Betriebs des Verbrennungsmotors, die entsprechenden Einspritz-Zeitabschnitte
einteilt bzw. vergibt. Des Weiteren können mit den erfindungsgemäßen
Einspritz-Zeitabschnitten zeitlich überschneidungsfreie Einspritzintervalle
analog erzeugt werden.
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Hierbei
sind in der Regel für Einspritzungen, wie z. B. (einzelne)
Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen bzw. entsprechende Intervalle
voneinander getrennte Einspritzbereiche – also Einspritz-Zeitabschnitte – vorzugeben.
Jeder individuelle Einspritz-Zeitabschnitt einen Zylinder betreffend
ist dabei zeitlich überschneidungsfrei zu jedem anderen Einspritz-Zeitabschnitt
einen anderen oder eine Mehrzahl von anderen Zylindern betreffend
vorgesehen, wobei die Kraftstoffinjekto ren der beteiligten Zylinder
durch dieselbe Endstufe mit elektrischem Strom versorgt werden.
Die Einspritz-Zeitabschnitte werden durch eine jeweilige Vorgabe
geeigneter Limitierungen für Einspritzposition und/oder
Einspritzmenge bzw. -dauer realisiert.
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In
der 1 der Zeichnung ist eine Einspritzsequenz ES1 eines ersten Zylinders Z1 eines
Verbrennungsmotors mit fünf Einzeleinspritzungen EZ1 dargestellt, die sich in zwei Vor- VE:
VE1, VE2, zwei Haupt-
HE: HE1, HE2 und
eine Nacheinspritzung NE: NE1 eines den
ersten Zylinder Z1 betreffenden Kraftstoffinjektors
K1 aufteilen. Die beiden Vor- VE1, VE2, die beiden
Haupt- HE1, HE2 und
die einzelne Nacheinspritzung NE1 bilden
dabei jeweils ein Einspritzintervall EI1 des
ersten Zylinders Z1. Die beiden Voreinspritzungen
VE1, VE2 finden
zeitlich (siehe Zeitpfeil t in der 1) vor,
und die beiden Haupteinspritzungen HE1,
HE2 finden zeitlich nach einem oberen Totpunkt
oT1 eines im Zylinder Z1 verschieblich
gelagerten Kolbens statt. Die z. B. innerhalb einer Regenerationssequenz
für einen Partikelfilter notwendige Nacheinspritzung NE1 findet zeitlich weit nach dem oberen Totpunkt
oT1, in der Nähe eines unteren
Totpunkts uT1 des Kolbens des Zylinders
Z1 statt.
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Eine
Einspritzsequenz ES2 eines zweiten bzw.
anderen Zylinders Z2 soll in diesem Beispiel ebenfalls
fünf Einzeleinspritzungen EZ2 umfassen,
die zeitlich in Bezug auf einen Kolben des zweiten Zylinders Z2 im Wesentlichen wie die Einzeleinspritzungen EZ1 des Kolbens des ersten Zylinders Z1 angeordnet sein sollen. Der erste K1 sowie der zweite Kraftstoffinjektor K2 werden dabei von einer gemeinsamen Endstufe
Amp elektrisch angesteuert. Ferner deutet die 1 weitere
zweite K..., Kn bzw.
andere Kraftstoffinjektoren K..., Kn an, die ebenfalls von derjenigen Endstufe
Amp angesteuert werden, welche auch den ersten K1 und
den zweiten Kraftstoffinjektor K2 mit elektrischen
Leistungsimpulsen versorgt.
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In
einem Betrieb des Verbrennungsmotors tauchen bei sich über
einen vergleichsweise großen Winkelbereich (bei Vierzylinder-Verbrennungsmotoren
bei Winkelbereichen von ca. 180° und größer)
erstreckenden Einspritzsequenzen ES1, ES2, ES..., ESn zeitliche Überschneidungen auf,
wobei die Einspritzsequenzen ES1, ES2, ES..., ESn durch dieselbe Endstufe realisiert werden
sollen. D. h. in dem einen Zylinder Z ist noch eine oder eine Mehrzahl
von Einzeleinspritzungen E notwendig, während eine Einspritzsequenz
ES eines anderen Zylinders Z durch dieselbe Endstufe Amp initiiert
werden muss.
