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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
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Bei einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Ottomotor, kann ein Luft-Kraftstoffgemisch außerhalb eines Brennraums in einem Saugrohr gebildet werden. Mittels einer Kraftstoffpumpe wird Kraftstoff in einen Druckspeicher gefördert und steht dort unter Druck bereit. Ein elektrisch angesteuertes Einspritzventil ermöglicht das Einspritzen des Kraftstoffs in das Saugrohr. Ein dem Saugrohr zugeführter Luftmassenstrom kann mittels einer Drosselklappe gesteuert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei unter Druck stehender Kraftstoff in einem Druckspeicher bereit gestellt und aus dem Druckspeicher zumindest zeitweise in mindestens ein Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Ottomotor. Erfindungsgemäß wird ein Zeitverlauf eines in dem Druckspeicher vorliegenden Kraftstoffdrucks ermittelt, und aus dem ermittelten Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks wird eine eingespritzte Kraftstoffmenge individuell für mindestens einen Zylinder ("zylinderindividuell") der Brennkraftmaschine ermittelt. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass die Einspritzrate des Kraftstoffs i.d.R. größer ist als die Förderrate einer den Druckspeicher befüllenden Kraftstoffförderpumpe, so dass durch den Vorgang des Einspritzens ein kurzzeitiger Druckabfall in dem Druckspeicher erfolgt. Insbesondere kann aus dem Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks und gegebenenfalls unter Verwendung weiterer Größen und Parameter – wie beispielsweise einem Speichervolumen des Druckspeichers, der Länge und dem konstruktiven Verlauf von den Kraftstoff führenden Druckleitungen – vergleichsweise genau auf die eingespritzte Kraftstoffmenge geschlossen werden.
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Insbesondere kann ein Lambdawert des Abgases präzise und zylinderindividuell eingestellt werden, und ein Beitrag zum Drehmoment kann für alle Zylinder gleichgestellt und die Laufruhe der Brennkraftmaschine somit verbessert werden. Streuungen von Einspritzventilen, welche Kraftstoff in ein jeweiliges Saugrohr einspritzen, können ausgeglichen werden. Außerdem kann ein Zustand des Einspritzventils besser diagnostiziert werden.
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Die Erfindung kann besonders vorteilhaft auch bei sog. Twin-Injektion-Systemen eingesetzt werden, bei denen zwei Einspritzventile je Zylinder vorgesehen sind.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks mindestens während einer Einspritzung von Kraftstoff in das mindestens eine Saugrohr der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dadurch kann nicht nur ein einzelner Wert des Kraftstoffdrucks, sondern der gesamte Vorgang des Einspritzens mit vergleichsweise hoher Genauigkeit erfasst und ausgewertet werden.
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Ergänzend ist vorgesehen, dass der Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks zusätzlich während eines vorgebbaren Intervalls vor und/oder nach der Einspritzung ermittelt wird. Dadurch kann beispielsweise ein Bezugswert des Kraftstoffdrucks vor Beginn einer jeweiligen Einspritzung ermittelt werden, wodurch es ermöglicht wird, den Zeitverlauf und daraus folgend die eingespritzte Kraftstoffmenge besonders präzise zu ermitteln.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ermittlung des Zeitverlaufs in Bezug auf ein Zeitintervall einer Ansteuerung des Einspritzventils erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung elektrisch, so dass durch Ermittlung einer Spannung und/oder eines Stroms an einer elektrischen Betätigungseinrichtung des Einspritzventils das Zeitintervall gut reproduzierbar und besonders einfach ermittelt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders nützlich, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge an einen Sollwert angepasst wird. Damit kann eine gegebenenfalls vom Sollwert abweichende eingespritzte Kraftstoffmenge korrigiert werden, wobei die korrigierte Kraftstoffmenge nachfolgend laufend überprüft werden kann. Dadurch wird erreicht, dass der jeweilige Zylinder der Brennkraftmaschine optimal mit Kraftstoff versorgt werden kann. Insbesondere wird in den meisten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine dieser Sollwert zylinderindividuell so bemessen, dass ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch mit einem Lambdawert von eins erreicht wird.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass individuell für mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine ein Lambdawert des Abgases ermittelt wird, und dass aus dem ermittelten Lambdawert und der ermittelten Kraftstoffmenge eine Luftmasse zylinderindividuell ermittelt wird. Zur Ermittlung der zylinderindividuellen Lambdawerte im Abgas wird mindestens eine so genannte "hoch auflösende" Lambdasonde verwendet. Der Lambdawert charakterisiert ein aktuelles Kraftstoff-Luft-Verhältnis im jeweiligen Zylinder, so dass bei bekannter Kraftstoffmenge die zugehörige Luftmasse durch eine einfache Rechenoperation ermittelt werden kann. Somit ist auch die Luftmasse als eine weitere den Betrieb des jeweiligen Zylinders beeinflussende Größe bekannt. Daraus ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten, um die Brennkraftmaschine optimal zu betreiben, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.
