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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage, welche Kraftstoff bei mindestens einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzt. Dabei betrifft das Verfahren insbesondere eine Korrektur von Einspritzmengenfehlern bei kleinen Einspritzmengen, insbesondere bei Voreinspritzungen.
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Beim Einspritzen einer vorbestimmten Kraftstoffmenge in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine von beispielsweise einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen, wird üblicherweise ein Einspritzventil, ein sogenannter Injektor, für eine vorbestimmte Ansteuerzeit angesteuert. Insbesondere bei Dieselmotoren werden häufig eine oder mehrere Voreinspritzungen und eine Haupteinspritzung verwendet. Dadurch kann das Motorgeräusch verringert und ein so genanntes Klopfen oder Nageln verringert werden. Um eine optimale Verbrennung mit möglichst geringen Schadstoffemissionen zu erreichen, ist u. a. eine möglichst genaue Zumessung der eingespritzten Kraftstoffmenge erforderlich. Insbesondere bei der Zumessung der Kraftstoffmengen für die Voreinspritzungen müssen sehr kleine Kraftstoffmengen von beispielsweise 2 mg eingestellt werden, sodass bereits geringe Abweichungen erheblichen Einfluss auf eine Wirkungsweise der einen oder mehreren Voreinspritzungen haben kann. Die zur Kraftstoffeinspritzung verwendeten Einspritzventile oder Injektoren weisen individuelle Exemplarstreuungen auf und ihre Einspritzcharakteristik verändern sich mit zunehmender Alterung der Einspritzventile. Daher kann die eingespritzte Kraftstoffmenge bei gleicher Ansteuerung der Einspritzventile in Abhängigkeit von dem Ventil und der Alterung des Ventils unterschiedlich ausfallen. Darüber hinaus können sich der Einspritzdruck und Auswirkungen von vorhergehenden Einspritzungen bei mehrfachen Voreinspritzungen, so genannte Druckwellenfehler, auf die eingespritzte Kraftstoffmenge auswirken.
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Zur Verbesserung und Stabilisierung einer Gesamtverbrennung einer Brennkraftmaschine wird daher in der
DE 10 2009 010 309 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Arbeitszylindern bereitgestellt, in denen jeweils ein Hubkolben aufeinanderfolgende Arbeitszyklen ausführt und über einen Arbeitszyklus jeweils wenigstens eine Einzelverbrennung ausführt. Alle Einzelverbrennungen eines Arbeitszyklus erzeugen ein Gesamtmoment und eine Gesamtwärmemenge. In einem Brennverlaufsformer werden aus einem Soll-Wert für das Gesamtmoment und einem Soll-Wert für die Gesamtwärmemenge mittels einer Kennlinie für einen inversen Wirkungsgrad jeweilige Einspritzlagen und Einspritzmengen für eine oder mehrere Einzelverbrennungen derart bestimmt, dass alle Einzelverbrennungen des Arbeitszyklus in Summe das Gesamtmoment und wenigstens die Gesamtwärmemenge ergeben.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2006 004 738 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem während eines Betriebs der Brennkraftmaschine ein einzelnes Einspritzventil für eine vorbestimmte Prüfzeit angesteuert wird. Aus einem Verlauf eines Drucks in dem diesen Einspritzventil zugeordneten Brennraum wird die von dem Einspritzventil tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt und aus einem Kennfeld für dieses Einspritzventil eine für die vorbestimmte Prüfzeit erwartete Kraftstoffmenge bestimmt. Zwischen der erwarteten Kraftstoffmenge und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge wird eine Differenz bestimmt und ein Korrekturwert für die Ansteuerzeit dieses Einspritzventils derart bestimmt, dass diese Differenz null oder nahezu null ist. Die Ansteuerung des einzelnen Einspritzventils für die vorbestimmte Prüfzeit wird in einem vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine durchgeführt, welcher beispielsweise durch eine Drehzahl oder einen Brennbeginn definiert ist oder ein Schubbetrieb ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Korrektur von Einspritzmengenfehlern bei kleinen Einspritzmengen bereitzustellen, welches auch im verbrennungsmotorischen Betrieb, d. h. bei normalen Benutzungsbedingungen der Brennkraftmaschine, durchgeführt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Bestimmen eines Druckwellenfehlers bei einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, eine Steuervorrichtung nach Anspruch 10 und ein Fahrzeug nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage bereitgestellt. Die Einspritzanlage ist in der Lage, Kraftstoff bei mindestens einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung oder mehreren
