DE102010022818B4 - Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung, wobei Messungen des Kraftstoffdruckes während der Kraftstoffeinspritzung erfolgen, wobei aus den Messungen ein Kraftstoffdruckmittelwert gebildet wird, wobei die Speicherung einer Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten für eine Folge von Kraftstoffeinspritzungen erfolgt, wobei eine Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele in Abhängigkeit der Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten erfolgt, wobei die einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele gewichtet werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
• Wie allgemein bekannt, können Verbrennungskraftmaschinen über eine gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung für alle Zylinder verfügen. Über Kraftstoffinjektoren wird dieser Leitung Kraftstoff entnommen, um ihn in den Brennraum einzubringen. Eine Hochdruckkraftstoffpumpe wird beispielsweise durch die Nockenwelle angetrieben. Sowohl Kraftstoffförderung als auch Kraftstoffentnahme sind diskontinuierlich ablaufende Prozesse. Als Resultat zeigen sich mit der Umdrehung der Kurbelwelle korrelierte Druckschwingungen in der Kraftstoffleitung. Die elektronische Motorsteuerung berechnet die Dauer zur Ansteuerung der Einspritzventile in Abhängigkeit von der benötigten Kraftstoffmenge und dem herrschenden Druck in der Kraftstoffleitung. Dabei wird der Druck beispielsweise in einem festgelegten zeitsynchronen Schema abgetastet und gemittelt. Bei der Berechnung der Druckmittelwerte ergeben sich hierbei Unzulänglichkeiten. Üblicherweise wird der Druck in der Kraftstoffleitung zeitsynchron abgetastet und in einem festen zeitsynchronen Raster gemittelt. Daraus resultiert eine Unterabtastung des Messsignals, dies verursacht Aliasing-Effekte sowie systematische Fehler in der Einspritzdauerberechnung. Als Ergebnis ist die real in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge mit Fehlern behaftet. Daraus ergeben sich Nachteile für die Rohemissionen, die Abgasnachbehandlung und die Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine. Außerdem werden real nicht existierende Störungen in den Regelkreis der Druckregelung des Kraftstoff-Hochdrucksystems eingekoppelt.
• Beispielsweise aus der DE 197 26 757 B4 ist es vorbekannt, dass ein Korrekturwert aus mindestens einer Messung des auf den Kraftstoff wirkenden Druckes ermittelt wird, dass ein Mittelwert aus mehreren Messungen des auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes bestimmt wird und dass aus dem Mittelwert und dem Korrekturwert der bei der nächsten Einspritzung von Kraftstoff auf den Kraftstoff voraussichtlich wirkende Druck ermittelt wird. Der Mittelwert wird beispielsweise auf Grundlage einer Anzahl von Messwerten des Druckes in der Kraftstoffhochdruckleitung gebildet, wobei jeweils ein Messwert kurz vor einer Einspritzung erfasst wird, wobei die Messwerte aufaddiert und die Summe durch die Anzahl der Messwerte geteilt wird. Der Korrekturwert wird beispielsweise dadurch für jede einzelne Einspritzung ermittelt, dass der Druck in der Kraftstoffhochdruckleitung über die gesamte Dauer der Einspritzung erfasst und gemittelt wird, was die genaueste Variante darstellt, da Druckschwankungen während der Einspritzung mit berücksichtigt werden. Eine Ermittlung der Dauer der Einspritzung von Kraftstoff erfolgt im weiteren Verlauf auf Grundlage des Mittelwertes und des Korrekturwertes. Werden jedoch Druckwerte über die gesamte Dauer der Einspritzung zur Bestimmung des Korrekturwertes erfasst, ergeben sich insbesondere bei langer Einspritzdauer und hoher Drehzahl Schwierigkeiten, den