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Dies
ist in der 1 dargestellt, wobei sich die
Nacheinspritzung NE1 des ersten Zylinders
Z1 mit der ersten Haupteinspritzung HE1 des zweiten Zylinders Z2 zeitlich überschneidet
bzw. überlappt. D. h. ein Zeitabschnitt der Nacheinspritzung
NE1 liegt zeitgleich zu einem Zeitabschnitt
der ersten Haupteinspritzung HE1. Eine solche Überschneidung
ist mittels einer einzigen Endstufe Amp nicht darstellbar, da diese
immer nur einen einzelnen Kraftstoffinjektor K mit elektrischen
Leistungsimpulsen versorgen kann.
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Um
dies dennoch zu realisieren, werden die kollidierenden Einzeleinspritzungen
NE1, HE1 zeitlich derart
getrennt, dass sie keinen gemeinsamen Zeitabschnitt mehr haben.
Es ist dabei generell bevorzugt, dass nur diejenige Einzeleinspritzung
zu einem anderen Zeitpunkt beginnt, welche eine niedrigere Priorität
gegenüber der kollidierenden besitzt. Allgemein gilt, dass
zu einem Drehmoment des Verbrennungsmotors beitragende Einzeleinspritzungen
gegen über anderen bevorzugt sind. Dies sind mit abfallender
Priorität die Haupteinspritzungen HE, die Voreinspritzungen
NE und schließlich mit der geringsten Priorität
die Nacheinspritzungen NE, welche zu einem Drehmoment nichts beitragen,
da sie der Partikelfilter-Regeneration dienen. D. h. in erster Linie, dass
eine Lage der Haupteinspritzungen HE nicht verändert werden
sollte.
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Für
das vorliegende Beispiel bedeutet dies, dass die Nacheinspritzung
NE1 des ersten Zylinders Z1,
wenn sie denn mit der selben Endstufe Amp realisiert werden soll
wie die erste Haupteinspritzung HE1 des
zweiten Zylinders Z2, zu einem anderen Zeitpunkt
beginnen muss. Dabei sollte dieser Zeitpunkt derart gewählt
werden können, dass die Nacheinspritzung NE1 auch
noch vollständig abgeschlossen werden kann. D. h. im vorliegenden
Beispiel, dass die Nacheinspritzung NE1 zeitlich
vor oder nach der Haupteinspritzung HE1 stattfinden
kann. Darüber hinaus wäre eine noch weitere zeitliche
Verschiebung möglich, was eher in Ausnahmefällen,
z. B. von kurz aufeinander folgenden Einspritzungen (im vorliegenden
Beispiel VE2 und HE1,
sowie HE1 und HE2)
Sinn machen könnte.
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Erfindungsgemäß wird
der Nacheinspritzung NE1 ein Einspritz-Zeitabschnitt
EZa zugewiesen, welcher sich mit keiner der neben der Haupteinspritzung HE1 befindlichen Einzeleinspritzung E, im vorliegenden
Fall der zweiten Voreinspritzung VE2 oder
der zweiten Haupteinspritzung HE2 des zweiten
Zylinders Z2, zeitlich überschneidet.
Hierbei gibt es, wie in 1 dargestellt, zwei mögliche
Einspritz-Zeitabschnitte EZa. Es ist bevorzugt, dass der entsprechenden
Einspritzung E derjenige Einspritz-Zeitabschnitt EZa zugewiesen
wird, mit welchem es möglich ist, diese Einspritzung E
zeitlich näher zu ihrem idealen Einspritzzeitpunkt iEZ
bzw. idealen Einspritzzeitbereich erfolgen zu lassen. Im vorliegenden
Beispiel ist dies derjenige Einspritz-Zeitabschnitt EZa, welcher zwischen
der zweiten Voreinspritzung VE2 und der ersten
Haupteinspritzung HE1 des zweiten Zylinders Z2 angeordnet ist. Siehe hierzu auch die 2.
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Gemäß der
Erfindung erfolgt die Zuweisung des Einspritz-Zeitabschnitts EZa
in einem zeitlichen Vorfeld, was z. B. a priori möglich
ist. D. h. für alle Verbrennungsmotoren einer Serie werden
bevorzugt in einer Motorsteuerung entsprechende Kennfelder angelegt
bzw. angepasst. Dies kann jedoch auch zeitlich kurzfristig vor den
entsprechenden (Einzel-)Einspritzungen E bzw. Einspritzintervallen
EI oder – sequenzen ES erfolgen. Diese Zuweisung von Einspritzzeitabschnitten
EZa kann für alle oder nur einen Teil der Einzeleinspritzungen
E erfolgen. Ferner ist es möglich, eine Mehrzahl von Einzeleinspritzungen
E in einem solchen Einspritz-Zeitabschnitt EZa zusammen zufassen.