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Eine bevorzugte Durchführung des Verfahrens umfasst folgende Schritte vorzugsweise in der nachfolgenden Reihenfolge:
- (a) Eine Ansteuerdauer von Einspritzventilen der Brennkraftmaschine wird für mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine auf einen gleichen Wert eingestellt;
- (b) der Zeitverlauf des in dem Druckspeicher vorliegenden Kraftstoffdrucks wird während der Einspritzung von Kraftstoff und/oder während eines vorgebbaren Intervalls vor und/oder nach der Einspritzung individuell für mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt;
- (c) aus dem ermittelten Zeitverlauf wird eine eingespritzte Kraftstoffmenge zylinderindividuell ermittelt; und
- (d) die Ansteuerdauer der Einspritzventile wird individuell für mindestens einen der mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine derart angepasst, dass die eingespritzten Kraftstoffmengen für die mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine gleich sind.
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Durch das Gleichstellen der Ansteuerdauern im Schritt (a) wird ein einheitlicher Ausgangszustand hergestellt. Darauf aufbauend wird im Schritt (b) der Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks für eine jeweilige Einspritzung ermittelt. Daraus wird im Schritt (c) – beispielsweise mittels einer numerischen Integration – die zugehörige Kraftstoffmenge ermittelt. Im Schritt (d) werden nachfolgend die Ansteuerdauern der betroffenen Einspritzventile individuell angepasst, wodurch für die mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine eine gleiche zugeführte Kraftstoffmenge erreicht wird.
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Ergänzend zu den oben beschriebenen Schritten (a) bis (d) können erfindungsgemäß weitere Schritte vorzugsweise in der nachfolgenden Reihenfolge durchgeführt werden:
- (e) ein Lambdawert des Abgases wird individuell für mindestens einen der mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt;
- (f) aus dem zylinderindividuellen Lambdawert und der zylinderindividuellen Kraftstoffmenge wird für mindestens einen der mindestens zwei Zylinder die zugehörige zylinderindividuelle Luftmasse ermittelt; und
- (g) das Kraftstoff-Luft-Verhältnis wird für mindestens einen der mindestens zwei Zylinder an einen Sollwert angepasst, indem mindestens ein Ansteuerparameter eines Einlassventils verändert wird.
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Im Schritt (e) kann unter Verwendung mindestens einer zeitlich fein auflösenden Lambdasonde der aktuelle Lambdawert eines jeweiligen Zylinders ermittelt werden. Danach wird im Schritt (f) durch eine Rechenoperation aus dem zylinderindividuellen Lambdawert und der zylinderindividuellen Kraftstoffmenge die zugehörige zylinderindividuelle Luftmasse ermittelt. Im nachfolgenden Schritt (g) kann die Luftmasse und damit das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für mindestens einen der mindestens zwei Zylinder an einen Sollwert angepasst werden. Vorzugsweise entspricht dieser Sollwert einem Lambdawert von eins. Dadurch können erstens für mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine – vorzugsweise für alle Zylinder – der Lambdawert und damit die Schadstoffe im Abgas optimiert werden. Zweitens ist auch das Drehmoment für die betroffenen Zylinder gleichgestellt, weil zuvor im Schritt (d) die eingespritzten Kraftstoffmengen für die mindestens zwei Zylinder gleichgestellt wurden. Dadurch ergibt sich insgesamt eine verbesserte Laufruhe der Brennkraftmaschine. Alle Zylinder können sozusagen im Optimum betrieben werden. Die zylinderindividuelle Anpassung der Luftmasse erfordert eine individuelle Steuerung der jeweiligen Einlassventile der Brennkraftmaschine, über welche das Kraftstoff-Luftgemisch aus dem Saugrohr dem Brennraum zugeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Öffnungsdauer des Einlassventils elektrisch-hydraulisch mittels einer veränderten Ansteuerung eines das Einlassventil betätigenden Aktors verändert wird. Die zylinderindividuelle Anpassung der Luftmasse kann alternativ oder ergänzend auch durch eine Beeinflussung von Auslassventilen erfolgen.