Korrekturwert, und somit den Druckwert zu kalkulieren, der während einer nachfolgenden Einspritzung vorliegt, da die Rechenzeit beziehungsweise die dafür erforderliche Kapazität in einem gängigen Motorsteuergerät stark begrenzt ist. Praktisch erfolgt dann, wie in der DE 197 26 757 B4 in einer Ausführung beschrieben, lediglich an einem oder zwei Punkten während der Einspritzung eine Erfassung von Druckwerten, so dass der Korrekturwert nicht mehr im vollen Maße die realen Druckverhältnisse während der Einspritzung widerspiegelt. Die Kalkulation des Korrekturwertes, und somit des Druckwertes für eine in der Zukunft liegende Einspritzung wird zudem erschwert, wenn die Verbrennungskraftmaschine dynamisch betrieben wird und die Parameter der Einspritzung innerhalb kurzer Zeit Änderungen unterworfen sind und sich beispielsweise bei einem schlagartig erhöhten Fahrerwunsch der Verlauf des Druckes während einer Einspritzung infolge einer Drehzahl- und Drehmomentänderung der Verbrennungskraftmaschine stark verändert, insbesondere infolge einer größeren Entnahme von Kraftstoff aus dem gemeinsamen Kraftstoffhochdruckspeicher, wobei sich, wie beschrieben, gleichzeitig die zur Verfügung stehende Rechenzeit verkürzt. Ziel muss es folglich sein, möglichst den gesamten Verlauf des Druckes während einer Einspritzung hoch aufgelöst zu erfassen, um in Abhängigkeit von dem Verlauf des Druckes die Dauer der Einspritzung für eine darauffolgende Einspritzung zu bestimmen, unabhängig davon, wie viel Zeit zur Kalkulation zur Verfügung steht und ohne dass die Rechenkapazitäten des betreffenden Steuergerätes erheblich gesteigert werden sowie beim dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dennoch eine möglichst genaue Vorhersage des Druckes für zukünftige Einspritzdauerberechnungen möglich ist.
• Weiterhin ist es gemäß der DE 10 2005 014 161 A1 Stand der Technik, einen Kraftstoffdrucksensor in einem Kraftstoffdruckspeicher einer Zuführeinrichtung für Kraftstoff einer Brennkraftmaschine anzuordnen. Die Zuführeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe, die Kraftstoff in den Kraftstoffdruckspeicher fördert, und Einspritzventile auf, die mit dem Kraftstoffdruckspeicher verbunden sind. Zur Ermittlung der Kraftstoffdruckwerte werden die zeitlichen Änderungen der Messwerte des dem Kraftstoffdruckspeicher zugeordneten Kraftstoffdrucksensors berücksichtigt. Hierzu werden in einer Regeleinheit die Messwerte des Kraftstoffdrucksensors erfasst und ein Mittelwert aus mehreren aufeinander folgenden Messwerten gebildet. Des Weiteren wird ein von der zeitlichen Änderung der Messwerte des Kraftstoffdrucksensors abhängiger Faktor berechnet. Der Kraftstoffdruckwert wird aus der Summe des Mittelwertes und des Faktors gebildet. Transiente Zustände der Brennkraftmaschine werden durch den auf diese Weise berechneten Kraftstoffdruckwert berücksichtigt.
• Darüber hinaus ist aus der DE 100 12 024 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe in einen Druckspeicher gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher über ein Einspritzventil in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet wird. Um insbesondere bei starken Druckschwankungen des Speicherdrucks die einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, dass aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten ein geschätzter Druckwert berechnet und als der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck zur Berechnung der Öffnungsdauer des Einspritzventils herangezogen wird, falls der Betrag des Gradienten des Speicherdruckverlaufs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Ziele zu erreichen.