Hierfür eignen sich z. B. die Vor- VE, HE oder auch die
Nacheinspritzungen NE. Es ist natürlich auch möglich,
Einspritzungen E kategorieübergreifend mit einem gemeinsamen
Einspritz-Zeitabschnitt EZa zusammenzufassen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erhält
eine jede Einzeleinspritzung E einen solchen erfindungsgemäßen
Einspritz-Zeitabschnitt EZa, wobei in einem einzigen Einspritz-Zeitabschnitt EZa
eine Mehrzahl von Einzeleinspritzungen E enthalten. sein können.
Ersteres ist für die erste Haupteinspritzung HE1 des zweiten Zylinders Z2 in
der Zeichnung allerdings nicht dargestellt. Erfindungsgemäß werden
dann die Einspritz-Zeitabschnitte EZa einander unter der Voraussetzung
zeitlich überschneidungsfrei angeordnet, dass die Einzeleinspritzungen
dieser Einspritz-Zeitabschnitte EZa von einer einzelnen oder einer
einzigen Endstufe angesteuert werden.
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Hierbei
ist es bevorzugt, dass die Einzeleinspritzungen E mit einer vergleichsweise
geringen Priorität einen größeren bzw.
länger dauernden Einspritz-Zeitabschnitt EZa zugewiesen
bekommen, als Einspritzungen E mit einer vergleichsweise hohen Priorität.
Insbesondere ist es möglich, für die Haupteinspritzungen
HE die Einspritz-Zeitabschnitte EZa derart kurz auszugestalten,
dass sie nur noch geringfügig länger sind oder
sogar mit der jeweiligen Haupteinspritzung HE im Wesentlichen zusammenfallen
(je nach einer Betriebssituation des Verbrennungsmotors). Für
die Bestimmung der Einspritz-Zeitabschnitte EZa der Haupt- HE und
Nebeneinspritzungen NE sollten noch andere Kriterien mit in Betracht
gezogen werden (siehe unten). Die Einspritz-Zeitabschnitte EZa der
Nacheinspritzungen NE können vergleichsweise groß bzw.
lang ausgestaltet werden, da es hier auf eine eingespritzte Kraftstoffmenge
ankommt und nicht so sehr auf einen Beginn oder ein Ende der Nacheinspritzung
NE.
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Da
die Erfindung die Einspritz-Zeitabschnitte EZa in einem zeitlichen
Vorfeld bzw. a priori den jeweiligen (Einzel-)Einspritzungen E zuordnet,
sollte vorher bekannt sein, in welchen Situationen zeitliche Überlappungen
von Einzeleinspritzungen E: VE, HE, NE einer Mehrzahl von Zylindern
Z1, Z2, Z..., Zn auftreten,
um die Einspritz-Zeitabschnitte EZa für die jeweiligen
Einzeleinspritzungen E sinnvoll zuordnen zu können. Hierbei
sollte einer entsprechenden Einzeleinspritzung E noch eine genügend
große Zeit- bzw. Winkelspanne innerhalb des jeweiligen
Einspritz-Zeitabschnitts EZa eingeräumt werden, in welchem
sie dann zu einem wenigstens befriedigenden Zeitpunkt appliziert
und darüber hinaus auch noch vollständig abgeschlossen
werden kann.
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Im
Folgenden wird nun eine nicht abschließende Auswahl angegeben,
in welchen Situationen es zu Überschneidungs-Konflikten
von (Einzel-)Einspritzungen E kommen kann.
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Wie
oben schon angedeutet, betrifft dies eine späte Nacheinspritzung
NE, die z. B. in einem Bereich von ca. 200°-Kurbelwinkel
nach dem oberen Totpunkt oT des Kolbens des betreffenden Zylinders Z
platziert werden soll. Diese Nacheinspritzung NE ist für
die Regeneration des Partikelfilters in gewissen Zeitabständen
notwendig und kann sich mit Einzeleinspritzungen E eines anderen
Zylinders Z zeitlich überlappen. Dies lässt sich
unter anderem durch eine Untersuchung der Basis-Kennfelder für
eine Einspritzmenge (Base Fuel Mass Maps in einer Vorsteuerung)
herausfinden. Hierbei wird dann ein Einspritz-Zeitabschnitt EZa
für die Nacheinspritzung NE des betreffenden Kraftstoffinjektors
K derart ausgewählt, dass er abseits von Einspritz-Zeitabschnitten EZa
eines Kraftstoffinjektors K liegt, der von der selben Endstufe Amp
angesteuert wird.