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Weiterhin ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, aus dem ermittelten Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks auf einen Zustand des Einspritzventils und/oder auf einen Zustand einer das Einspritzventil betätigenden Einrichtung ("Betätigungseinrichtung") zu schließen. Für verschiedene Zustände des Einspritzventils, beispielsweise einen Neuzustand, einen verkokten Zustand, einen Verschleißzustand, oder für verschiedene Zustände der das Einspritzventil betätigenden Einrichtung, beispielsweise eine zu geringe Ansteuerenergie oder ein Windungsschluss oder ein Bruch einer Magnetspule der Betätigungseinrichtung, können verschiedenartige Zeitverläufe des Kraftstoffdrucks ermittelt und entsprechend zugeordnet werden. Dadurch werden Möglichkeiten zur Diagnose der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftstoffsystems deutlich erweitert und es können gegebenenfalls geeignete Gegenmaßnahmen vorgenommen werden.
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Allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines oder mehrere Kennfelder, Tabellen und/oder Formeln durchgeführt werden. Dadurch können zylinderindividuelle Unterschiede in Bezug auf den Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks, etwa in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, dem Kraftstoffdruck selbst, und/oder von konstruktiven Eigenschaften, besser berücksichtigt werden. Beispielsweise können die Länge und/oder die zylinderindividuelle Verlegung von Kraftstoff-Druckleitungen einen – vergleichsweise komplexen – Einfluss auf den Zusammenhang zwischen dem Verlauf des Kraftstoffdrucks und der jeweils tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge haben. Auch die beschriebene Diagnose der Einspritzventile kann mittels Kennfeldern genauer ausgeführt werden.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks mittels Abtastung ermittelt wird, und dass mindestens vier Abtastwerte, vorzugsweise mehr als zehn Abtastwerte, für eine jeweilige Einspritzung erfasst werden. Dadurch wird es ermöglicht, den Zeitverlauf digital zu erfassen und auszuwerten. Entsprechend dem Abtasttheorem und einer jeweils gewünschten zeitlichen Auflösung kann die Zahl der in dem Zeitintervall erforderlichen Abtastwerte ("Stützstellen") angegeben werden. Dabei ist eine einzige Stützstelle etwa in der Mitte des Zeitintervalls ein absolutes Minimum. Zur Verbesserung der Genauigkeit und zur Plausibilisierung, sowie zur Diagnose des Zustands des Einspritzventils und/oder des Kraftstoffsystems kann eine höhere Zahl von Abtastwerten nützlich sein, vorzugsweise zehn Abtastwerte oder mehr. Einer weiteren Ausführungsform zufolge können auch etwa hundert Abtastwerte je Einspritzung verwendet werden oder tausend Abtastwerte je Einspritzung oder mehr.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach und genau auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine mittels eines Computerprogramms ausführbar. Dabei ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu ausgebildet, den Zeitverlauf des in dem Druckspeicher vorliegenden Kraftstoffdrucks zu ermitteln und aus dem ermittelten Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks die eingespritzte Kraftstoffmenge individuell für mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung weist vorzugsweise mindestens eine so genannte "PSI5-Schnittstelle" (engl. "Peripheral Sensor Interface 5") auf, mittels welcher Sensoren, beispielsweise der nachfolgend beschriebene Drucksensor, über eine digital betriebene Zweidrahtleitung angeschlossen werden können.