• Die Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung vorgeschlagen, wobei Messungen des Kraftstoffdruckes während der Kraftstoffeinspritzung erfolgen, wobei aus den Messungen ein Kraftstoffdruckmittelwert gebildet wird, wobei die Speicherung einer Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten für eine Folge von Kraftstoffeinspritzungen erfolgt, wobei eine Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele in Abhängigkeit der Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten erfolgt, wobei die einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele gewichtet werden. Bevorzugt erfolgt die Wichtung der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge in Abhängigkeit von dem zeitlichen Rang der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge. Beispielsweise werden erfindungsgemäß die Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge, welche in naher Vergangenheit liegen, stärker als die Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge bei der Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer gewichtet, als welche, die zeitlich weiter zurückliegen, so dass stets möglichst aktuelle Werte vorliegen. Andererseits ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, in Situationen, bei denen kritische Bedingungen hinsichtlich einer ausreichend schnellen Berechnung der für zukünftig geltende Kraftstoffdruckmittelwerte herrschen, gezielt noch nicht endgültig berechnete oder unsichere Kraftstoffdruckmittelwerte niedrig zu wichten oder sogar derart zu wichten, dass diese nicht in die Berechnung des Kraftstoffdruckmittelwertes für ein zukünftiges Arbeitsspiel mit einfließen. Von besonderem Vorteil ist es, dass der gesamte Verlauf des Druckes während einer Einspritzung stets hoch aufgelöst erfasst werden kann. So ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, in Betriebsbereichen einer Verbrennungskraftmaschine mit geringer Belastung, also einer kurzen Einspritzdauer und somit einer geringen Anzahl an Druckmesswerten, die einer Mittelung unterzogen werden, mit aktuellen hoch aufgelösten Werten bei der Bestimmung der Einspritzdauer zu arbeiten. Andererseits ist es dann bei hoher Belastung der Verbrennungskraftmaschine und somit einer langen Einspritzdauer und daher einer hohen Anzahl an Druckmesswerten möglich, mittels der erfindungsgemäßen Wichtung gezielt zeitkritische Berechnungen, wie die Mittelung, quasi zu verschieben, indem die möglicherweise noch nicht vollständig abgeschlossenen Berechnungen niedrig gewichtet beziehungsweise über eine entsprechende Wichtung ausgeblendet werden und als Kompromiss für diesen Betriebsbereich die dann zeitlich weiter zurückliegenden, aber dennoch Grundlage von vielen Messwerten gebildeten Kraftstoffdruckmittelwerte heranzuziehen, so dass insgesamt eine effektive Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Rechenkapazitäten möglich ist. Bevorzugt erfolgt die Berechnung der Kraftstoffdruckmittelwerte und somit die Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer mittels einer Gleichung, die in der Vergangenheit liegende Kraftstoffdruckmittelwerte als Eingangswerte verwendet und einen Kraftstoffdruckmittelwert für ein zukünftiges Arbeitsspiel als Ausgangswert liefert, wobei die Wichtung der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte dieser Folge mittels Wichtungsfaktoren erfolgt, deren Summe eins ist. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird weiterhin auf Grundlage der gespeicherten Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten ein Trend bestimmt, wobei der Trend Veränderungen aufeinanderfolgender Kraftstoffdruckwerte der Folge beschreibt. Mit anderen Worten wird ein Gradient der Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten gebildet. Die Ermittlung eines Trends der Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten ermöglicht erfindungsgemäß vorteilhaft für den Fall eines dynamischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine möglichst genaue Vorhersage des Druckes für zukünftige Einspritzdauerberechnungen. Erfindungsgemäß kann der Einfluss des berechneten Trends hinsichtlich seines Einflusses auf die Bestimmung eines Kraftstoffdruckmittelwertes für ein zukünftiges Arbeitsspiel ebenfalls gewichtet werden. Erfindungsgemäß ist es von großem Vorteil, dass eine zeitlich hoch aufgelöste Messung des Kraftstoffdruckes während der