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Haupteinspritzungen in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Darüber hinaus kann die Einspritzanlage ausgestaltet sein, auch Nacheinspritzungen nach der Haupteinspritzung durchzuführen. Bei dem Verfahren wird mindestens eine Voreinspritzung durchgeführt, welche zu einer Vorverbrennung führt. Weiterhin wird eine Verbrennungskenngröße der Vorverbrennung bestimmt. In Abhängigkeit von der Verbrennungskenngröße wird eine Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung bestimmt. Die Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung kann beispielsweise eine Korrektur einer Kraftstoffmenge für die mindestens eine Voreinspritzung, eine Korrektur einer Ventilansteuerzeit für die mindestens eine Voreinspritzung, eine Korrektur eines Einspritzdrucks bei der mindestens einen Voreinspritzung oder eine Kombination daraus umfassen. Indem eine Verbrennungskenngröße der Vorverbrennung bestimmt wird und auf dieser Grundlage die Voreinspritzung korrigiert wird, können Einspritzmengenfehler auch bei kleinen Einspritzmengen erkannt und korrigiert werden. Da die Vorverbrennung zur Bestimmung der Verbrennungskenngröße und der Korrektur verwendet wird, können darüber hinaus Einspritzmengenfehler kleiner Einspritzmengen im verbrennungsmotorischen Betrieb, d. h. im normalen Antriebsbetrieb der Brennkraftmaschine, erfasst und korrigiert werden. Spezielle Betriebszustände, wie zum Beispiel ein Schubbetrieb, sind somit nicht notwendig.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Verbrennungskenngröße bestimmt, indem eine umgesetzte Wärmemenge der Vorverbrennung aufgrund der mindestens einen Voreinspritzung bestimmt wird. Weiterhin kann die Verbrennungskenngröße bestimmt werden, indem ein Zylinderdruck in dem Brennraum erfasst wird und die Verbrennungskenngröße in Abhängigkeit von dem erfassten Zylinderdruck bestimmt wird. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von dem erfassten Zylinderdruck ein Heizverlauf in dem Brennraum bestimmt werden und daraus die umgesetzte Wärmemenge der Vorverbrennung aufgrund der mindestens einen Voreinspritzung bestimmt werden. Da die umgesetzte Wärmemenge sehr gut mit der eingespritzten Kraftstoffmenge korreliert, ist eine genaue und schnelle Korrektur von Einspritzmengenfehlern bei kleinen Einspritzmengen möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt und die Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung in Abhängigkeit von der erfassten Wärmemenge und dem bestimmten Betriebszustand bestimmt. Darüber hinaus kann ein vorbestimmter Betriebszustand der Brennkraftmaschine vor dem Durchführen der mindestens einen Voreinspritzung gezielt eingestellt werden. In Abhängigkeit von dem Betriebszustand kann ein Referenzzustand identifiziert werden, in welchem beispielsweise in Abhängigkeit von dem erfassten Zylinderdruck die Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung beispielsweise über ein Kennfeld oder ein Modell bestimmt werden kann. Derartige Referenzzustände können beispielsweise vorab auf einem Motorprüfstand bestimmt werden und in entsprechende Kennfelder oder Modelle integriert werden. Dadurch kann einerseits die Genauigkeit der Korrektur von Einspritzmengenfehlern bei kleinen Einspritzmengen verbessert werden und darüber hinaus kann das Verfahren bei einer Vielzahl von vorbestimmten Betriebszuständen angewendet werden. Der Betriebszustand kann beispielsweise eine Temperatur der Brennkraftmaschine, ein Drehmoment der Brennkraftmaschine, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine oder einen Zustand, ob sich die Brennkraftmaschine in einer Partikelfilterreinigungsbetriebsart befindet, umfassen.