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Dabei ist der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ein Drucksensor zur Erfassung des Kraftstoffdrucks zugeordnet, vorzugsweise ein so genannter "hoch auflösender Niederdrucksensor". Dabei ist der Drucksensor dazu ausgebildet, den Zeitverlauf des Kraftstoffdrucks mittels Abtastung zu ermitteln, wobei der Drucksensor weiter dazu ausgebildet ist, mindestens vier Abtastwerte, vorzugsweise mehr als zehn Abtastwerte, für eine jeweilige Einspritzung zu erfassen. Es ist auch denkbar, mehr als zehn Abtastwerte je Einspritzung vorzusehen, insbesondere ca. 100 Werte oder 1000 Werte oder noch mehr. Der Drucksensor ist also in der Lage, auch vergleichsweise schnelle zeitliche Änderungen des Kraftstoffdrucks zu erfassen und in eine analoge Spannung oder eine Folge digitaler Abtastwerte umzusetzen. Je genauer der Drucksensor den Kraftstoffdruck erstens in Bezug auf die Änderungsrate und zweitens in Bezug auf die Amplitude erfassen bzw. ermitteln kann, um so genauer kann die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt und gegebenenfalls für folgende Einspritzungen korrigiert werden.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 ein vereinfachtes Schema eines Zylinders und eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine;
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2 eine erste Tabelle mit beispielhaften Größen für vier Zylinder einer Brennkraftmaschine;
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3 eine zweite Tabelle ähnlich zu der 2;
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4 eine dritte Tabelle ähnlich zu der 2;
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5 einen ersten Zeitverlauf einer Ansteuerung einer Betätigungseinrichtung und eines Kraftstoffdrucks;
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6 einen zweiten Zeitverlauf der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung und des Kraftstoffdrucks;
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7 einen dritten Zeitverlauf der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung und des Kraftstoffdrucks;
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8 einen vierten Zeitverlauf der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung und des Kraftstoffdrucks;
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9 einen fünften Zeitverlauf der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung und des Kraftstoffdrucks; und
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10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet
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1 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung einen Zylinder 10 mit einem Brennraum 11 einer nur teilweise dargestellten Vierzylinder-Brennkraftmaschine 12, sowie ein zugehöriges Kraftstoffsystem 14.
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Der Zylinder 10 umfasst ein Einlassventil 16 und ein Auslassventil 18. Das Einlassventil 16 ist an ein Saugrohr 20 angeschlossen, in welches Kraftstoff von einem Einspritzventil 22 eingespritzt werden kann.
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Das Einlassventil 16 ist über einen Aktor 23 betätigbar. Das Auslassventil 18 ist mit einem Abgastrakt 25 verbunden, in welchem eine Lambdasonde 27 einen Sauerstoffanteil eines in dem Abgaskanal 25 strömenden Abgases kontinuierlich ermitteln kann. Dabei werden Lambdawerte 31 ermittelt. Ein Pfeil 29 kennzeichnet die Strömungsrichtung des Abgases.
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Das Einspritzventil 22 ist über eine elektrische Betätigungseinrichtung 24 betätigbar und ist stromaufwärts über eine Druckleitung 26 mit einem Ausgang eines Druckspeichers 28 verbunden. Der Druckspeicher 28 umfasst einen Drucksensor 30, welcher vorliegend eine "PSI5-Schnittstelle" (engl. "Peripheral Sensor Interface 5") aufweist. Ein Kraftstoffbehälter 32 im oberen Bereich der Zeichnung ist über eine erste hydraulische Leitung 34 mit einem Saugbereich einer Kraftstoffpumpe 36 verbunden. Ein Druckbereich der Kraftstoffpumpe 36 ist über eine zweite hydraulische Leitung 38 mit einem Eingang des Druckspeichers 28 verbunden.
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Weiterhin ist das Saugrohr 20 mit einer Luftzuführung 40 verbunden, in welche Luft in Richtung eines Pfeils 42 einströmen kann. Die Luftzuführung 40 umfasst eine Drosselklappe 44 zur Steuerung des Luftmengenstroms.
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Im in der Zeichnung linken Bereich ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 angeordnet, welche ein Computerprogramm 48 umfasst Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 steuert den Betrieb der Brennkraftmaschine 12 und des Kraftstoffsystems 14 und ist über elektrische Leitungen (ohne Bezugszeichen) unter anderem mit der Kraftstoffpumpe 36, dem Drucksensor 30, der elektrischen Betätigungseinrichtung 24, dem Aktor 23, der Lambdasonde 27 und der Drosselklappe 44 verbunden. Pfeile (ohne Bezugszeichen) auf den elektrischen Leitungen geben die überwiegenden jeweiligen Signalrichtungen an.