Kraftstoffeinspritzung erfolgen kann, insbesondere auch bei einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, so dass stets der gesamte Verlauf des Kraftstoffdruckes einer Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer zu Grunde gelegt werden kann, wobei für den Fall, dass die Bildung eines Kraftstoffdruckmittelwertes noch nicht abgeschlossen ist, mittels der Wichtung gezielt auf weiter zurückliegende Kraftstoffdruckmittelwerte zurückgegriffen werden kann. Folglich ist es durch die Wichtung der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der gespeicherten Folge erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, in der gespeicherten Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten zeitlich weiter zurückliegende und zeitlich unmittelbar zurückliegende Kraftstoffdruckmittelwerte zu unterscheiden und gezielt in die Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele einzubeziehen. Gegenüber dem Stand der Technik können einzelne in der gespeicherten Folge von Kraftstoffdruckmittelwerte einfach ausgeblendet werden, beispielsweise indem diese mit einem Faktor multipliziert werden, der gleich Null ist. Auf diese Weise lassen sich auch gezielt einzelne Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, die mehrere Zylinder umfasst, unterscheiden.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Wie allgemein bekannt, kann eine Verbrennungskraftmaschine zur Gemischbildung eine Kraftstoffeinspritzung umfassen. Zum Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzung in die Ansauganlage oder direkt in den Brennraum erfolgen. Insbesondere bei einer Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum herrscht ein relativ hohes Kraftstoffdruckniveau im Kraftstoffversorgungssystem, bedingt durch die Anforderungen betreffend der Gemischbildung. Kraftstoffinjektoren sind als schaltbare hydraulische Verbindung zwischen dem Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere eines gemeinsamen Kraftstoffhochdruckspeichers, der Ansauganlage oder der Brennräume vorgesehen. In dem Kraftstoffversorgungssystem und insbesondere in dem Kraftstoffhochdruckspeicher ist ein Drucksensor angeordnet, der mit einem allgemein bekannten Motorsteuergerät zur Erfassung von Kraftstoffdruckwerten verbunden ist. Das Kraftstoffversorgungssystem wird mit einer Kraftstoffhockdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt, wobei die Pumpe beispielsweise als Mehrkolbenpumpe ausgeführt ist. Wie allgemein bekannt, sind weiterhin die Kraftstoffinjektoren mit dem Motorsteuergerät verbunden, so dass eine Steuerung der Zumessung von Kraftstoff zu der Verbrennungskraftmaschine über die Kraftstoffinjektoren in Abhängigkeit des Druckes in dem Kraftstoffversorgungssystem möglich ist. Wie weiterhin allgemein bekannt, fließt der im Kraftstoffversorgungssystem vorherrschende Druck in die Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer ein. Ein Kraftstoffeinspritzvorgang wird durch den Beginn und das Ende der Zumessung von Kraftstoff charakterisiert. Beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine, die nach dem Viertaktprinzip arbeitet, wird bei jedem Arbeitsspiel Kraftstoff zugemessen. Ein Arbeitsspiel umfasst dabei zwei Kurbelwellenumdrehungen. Üblicherweise wird dem Brennraum des im Ansaugtakt beziehungsweise im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders Kraftstoff in einem Einspritzvorgang zugeführt. Angenommen, die Verbrennungskraftmaschine umfasst vier Zylinder, so beginnt prinzipiell alle 180 Grad Kurbelwinkel eine Kraftstoffeinspritzung. Erfindungsgemäß erfolgt während des Kraftstoffeinspritzvorgangs, betreffend den jeweiligen Zylinder, eine zeitlich hoch aufgelöste Messung des Kraftstoffdruckes, so dass zylinderindividuell Kraftstoffdruckwerte beziehungsweise Verläufe des Kraftstoffdruckes in dem Kraftstoffversorgungssystem vorliegen. Diese Werte oder Verläufe fließen erfindungsgemäß in die Berechnung der Einspritzdauer für den nächsten Zylinder ein, wobei zunächst Kraftstoffdruckmittelwerte aus den Kraftstoffdruckwerten beziehungsweise -verläufen gebildet werden. Durch die erfindungsgemäße Speicherung der zylinderindividuellen Kraftstoffdruckmittelwerte in einer Folge lässt sich ein typisches zyklisches Muster dieser Mittelwerte extrahieren. Eine solche Folge von zylinderindividuellen Kraftstoffdruckmittelwerten kann beispielsweise wie folgt aussehen.