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Weiterhin kann in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Beobachtungszeitraum eingestellt werden und die Verbrennungskenngröße innerhalb des eingestellten Beobachtungszeitraums bestimmt werden. Der Beobachtungszeitraum kann beispielsweise einen Startwinkel und einen Endwinkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine umfassen, insbesondere einen Winkelbereich während eines Kompressionstakts und eines Arbeitstakts der Brennkraftmaschine, um einen Teil des Heizverlaufintervals zu erfassen und energetisch auszuwerten. Ergebnis der Auswertung kann die Differenz der Wärmemengen vom Endwinkel zum Startwinkel sein, welcher der Wärmemenge der mindestens einen Vorverbrennung entspricht. Ein entsprechendes Modell kann formuliert werden, welches einen Zusammenhang zwischen der Wärmemenge der mindestens einen Vorverbrennung und der entsprechenden Voreinspritmengen unter Berücksichtigung von Zündverzug, Temperatur, Füllung, Abgasrückführung, Injektorfehlern, Hydraulikfehlern, usw. bereitstellt. Alternativ kann ein fest vorgegebener Beobachtungszeitraum verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich eine umgesetzte Gesamtwärmemenge einer Gesamtverbrennung aufgrund der mindestens einen Voreinspritzung und der Haupteinspritzung erfasst und in Abhängigkeit von der erfassten Wärmemenge der Vorverbrennung und der Gesamtwärmemenge der Gesamtverbrennung eine Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung bestimmt. Dadurch können beispielsweise außerhalb des Beobachtungszeitraums der Vorverbrennung verbrennende Voreinspritzanteile berücksichtigt werden, d. h., es können Anteile der Voreinspritzung berücksichtigt werden, welche beispielsweise zusammen mit der Hauptverbrennung verbrennen. Derartige Anteile können beispielsweise durch höhere Abgasrückführungsraten entstehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen eines Druckwellenfehlers bei einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage bereitgestellt. Die Einspritzanlage ist ausgestaltet, Kraftstoff bei mindestens einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Bei dem Verfahren wird eine erste Voreinspritzung in den Brennraum bei einem ersten Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine durchgeführt und aufgrund der ersten Voreinspritzung des ersten Arbeitszyklus eine erste Verbrennungskenngröße einer Vorverbrennung bestimmt. Bei einem zweiten Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine werden eine erste und eine zweite Voreinspritzung durchgeführt und eine zweite Verbrennungskenngröße einer Verbrennung aufgrund der ersten und zweiten Voreinspritzung in dem zweiten Arbeitszyklus bestimmt. Die ersten Voreinspritzung des ersten Arbeitszyklus und die erste Voreinspritzung des zweiten Arbeitszyklus sind gleich und werden bei einem gleichen Betriebszustand der Brennkraftmaschine durchgeführt. In Abhängigkeit von der ersten Verbrennungskenngröße und der zweiten Verbrennungskenngröße wird ein Druckwellenfehler für die zweite Voreinspritzung bestimmt.
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Bei mehreren Voreinspritzungen innerhalb eines Arbeitszyklus kann eine folgende Voreinspritzung durch eine vorhergehende Voreinspritzung beeinflusst werden. Beispielsweise kann die zweite Voreinspritzung durch die erste Voreinspritzung beeinflusst werden, da durch die erste Voreinspritzung Druckwellen im Brennraum oder der Einspritzanlage entstehen können, welche die zweite Voreinspritzung beeinflussen können. Eine Korrektur der zweiten Voreinspritzung ist daher unter Berücksichtigung dieser Beeinflussung durch die erste Voreinspritzung durchzuführen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher zunächst ein Arbeitszyklus mit nur einer ersten Voreinspritzung und danach ein Arbeitszyklus mit der gleichen ersten Voreinspritzung und einer zweiten Voreinspritzung durchgeführt. Die zweite Verbrennungskenngröße aufgrund der ersten und zweiten Voreinspritzung kann dann mit der ersten Verbrennungskenngröße aufgrund nur der ersten Voreinspritzung verglichen werden und daraus beispielsweise eine umgesetzte Wärmemenge für die zweite Voreinspritzung bestimmt werden. Bei drei oder mehr Voreinspritzungen kann das Verfahren entsprechend über mehrere Arbeitszyklen erweitert werden. Dadurch wird eine Korrektur von Einspritzmengenfehlern kleiner Einspritzmengen auch bei mehreren aufeinander folgenden Einspritzungen möglich.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage bereitgestellt. Die Einspritzanlage ist ausgestaltet, Kraftstoff bei mindestens einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Sensor, welcher in dem Brennraum angeordnet ist, zur Erfassung eines Messwerts in dem Brennraum. Die Steuervorrichtung ist mit der Einspritzanlage und dem Sensor gekoppelt. Die Steuervorrichtung ist in der Lage, die Einspritzanlage zur Durchführung der mindestens einen Voreinspritzung anzusteuern und mit Hilfe des Sensors eine Verbrennungskenngröße einer Vorverbrennung, welche aufgrund der mindestens einen Voreinspritzung stattfindet, zu bestimmen. In Abhängigkeit von der Verbrennungskenngröße ist die Steuervorrichtung in der tage, eine Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung zu bestimmen. Die Korrektur für die mindestens eine Voreinspritzung kann beispielsweise bei einem nachfolgenden Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine für eine korrigierte Voreinspritzung verwendet werden. Die Steuervorrichtung kann zur Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahren ausgestaltet sein und umfasst daher auch die Vorteile der zuvor beschriebenen Verfahren.