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Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 dazu ausgebildet, einen Zeitverlauf 52 (siehe 5) eines in dem Druckspeicher 28 vorliegenden Kraftstoffdrucks zu ermitteln und aus dem ermittelten Zeitverlauf 52 des Kraftstoffdrucks eine eingespritzte Kraftstoffmenge individuell für mindestens einen Zylinder 10 der Brennkraftmaschine 12 zu ermitteln. Dabei ist der der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 zugeordnete Drucksensor 30 dazu ausgebildet, den Zeitverlauf 52 des Kraftstoffdrucks mittels Abtastung 54 (siehe 5) zu ermitteln, wobei mindestens vier Abtastwerte 56 (siehe 5) für eine jeweilige Einspritzung erfasst werden. Dabei ist eine zeitlich besonders feine Auflösung vorteilhaft, so dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 und der Drucksensor 30 vorzugsweise so ausgeführt sind, dass zehn oder sogar noch mehr Abtastwerte 56 ermittelt und ausgewertet werden.
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Die übrigen, in der 1 nicht dargestellten drei Zylinder 10 der Vierzylinder-Brennkraftmaschine 12 sind in vergleichbarer Weise an den Druckspeicher 28, an die Luftzuführung 40, den Abgaskanal 25, sowie an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 angeschlossen.
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Im Betrieb fördert die Kraftstoffpumpe 36 Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 32 über die erste und zweite hydraulische Leitung 34 und 38 in den Druckspeicher 28. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 regelt den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher 28 in Abhängigkeit von einem Signal des Drucksensors 30 mittels einer entsprechenden Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 36 auf einen Sollwert ein.
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Über die Luftzuführung 40 wird Luft in das Saugrohr 20 eingebracht. Vor bzw. bei Beginn eines Ansaugtaktes des Zylinders 10 spritzt das Einspritzventil 22 Kraftstoff aus dem Druckspeicher 28 in das Saugrohr 20 ein. Dazu wird die elektrische Betätigungseinrichtung 24 von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 derart angesteuert, dass eine jeweils erforderliche Kraftstoffmenge in das Saugrohr 20 eingespritzt werden kann. Dabei wird der Kraftstoff fein versprüht und es wird ein Kraftstoff-Luftgemisch gebildet.
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Insbesondere während der Einspritzung sowie zusätzlich während eines Intervalls vor und nach der Einspritzung wird mittels des Drucksensors 30 der aktuelle in dem Druckspeicher 28 vorliegende Kraftstoffdruck zeitlich und amplitudenmäßig fein aufgelöst ermittelt. Dies erfolgt mittels Abtastung und digitaler Signalverarbeitung in dem Drucksensor 30 bzw. in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46. Dabei wird der Zeitverlauf 52 des Kraftstoffdrucks ermittelt, wobei vorliegend insgesamt zehn Abtastwerte 56 für eine jeweilige Einspritzung erfasst werden.
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Während des Ansaugtaktes wird bzw. ist das Einlassventil 16 mittels des Aktors 23 geöffnet. Dadurch kann das in dem Saugrohr 20 gebildete Kraftstoff-Luftgemisch zylinderindividuell und dosiert in den Brennraum 11 des Zylinders 10 einströmen. Während des Ausschiebetaktes des Zylinders 10 wird bzw. ist das Auslassventil 18 geöffnet. Das gebildete Abgas umströmt die Lambdasonde 27. Der fortlaufend ermittelte Lambdawert 31 des Abgases wird an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 übermittelt, und dort der Lambdawert 31 zylinderindividuell ermittelt bzw. zugeordnet.