• u(k-7)=120 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 0
• u(k-6)=100 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 1
• u(k-5)=118 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 2
• u(k-4)=102 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 3
• u(k-3)=120 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 0
• u(k-2)=100 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 1
• u(k-1 )=118 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 2
• u(k-0)=102 bar => Kraftstoffdruckmittelwert während der Einspritzung für Zylinder 3
• Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Verbrennungskraftmaschine mit vier Zylindern (0 bis 3). Das Beispiel zeigt, dass in dieser Folge beispielhaft acht Kraftstoffdruckmittelwerte (u(k-n)), beispielsweise in einem flüchtigen Speicher, insbesondere einem Ringspeicher, vorgehalten werden. Da sich sowohl die Einflüsse der Mehrkolbenpumpe als auch der Kraftstoffeinspritzungen zyklisch nach vier Verbrennungen wiederholen, ergibt sich im stationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eine Kraftstoffsystemdruckschwingung, die sich in einer periodischen Folge der aufgezeichneten Kraftstoffdruckmittelwerte äußert. Zum Zeitpunkt k-0 muss nun die Ansteuerdauer des Kraftstoffinjektors für Zylinder 0 für das zukünftige Arbeitsspiel zum Zeitpunkt k+1 bestimmt werden. Die dem Zylinder 0 zuzumessende Kraftstoffmenge wird beispielsweise aus einem Kennfeld ausgelesen, das in dem Motorsteuergerät gespeichert ist. In Verbindung mit dem bei der zukünftigen Kraftstoffeinspritzung in dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorherrschenden Kraftstoffdruckmittelwert kann bei bekannter Durchflusscharakteristik des Kraftstoffinjektors besonders genau und zuverlässiger als mit bekannten Verfahren eine Bestimmung der Ansteuerdauer des Injektors erfolgen. Um nun gemäß dem vorliegenden Beispiel für eine Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für Zylinder 0 den dann vorherrschenden Kraftstoffdruckmittelwert zu bestimmen, wird ein dynamisches Modell in Form einer Gleichung (1) verwendet, die in der Vergangenheit liegende Werte (u(k-n)) als Eingangswerte benutzt, um einen Ausgangswert (y(k)) zu berechnen. $$\text{y}\left(\text{k}\right)=\text{f}\left(\text{u}\left(\text{k}\right),\text{u}\left(\text{k}-1\right),\text{u}\left(\text{k}-2\right),\text{u}\left(\text{k}-3\right),\text{u}\left(\text{k}-\text{4}\right)\mathrm{,...}\right)$$

  
• Da die Eingangswerte (u(k-n)) zeitlich geordnet in Gleichung (1) eingesetzt werden, ergibt sich ein zeitlich systematisches Verhalten, wenn man den Vorgang in Zeitschritten abarbeitet. Gleichung (1) beschreibt somit ein physikalisches System, dessen Ausgangswert/Messwert (y(k)) vom Verlauf mehrerer Eingangsgrößen (u(k-n)) abhängig ist. Man kann in einer solchen Nomenklatur aber auch eine Schätzung für zukünftige Werte (y_geschaetzt(k+1|k)) abgeben. Bei geeigneter Wahl der Prädiktionsfunktion f ist es möglich, den zur kommenden Einspritzung herrschenden Druck hinreichend genau zu modellieren. Mit anderen Worten kann zur Bestimmung des Kraftstoffdruckwertes für ein zukünftiges Arbeitsspiel Gleichung (1) durch Gleichung (2) dargestellt werden. $$\text{y\_geschaetzt}\left(\text{k}+\text{1|k}\right)=\text{f}\left(\text{u}\left(\text{k}\right),\text{u}\left(\text{k}-1\right),\text{u}\left(\text{k}-2\right),\text{u}\left(\text{k}-3\right),\text{u}\left(\text{k}-\text{4}\right)\mathrm{,...}\right)$$

  
• Mit dem Index (k+1|k) wird angedeutet, dass der Kraftstoffdruckmittelwert, der im Abtastpunkt (k) ausgerechnet wurde, erst im nächsten Abtastschritt (k+1) als realer Messwert verfügbar sein wird. Gemäß dem oben genannten Beispiel liegt nun durch Messung beziehungsweise Mittelung die Abfolge zylinderindividueller Kraftstoffdruckmittelwerte für die letzten Arbeitsspiele (u(k-7)) bis (u(k-0)) vor.