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Ferner
können sich Konflikte mit einer Close-loop Temperatur-Überwachung
bzw. Steuerung/Regelung am Partikelfilter ergeben. Hierdurch wird
eine Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung NE kurzfristig angepasst,
sodass eine zeitlich eigentlich nicht kollidierende Nacheinspritzung
NE doch mit einer Einzeleinspritzung E eines anderen Zylinders Z kollidieren
kann. D. h. ein entsprechender Einspritz-Zeitabschnitt EZa sollte
zeitlich ausreichend lang gewählt werden, sodass auch bei
einer großen Mengenkorrektur des Kraftstoffs nach oben,
z. B. weil eine Temperatur im Partikelfilter zu gering ist, noch genügend
Kraftstoff mittels des betreffenden Kraftstoffinjektors K in den
Zylinder Z eingespritzt werden kann. Der Kraftstoff verbrennt dann
hauptsächlich erst in einem Abgastrakt und erhöht
die Temperatur im Partikelfilter für eine möglichst
optimale Regeneration.
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Darüber
hinaus können sich zeitliche Überschneidungen
auf Grund einer Einstellung einer Zylinder-Balance ergeben. Hierbei
wird versucht, je Koben, z. B. im Leerlauf des Verbrennungsmotors,
immer dasselbe Drehmoment über konstante Zeitspannen hinweg,
auf die Kurbelwelle zu übertragen, um eine möglichst
gute Laufruhe des Verbrennungsmotors zu erzielen. Dies kann z. B.
auch für eine konstante Geschwindigkeit, eine konstante
Beschleunigung oder einen konstanten Ruck erfolgen. Hierbei werden
die Drehmoment-relevanten Einspritzungen VE, HE bevorzugt von ihrer
Dauer her teilweise variiert. Dies gilt es bei der Vergabe der Einspritz-Zeitabschnitte
EZa für die Vor- VE und Haupteinspritzungen HE zu berücksichtigen,
d. h. die jeweiligen Einspritz-Zeitabschnitte EZa werden geringfügig
größer. Dies schränkt eine Freiheit bei
der Vergabe der anderen Einspritz-Zeitabschnitte EZa ein, welche
von einem betreffenden Kraftstoffinjektor K durchgeführt werden,
der von derselben Endstufe angesteuert wird.
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Des
Weiteren können sich aktuelle Verschiebungen der Einspritzzeitpunkte
und -dauern der jeweiligen Einspritzungen E auf Grund einer dynamischen
Fahrsituation und auch auf Grund einer Korrektur einer minimal einzuspritzenden
Kraftstoffmenge (MFMA: Minimum Fuel Mass Adaption) ergeben. Dies
kann bei der Definition der Einspritz-Zeitabschnitte EZa antizipiert
werden. Ersteres ergibt sich insbesondere bei der Veränderung einer
Fahrgeschwindigkeit oder einer Änderung des zu erzeugenden
Drehmoments, sowie bei einem Wechsel eines Verbrennungsmodus. Letztes
erfolgt z. B. wenn eine Einspritzung E: VE, NE nicht ordnungsgemäß abgesetzt
wurde, insbesondere zu kurz oder gar nicht stattgefunden hat, da
gerade die Applizierung von geringen Kraftstoffmengen bei der Vor-
VE oder der Nacheinspritzung NE nicht unproblematisch ist.
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3 zeigt
ein vereinfachtes Schaubild zur elektrischen Leistungsversorgung
einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren K1,
K2, K..., Kn durch eine einzelne Endstufe Amp, welche
von einer Steuerung/Regelung für die Kraftstoffinjektoren
K1, K2, K..., Kn angesteuert
wird. Ferner kann die Steuerung/Regelung eine oder eine Mehrzahl
von weiteren Endstufen Amp ansteuern, was mit den gestrichelten
Pfeilen in 3 angedeutet ist, welche weitere
nicht dargestellte Kraftstoffinjektoren K elektrisch versorgen können.