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2 zeigt eine erste Tabelle mit beispielhaften Größen für die vier Zylinder
10 der Brennkraftmaschine
12. Die in der Zeichnung linke Spalte weist je einen Großbuchstaben auf, welcher eine jeweilige Größe bezeichnet. Es sind von oben nach unten eingetragen:
| A | Zylindernummer; |
| B | Ansteuerdauer des Einspritzventils 22 in Millisekunden; |
| C | (während einer Einspritzung gemittelter) Druckeinbruch in bar; |
| D | Kommentare D1 bis D4 zur eingespritzten Kraftstoffmenge; |
| E | globaler Lambdawert; |
| F | individueller Lambdawert 31; |
| G | Ansteuerdauer des Einlassventils 16 in Millisekunden; |
| H | globale Luftfüllung der Zylinder in Prozent; |
| J | individuelle Luftfüllung der Zylinder in Prozent; |
| K | Kommentare K1 bis K4 zur Luftfüllung; |
| L | globales Drehmoment in Newtonmeter; und |
| M | individuelles Drehmoment in Newtonmeter. |
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In der Tabelle der
2 enthaltene Kommentare lauten:
| D1, D2 | "etwas zu groß" |
| D3 | "OK" |
| D4 | "deutlich zu klein" |
| K1 | "gering" |
| K2 | "leicht gering" |
| K3 | "OK" |
| K4 | "deutlich besser (Schwingaufladung)" |
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Der Zylinder 10 mit der Zylindernummer 3 ist vorliegend ein korrekt arbeitender Referenz-Zylinder, dessen Größen bzw. Einstellwerte denen der 3 und 4 entsprechen. Insbesondere beträgt der zylinderindividuelle Lambdawert (Zeile F der Tabelle aus 2) des Zylinders 10 mit der Zylindernummer 3 bereits 1,0.
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Dargestellt ist in der 2 ein Ausgangszustand der Brennkraftmaschine 12. Man erkennt, dass in Bezug auf den Referenz-Zylinder die Zylindernummern 1 und 2 einen etwas zu großen und die Zylindernummer 4 einen deutlich zu kleinen Druckeinbruch (Zeile C der Tabelle) in dem Druckspeicher 28 aufweisen. Entsprechend ist die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge etwas zu groß bzw. deutlich zu klein. Obwohl der globale Lambdawert (Zeile E) – also der über alle vier Zylinder 10 gemittelte Lambdawert 31 – genau eins beträgt, also an sich dem vorliegend gewünschten Wert entspricht, weichen die individuellen Lambdawerte 31 (Zeile F) von dem Referenz-Zylinder 10 ab. Ähnliches ergibt sich für die Luftfüllungen H bzw. J und die Drehmomente L bzw. M der Zylinder 10. In dem Ausgangszustand der 2 sind die Ansteuerdauern B der Einspritzventile 22 und die Ansteuerdauern G der Einlassventile 16 untereinander gleich.
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3 zeigt einen auf den Ausgangszustand der 2 folgenden zweiten Zustand der Brennkraftmaschine 12. Im Unterschied zu der 2 sind die Ansteuerdauern B der Einspritzventile 22 der Zylindernummern 1, 2 und 4 verändert, und zwar derart, dass der mittlere Druckeinbruch C für alle vier Zylinder 10 gleichgestellt ist. In guter Näherung entspricht dies einer ebenfalls gleichgestellten Kraftstoffmenge D der vier Zylinder 10.
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Erstens ist zu erkennen, dass die zylinderindividuellen Lambdawerte 31 der Zeile F zwar nicht den Wert eins aufweisen, diesem jedoch in Bezug auf die 2 besser angenähert sind. Zweitens ist zu erkennen, dass die Luftfüllungen J in Bezug auf die 2 nicht verändert sind. Jedoch sind die Drehmomente M der Zylinder 10 dank der korrigierten Kraftstoffmengen D nicht mehr so stark voneinander verschieden.
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4 zeigt einen auf die 3 folgenden dritten Zustand der Brennkraftmaschine 12. Im Unterschied zu der 3 sind zusätzlich die Ansteuerdauern G der Einlassventile 16 der Zylindernummern 1, 2 und 4 verändert, und zwar derart, dass die Luftfüllungen J für alle vier Zylinder 10 gleichgestellt sind. Letzteres erfolgt in Abhängigkeit von den zylinderindividuellen Lambdawerten 31 des Abgases. Wegen der bei 3 bereits gleichgestellten Kraftstoffmengen ermöglichen die in der 4 zusätzlich gleichgestellten Luftfüllungen für alle Zylinder 10 sowohl ein untereinander gleiches Kraftstoff-Luft-Verhältnis als auch eine untereinander gleiche eingespritzte Masse des Kraftstoff-Luftgemisches.