• Auf Grundlage der oben dargestellten Folge von zylinderindividuellen Kraftstoffdruckmittelwerten (u(k-7)) bis (u(k-0)) kann nun erfindungsgemäß auf Grundlage von Gleichung (2) der Kraftstoffdruckmittelwert (y_geschätzt(k+1|k)) für das zukünftige Arbeitsspiel, nämlich für Zylinder 0, bestimmt werden, siehe Gleichung (3). Dies entspricht einer speziellen Wahl der Prädiktionsfunktion f, in Gleichung (3) ist f(a,b,c,d) = d. Auf Basis von (y_geschätzt(k+1||k)) wird dann auch die Berechnung der Einspritzdauer vorgenommen; bei den bisher bekannten Verfahren wird der Berechnung der Einspritzdauer ein gemessener Druck (für die Vergangenheit gültige Werte) zu Grunde gelegt. $$\text{y\_gesch}\ddot{\text{a}}\text{tzt}\left(\text{k}+1\text{ |k}\right)=\text{u}\left(\text{k}-3\right)=\text{120 bar}$$

  
• Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Wichtung kann der gleiche Zusammenhang auch wie in Gleichung (4) dargestellt werden. $$\text{y\_gesch}\ddot{\text{a}}\text{tzt}\left(\text{k+1|k}\right)=0*\text{u}\left(\text{k}\right)+0*\text{u}\left(\text{k}-1\right)+0*\text{u}\left(\text{k}-2\right)+1*\text{u}\left(\text{k}-3\right)$$

  
• Hierbei werden die einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge gezielt mittels Faktoren insofern gewichtet, dass die für die Bestimmung des Kraftstoffdruckmittelwertes (y_geschätzt(k+1||k)) bei dem zukünftigen Arbeitsspiel, also für Zylinder 0, nicht herangezogenen Kraftstoffdruckmittelwerte (u(k)), (u(k-1)) und (u(k-2)) mit einem Wichtungsfaktor von 0 multipliziert werden, so dass diese aus der Berechnung quasi herausfallen. Demhingegen wird der unmittelbar Zylinder 0 vorangegangene und schon berechnete sowie abgespeicherte Kraftstoffdruckmittelwert (u(k-3)) mit einem Wichtungsfaktor von 1 multipliziert, also zu einhundert Prozent wird gemäß diesem Beispiel vom unmittelbar vorangegangenen Arbeitsspiel des Zylinders 0 und den zu dem Zeitpunkt vorherrschenden Kraftstoffdruckverhältnissen auf Kraftstoffdruckverhältnisse in der Zukunft für den Zylinder 0 geschlossen. Erfindungsgemäß kann eine beliebige Anzahl in der Vergangenheit liegender Kraftstoffdruckmittelwerte zur Bestimmung des Kraftstoffdruckmittelwertes herangezogen werden. Beispielsweise können gemäß der gespeicherten Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten die Kraftstoffdruckwerte von zwei zurückliegenden Arbeitsspielen, nämlich (u(k-3)) und (u(k-7)), herangezogen werden, wie in Gleichung (5) dargestellt. Dies entspricht der Wahl von folgender Prädiktionsfunktion: f(a,b,c,d,w,x,y,z) = .5 * d + .5 * z. $$\text{y\_gesch}\ddot{\text{a}}\text{tzt}\left(\text{k}+1|\text{k}\right)=\left(\text{u}\left(\text{k}-3\right)+\text{u}\left(\text{k}-7\right)\right)\text{/2}=\text{120 bar}$$

  
• Erfindungsgemäß kann unter Einsatz der Wichtungsfaktoren der Zusammenhang zur Bestimmung des Kraftstoffdruckmittelwertes für Zylinder 0 auch wie nachstehend in Gleichung (6) dargestellt, beschrieben werden. $$\begin{array}{l}\text{y\_gesch}\ddot{\text{a}}\text{tzt}\left(\text{k+1|k}\right)=0*\text{u}\left(\text{k}\right)+0*\text{u}\left(\text{k}-1\right)+0*\text{u}\left(\text{k}-2\right)+\mathrm{0,5}*\text{u}\left(\text{k}-3\right)+0*\text{u}\left(\text{k}-4\right)+0*\text{u}\left(\text{k}-5\right)\\ +0*\text{u}\left(\text{k}-6\right)+\mathrm{0,5}*\text{u}\left(\text{k}-7\right)\end{array}$$

  