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Prinzipiell
bestimmt sich für einen jeden Kraftstoffinjektor K1, K2, K...,
Kn eine jede Einzeleinspritzung E zu einem
elektrischen Einspritzbeginn SoI (SoI: Start of Injection) und einer
elektrischen Einspritzdauer TI (TI: Time of Injection). Der Einspritzbeginn
SoI und die Einspritzdauer TI ergeben sich aus Kennfeldern, die
als Eingangsparameter P z. B. eine Drehzahl, ein Drehmoment und/oder
Temperaturen des Verbrennungsmotors, sowie beispielsweise einen
Fahrerwunsch, Partikelfilterparameter und/oder Umgebungsbedingungen
repräsentieren. Hierbei kann sich der Einspritzbeginn SoI
in einen frühen und einen späten Einspritzbeginn
SoI im jeweiligen Einspritz-Zeitabschnitt EZa aufsplitten, welcher
von der Steuerung/Regelung je nach Anforderung auf Grund der Eingangsparameter
P ausgewählt wird.
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Die
Endstufe Amp erhält von der Steuerung/Regelung, die aus
einer jeweiligen Einspritzmenge durch die Steuerung/Regelung berechnete, jeweilige
elektrische Einspritzdauer TI; und den jeweiligen elektrischen Einspritzbeginn
SoI einer jeweiligen Einzeleinspritzung E. Diese Informationen setzt die
Endstufe Amp entsprechend um und veranlasst die Kraftstoffinjektoren
K1, K2, K..., Kn mit den von
der Steuerung/Regelung bestimmten Kriterien den Kraftstoff in die
betreffenden Zylinder Z1, Z2,
Z..., Zn einzuspritzen.
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Je
nach einer Ausführungsform der Steuerung/Regelung erhält
oder berechnet diese aus wenigstens einem Basis-Kennfeld für
den Einspritzbeginn und/oder das Einspritzende und/oder die Einspritzdauer,
und wenigstens einem Kennfeld für eine Limitierung des
Einspritzbeginns und/oder des Einspritzendes und/oder der Einspritzdauer;
auf Grund der Eingangsparameter P den jeweiligen elektrischen Startwert
für den Einspritzbeginn SoI (Abschnitt unter der strichpunktierten
horizontalen Linie des Schaubilds der 3). Hierbei
erfolgt die erfindungsgemäße Limitierung in Form
der jeweiligen Einspritz-Zeitabschnitte EZa innerhalb des letztgenannten
Kennfelds – siehe auch den grauen Kasten in 3 –,
wobei der durch das Basis-Kennfeld (Vorsteuerung) ermittelte Einspritzbeginn
durch einen Limiter beschränkt wird. Ein spätestes
Ende einer jeweiligen Einspritzung E ist dabei dann der frühest mögliche
zeitliche Beginn einer folgenden Einspritzung E, die durch dieselbe
Endstufe Amp realisiert wird; und vice versa.
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Je
nach einer Ausführungsform der Steuerung/Regelung erhält
oder berechnet diese aus wenigstens einem Basis-Kennfeld für
die Einspritzmenge, und wenigstens einem Kennfeld für die
Limitierung der Einspritzmenge; einen jeweiligen elektrischen Wert
für die Einspritzdauer TI (Abschnitt über der
strichpunktierten horizontalen Linie des Schaubilds der 3).
Hierbei entspricht das Basis-Kennfeld wiederum einer Vorsteuerung,
die aufgrund der Eingangsparameter P die jeweilige einzuspritzende Menge
einer Einzeleinspritzung E bestimmt. Sollte es sich dabei um eine
Nacheinspritzung NE handeln, so wird diese Menge durch die Temperaturüberwachung des
Partikelfilters modifiziert. Ist die Temperatur des Partikelfilters
beispielsweise zu hoch, so wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge
verringert.
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Anschließend
findet durch das Kennfeld für die Limitierung der Einspritzmenge
eine Begrenzung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge statt. Hierbei wird
bevorzugt auch der erfindungsgemäße Einspritz-Zeitabschnitt
EZa mit berücksichtigt. Sollte z. B. auf Grund einer einzuspritzenden
Kraftstoffmenge einer Einzeleinspritzung E, eine Einspritzdauer
das zeitliche Ende des Einspritz-Zeitabschnitts EZa der Einzeleinspritzung
E überschreiten, so sollte die Einzeleinspritzung E abgebrochen
werden, damit es keinen Konflikt mit der von derselben Endstufe
anzusteuernden folgenden Einzeleinspritzung E gibt. Dies erfolgt
wiederum durch einen Limiter. Im Anschluss daran kann noch die Zylinder-Balance
berücksichtigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Euro 4-Norm [0005]
- - Abgasnormen-Euro 5 [0005]