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Man erkennt, dass in der 4 daher auch die zylinderindividuellen Drehmomente M gleich sind. Somit ergeben sich mittels der erfolgten zylinderindividuellen Korrekturen der Ansteuerdauern B der Einspritzventile 22 (3) und der zylinderindividuellen Korrekturen der Ansteuerdauern G der Einlassventile 16 (4) sowohl verbesserte Abgaswerte als auch eine verbesserte Laufruhe für die Brennkraftmaschine 12.
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5 zeigt zwei in der Zeichnung vertikal übereinander angeordnete Zeitdiagramme für eine Ansteuerung 50 der elektrischen Betätigungseinrichtung 24 und einen ersten Zeitverlauf 52 des Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher 28. Die Diagramme weisen einen zueinander gleichen Zeitmaßstab t auf.
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In dem in 5 oberen Diagramm ist die i.w. rechteckförmige Ansteuerung 50 dargestellt. Sie weist eine Ansteuerdauer B auf, welche zu den nachfolgenden 6 bis 9 gleich ist. In dem unteren Diagramm der 5 ist der zugehörige Zeitverlauf 52 des Kraftstoffdrucks aufgetragen. Der Zeitverlauf 52 wird mittels Abtastungen 54 erfasst, woraus sich entsprechende Abtastwerte 56 ergeben, welche in der Zeichnung mittels Punkten an dem Zeitverlauf 52 kenntlich gemacht sind. Dabei wird der Zeitverlauf 52 während der Ansteuerdauer B und zusätzlich während eines Intervalls 58 vor und eines Intervalls 60 nach der Ansteuerung 50 abgetastet. Alternativ können die Intervalle 58 und 60 auch auf den Beginn bzw. das Ende der Einspritzung bezogen sein. Vorliegend werden insgesamt zehn Abtastwerte 56 ermittelt.
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Einer Ausgestaltung entsprechend ist es möglich, den Zeitverlauf 52 nur während der Ansteuerung 50 zu ermitteln, also abzutasten. In den folgenden 6 bis 9 wird der Zeitverlauf 52 in einer zu der 5 entsprechenden Weise ermittelt. Aus Gründen der Einfachheit wurde dort jedoch auf die Darstellung der Abtastungen 54 und der Abtastwerte 56 verzichtet.
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Der Zeitverlauf 52 der 5 charakterisiert einen typischen ungestörten Druckabfall des Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher 28. Der Druckabfall ist dadurch bedingt, dass die Einspritzrate des Kraftstoffs während der Einspritzung größer ist als die Förderrate der Kraftstoffpumpe 36. Der Druckabfall beginnt näherungsweise mit dem Beginn der Ansteuerung 50 der elektrischen Betätigungseinrichtung 24 und endet mit einer geringen Verzögerung (ohne Bezugszeichen) nach dem Ende der Ansteuerung 50.
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6 zeigt zu der 5 vergleichbare Zeitdiagramme. Vorliegend weist eine elektrische Verbindung zwischen der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 und der elektrischen Betätigungseinrichtung 24 einen Kabelbruch auf. Entsprechend wird trotz der erfolgten Ansteuerung 50 des Einspritzventils 22 kein Kraftstoff in das Saugrohr 20 eingespritzt. Dadurch, dass der Zeitverlauf 52 konstante Abtastwerte 56 (in der Zeichnung nicht dargestellt) ergibt, kann auf diesen oder einen vergleichbaren groben Fehler geschlossen werden.
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7 zeigt ebenfalls zu der 5 vergleichbare Zeitdiagramme. Vorliegend ist eine Amplitudenänderung 62 des Zeitverlaufs 52 kleiner als bei dem Zeitverlauf 52 der 5. Bei einer vergleichbaren Dauer der Einspritzung ergibt sich daraus eine insgesamt geringere eingespritzte Kraftstoffmenge. Mögliche Ursachen umfassen eine eventuelle Verkokung einer Spritzlochscheibe an einem Auslass des Einspritzventils 22, einen Bruch einer Spulenleitung oder einen Windungsschluss einer Magnetspule der elektrischen Betätigungseinrichtung 24, oder dergleichen.
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8 zeigt ebenfalls zu der 5 vergleichbare Zeitdiagramme. Vorliegend erfolgt der Beginn des durch den Zeitverlauf 52 charakterisierten Druckabfalls im Vergleich zu der 5 um eine Zeitspanne 64 verzögert. Diese Verzögerung ist bei einer entsprechend hohen Rate der Abtastung 54 (in der 8 nicht dargestellt) gut zu ermitteln. Eine mögliche Ursache dieser Verzögerung ist ein Klemmen einer Ventilnadel des Einspritzventils 22 beim Öffnungsvorgang.