• Demgemäß werden die Zylinder beziehungsweise Arbeitsspiele, die nicht relevant sind, wieder mit Wichtungsfaktoren gleich null multipliziert, so dass diese ausgeblendet werden, wobei jedoch die zwei zurückliegenden Arbeitsspiele, nämlich (u(k-3)) und (u(k-7)), jeweils zu fünfzig Prozent in die Bestimmung des zukünftigen Kraftstoffdruckmittelwertes für Zylinder 0 einfließen. Erfindungsgemäß kann jedoch auch eine ungleiche Wichtung der zwei zurückliegenden Arbeitsspiele, nämlich (u(k-3)) und (u(k-7)), erfolgen, beispielsweise kann das Arbeitsspiel (k-3) mit 70 und das Arbeitsspiel (k-7) mit nur 30 Prozent gewichtet werden. Eine solche ungleiche Wichtung kann insbesondere auch dann erfolgen, wenn beispielsweise der unmittelbar zurückliegende Kraftstoffdruckmittelwert noch nicht berechnet wurde oder noch berechnet wird beziehungsweise nicht ausreichend Zeit zu dessen Berechnung zur Verfügung steht, beispielsweise bei hohen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine. Wird nun der stationäre Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verlassen und treten insbesondere Änderungen der entnommenen Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher auf, ist es erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, den Trend der Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten mit in die Prädiktionsgleichung (7) einzubeziehen. $$\text{y\_gesch}\ddot{\text{a}}\text{tzt}\left(\text{k+1|k}\right)=\text{u}\left(\text{k-3}\right)+\left(u\left(k-3\right)-u\left(k-7\right)\right)=\text{2*u}\left(\text{k}-3\right)+\left(-1\right)*\text{u}\left(\text{k}-7\right)$$

  
• Wobei auch in diesem Fall insofern eine Wichtung der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der gespeicherten Folge vorgenommen wird, indem die Kraftstoffdruckmittelwerte, die nicht relevant sind, nämlich die der Zylinder 1 bis 3, wieder mit Wichtungsfaktoren gleich null multipliziert werden, so dass diese ausgeblendet werden, wobei jedoch die zwei zurückliegenden Arbeitsspiele (k-3) und (k-7) jeweils zu gleichen Teilen gewichtet in die Bestimmung des Kraftstoffdruckmittelwertes für das kommende Arbeitsspiel des Zylinders 0 einfließen. Angenommen, es wird ein dynamischer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine festgestellt, beispielsweise auf Grundlage einer sprunghaften Änderung des Fahrerwunsches, dann wird eine Einbeziehung des Trends in die Bestimmung des Kraftstoffdruckmittelwertes des nachfolgenden Zylinders, hier Zylinder 0, initialisiert, wobei zunächst die nicht relevanten zurückliegenden Arbeitsspiele anderer Zylinder mit den Faktoren null multipliziert werden, so dass diese in die weitere Berechnung nicht einfließen. Im weiteren Verlauf wird dann der gespeicherten Folge von Kraftstoffdruckwerten beispielsweise ein Kraftstoffdruckwert bei dem Arbeitsspiel (k-3) entnommen, der einen Wert von 100 bar aufweist, wobei weiterhin der Kraftstoffdruckwert bei dem Arbeitsspiel (k-7) entnommen wird, der noch einen Wert von 120 bar aufweist, wobei schon zu erkennen ist, dass in diesem Beispiel eine Prädiktion des zukünftigen Kraftstoffdruckmittelwertes unter Einbeziehung des offensichtlich vorhandenen Trends in der Entwicklung der Kraftstoffdruckmittelwerte infolge einer Änderung der Randbedingungen des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine äußerst zweckmäßig ist. Im Folgenden sei nochmals die Bestimmung des Kraftstoffdruckwertes für das kommende Arbeitsspiel für Zylinder 0 mittels der beispielhaften Gleichung dargestellt, wobei die Einbeziehung des Trends zu einer noch weiter verbesserten Vorhersagegenauigkeit führt, siehe Gleichung (8). $$\begin{array}{l}\text{y\_gesch}\ddot{\text{a}}\text{tzt}\left(\text{k+1|k}\right)=\text{u}\left(\text{k-3}\right)+\left(u\left(k-3\right)-u\left(k-7\right)\right)=\text{2*u}\left(\text{k}-3\right)+\left(-1\right)*\text{u}\left(\text{k}-7\right)=2*120\text{ bar-1*}\\ \text{120 bar }=\text{ 120 bar}\end{array}$$

  
• Erfindungsgemäß können die zwei zurückliegenden Arbeitsspiele (k-3) und (k-7) jeweils unterschiedlich gewichtet in die Bestimmung des Kraftstoffdruckmittelwertes für das kommende Arbeitsspiel des Zylinders 0 einfließen. Beispielsweise kann dem Trend, der sich durch die Bildung der Differenz zwischen dem Arbeitsspiel (k-3) und dem Arbeitsspiel (k-7) ergibt, im Vergleich zu dem Kraftstoffdruckmittelwert bei dem Arbeitsspiel (k-3) ein geringeres Gewicht gegeben werden.