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9 zeigt ebenfalls zu der 5 vergleichbare Zeitdiagramme. Vorliegend erfolgt das Ende des durch den Zeitverlauf 52 charakterisierten Druckabfalls in Bezug auf das Ende der Ansteuerung 50 um eine Zeitspanne 66 verzögert. Diese Verzögerung ist deutlich größer als bei den vorhergehenden Zeitverläufen 52 der 5, 7 und 8. Eine mögliche Ursache dieser Verzögerung ist ein Klemmen der Ventilnadel des Einspritzventils 22 beim Schließvorgang.
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10 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 12. In einem Startblock 70 beginnt die in der Zeichnung dargestellte Prozedur.
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In einem folgenden Block 72 wird eine Ansteuerdauer B der Einspritzventile 22 der Brennkraftmaschine 12 für alle vier Zylinder 10 auf einen gleichen Wert eingestellt. In einem weiteren Block 74 wird der Zeitverlauf 52 des in dem Druckspeicher 28 vorliegenden Kraftstoffdrucks während der Einspritzung von Kraftstoff und zusätzlich während der Intervalle 58 und 60 individuell für jeden Zylinder 10 der Brennkraftmaschine 12 ermittelt.
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Aus dem derart ermittelten Zeitverlauf 52 wird in einem folgenden Block 76 die durch das Einspritzventil 22 eingespritzte Kraftstoffmenge zylinderindividuell ermittelt. Vorzugsweise erfolgt dies mittels eines Integrals über den Zeitverlauf 52 mit Bezug auf einen Referenzwert des Kraftstoffdrucks vor dem Beginn der Einspritzung im Intervall 58. Danach wird die Ansteuerdauer B individuell für jeden der Zylinder 10 der Brennkraftmaschine 12 derart angepasst, dass die eingespritzten Kraftstoffmengen für alle Zylinder 10 der Brennkraftmaschine 12 einem gemeinsamen Sollwert entsprechen. Dieser Zustand wird in der Tabelle der 3 gezeigt.
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In einem folgenden Block 78 wird der Lambdawert 31 des Abgases individuell für jeden der vier Zylinder 10 der Brennkraftmaschine 12 ermittelt. Danach wird aus dem zylinderindividuellen Lambdawert 31 und der im Block 76 ermittelten zylinderindividuellen Kraftstoffmenge für jeden der Zylinder 10 eine zylinderindividuelle Luftmasse ermittelt. Aus den ermittelten zylinderindividuellen Kraftstoffmengen und Luftmassen wird anschließend ein zylinderindividuelles Kraftstoff-Luft-Verhältnis ermittelt bzw. errechnet.
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In einem weiteren Block 80 wird dieses Kraftstoff-Luft-Verhältnis für jeden der Zylinder 10 an einen gemeinsamen Sollwert – vorzugsweise beträgt dieser Sollwert eins – angepasst, indem mittels einer veränderten Ansteuerdauer G der Einlassventile 16 die jeweilige Luftmasse individuell verändert wird. Dieser Zustand entspricht der Tabelle der 4. Daraus ergeben sich insgesamt verbesserte Abgaswerte und eine bessere Laufruhe für die Brennkraftmaschine 12. In einem Endeblock 82 endet die in der 10 dargestellte Prozedur.
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Das vorstehend unter Bezugnahme auf 10 beschriebene Verfahren ermöglicht besonders vorteilhaft die Gleichstellung mehrere oder aller Zylinder einer Brennkraftmaschine hinsichtlich der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse und/oder der eingebrachten Luftmenge und damit auch hinsichtlich eines zylinderindividuellen Lambdawerts, was einen besonders emissionsarmen und gleichmäßigen Betrieb ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Ermittlung eines zeitlich verhältnismäßig hoch aufgelösten Verlaufs des Kraftstoffdrucks ermöglicht zudem eine detaillierte Diagnose, vgl. 5 bis 9, die auch ohne die unter Bezugnahme auf 10 erläuterte Gleichstellung ausgeführt werden kann.