• Bisher wurden lediglich Beispiele aufgeführt, die auf einem linearen physikalischen Zusammenhang aufbauen. Möglich sind jedoch auch nichtlineare Verknüpfungen in der Prädiktionsgleichung, beispielsweise Absolutwerte oder Quadrate bestimmter Differenzen, wobei weiterhin die einzelnen Parameter der Prädiktionsgleichung an Hand von Identifikationsmessungen bei einem möglichst dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine im Zuge der Entwicklung optimiert werden, um den Prädiktionsfehler zu minimieren.
• Ferner wurde in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass für jedes Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine allein in einem Einspritzvorgang die gesamte Menge an Kraftstoff den Zylindern zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Verbrennungskraftmaschinen angewendet werden, bei denen eine Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff erfolgt, beispielsweise durch eine Aufteilung in eine Vor- und eine Haupteinspritzung. Das erfindungsgemäße Vorgehen, Messungen des Kraftstoffdruckes während der Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, aus den Messungen Kraftstoffdruckmittelwerte zu bilden, eine Speicherung einer Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten für eine Folge von Kraftstoffeinspritzungen vorzunehmen und die einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele zu wichten, kann dann jeweils für die Vor- und die Haupteinspritzung verwendet werden oder beispielsweise nur für die Vor- oder die Haupteinspritzung.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung, wobei Messungen des Kraftstoffdruckes während der Kraftstoffeinspritzung erfolgen, wobei aus den Messungen ein Kraftstoffdruckmittelwert gebildet wird, wobei die Speicherung einer Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten für eine Folge von Kraftstoffeinspritzungen erfolgt, wobei eine Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele in Abhängigkeit der Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten erfolgt, wobei die einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer für zukünftige Arbeitsspiele gewichtet werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Wichtung der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge in Abhängigkeit von dem zeitlichen Rang der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei die Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge, welche in naher Vergangenheit liegen, stärker als die Kraftstoffdruckmittelwerte der Folge bei der Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer gewichtet werden, als welche, die zeitlich weiter zurückliegen, so dass stets möglichst aktuelle Werte vorliegen.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei noch nicht endgültig berechnete oder unsichere Kraftstoffdruckmittelwerte niedrig gewichtet oder derart gewichtet werden, dass diese nicht in die Berechnung des Kraftstoffdruckmittelwertes für ein zukünftiges Arbeitsspiel mit einfließen.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, wobei die Berechnung der Kraftstoffdruckmittelwerte und somit die Berechnung der Kraftstoffeinspritzdauer mittels einer Gleichung erfolgt, die zeitlich zurückliegende Kraftstoffdruckmittelwerte als Eingangswerte verwendet und einen Kraftstoffdruckmittelwert für ein zukünftiges Arbeitsspiel als Ausgangswert liefert, wobei die Wichtung der einzelnen Kraftstoffdruckmittelwerte dieser Folge mittels Wichtungsfaktoren erfolgt, deren Summe eins ist.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei auf Grundlage der gespeicherten Folge von Kraftstoffdruckmittelwerten ein Trend bestimmt wird, wobei der Trend Veränderungen aufeinanderfolgender Kraftstoffdruckwerte der Folge beschreibt.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei der Trend hinsichtlich seines Einflusses auf die Bestimmung eines Kraftstoffdruckmittelwertes für ein zukünftiges Arbeitsspiel gewichtet wird.
8. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 7, wobei eine Schätzgleichung benutzt wird, um den Kraftstoffdruck für die jeweils nächste Einspritzung vorherzusagen.
9. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 7, wobei für jeden einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eine spezielle Schätzgleichung genutzt wird, um den Kraftstoffdruck für die jeweiligen Einspritzereignisse vorherzusagen.