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Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Brennkraftmaschine und die zuvor beschriebene Steuervorrichtung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch eine Wirkungsweise eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt schematisch eine Wirkungsweise eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt einen Verlauf einer Anregung einer Voreinspritzmenge für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt eine erfasste Differenzwärmemenge von Vorverbrennungen in einer Brennkraftmaschine, welche mit in den in 3 gezeigten Voreinspritzmengen angeregt wurde.
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5 zeigt ein Injektorverhalten von Kleinsteinspritzmengen im verbrennungsmotorischen Betrieb, welches aus 3 und 4 bestimmt wurde.
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6 zeigt einen Heizverlauf einer Voreinspritzung über einen Kurbelwellenwinkel einer Brennkraftmaschine.
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7 zeigt einen Vergleich zwischen Voreinspritzmengen und resultierenden Differenzwärmemengen bei verschiedenen Voreinspritzmengen und Zyklen einer Brennkraftmaschine.
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8 zeigt ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine Wirkungsweise eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in Form einer so genannten Wirkkette. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Einspritzanlage und eine Steuervorrichtung, welche die Einspritzanlage ansteuert und das nachfolgend beschriebene Verfahren ausführt. Die Brennkraftmaschine kann einen oder mehrere Zylinder umfassen, in welchen Kraftstoff für eine Verbrennung zum Antreiben der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise ein Dieselmotor mit einer Common-Rail-Einspritzung. Bei der Brennkraftmaschine werden vor mindestens einer Haupteinspritzung eine oder mehrere Voreinspritzungen durchgeführt, um das Motorgeräusch zu verringern und eine ruhigeren Lauf des Motors zu bewirken. Eine Einspritzmenge einer Voreinspritzung oder Haupteinspritzung wird in Abhängigkeit von einem Einspritzdruck über eine Ansteuerdauer eines Einspritzventils, eines so genannten Injektors, gesteuert. Somit wird die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge nicht tatsächlich gemessen. Darüber hinaus kann aufgrund von unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten auch bei gleichen eingespritzten Kraftstoffmengen eine unterschiedliche Wirkung bei der Verbrennung hervorgerufen werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird Kraftstoff 100 über einen Injektor 101 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Dabei werden beispielsweise ein bis drei Voreinspritzungen, so genannte Pilot Injections (Pil1...3), und eine Haupteinspritzung, eine so genannte Main Injection (MI), nacheinander durchgeführt. Die Einspritzsteuerung erfolgt, wie zuvor beschrieben, über entsprechende zeitliche Ansteuerungen ti des Injektors 101. Somit ergeben sich Einspritzmengen q 102 für die Voreinspritzungen und die Haupteinspritzung, welche jedoch nicht nur von dem Einspritzdruck und der Einspritzdauer ti abhängen, sondern darüber hinaus auch von Eigenschaften des speziellen Injektors 101, welche insbesondere durch Fertigungstoleranzen bestimmt sein können und durch eine Alterung des Injektors 101 beeinflusst werden können. Weiterhin beeinflusst eine Hydraulik 103 die tatsächliche Einspritzmenge insbesondere der Voreinspritzungen. Beispielsweise können Druckwellen in der Einspritzanlage durch eine erste Voreinspritzung entstehen, welche eine folgende zweite oder dritte Voreinspritzung beeinflussen. Die nun auch von der Hydraulik beeinflussten Einspritzmengen q der Voreinspritzungen Pil1...3 werden schließlich in dem Zylinder der Brennkraftmaschine in dem Kraftstoffumsetzungsschritt 104 verbrannt. Dabei entsteht eine Wärmemenge Q Pil1...3, welche über eine Zylinderdruckauswertung 105 mit Hilfe eines Zylinderdrucksensors in dem Brennraum des Zylinders erfasst werden kann. Dabei kann beispielsweise ein Heizverlaufinterval auf der Grundlage von Messwerten des Zylinderdrucksensors ausgewertet werden, um mit einem applizierten Fenster aus einer Kennfeldstruktur, welche beispielsweise die Voreinspritzmengen-Soll-Werte und einen Beginn und ein Ende des Heizverlaufsintervals umfassen, die Wärmemenge zu bestimmen. Daraus ergibt sich eine Vorgabe eines Start- und eines Endwinkels, um einen Teil des Summenheizverlaufs energetisch auszuwerten. Ergebnis der Auswertung ist die Differenz der Wärmemengen vom Endwinkel zum Startwinkel, woraus sich die Wärmemenge der Vorverbrennungen ergibt. Weiterhin kann aus der Zylinderdruckauswertung ein Moment Cpp des Zylinders bestimmt werden.
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Ein Modell 106 formuliert einen Zusammenhang zwischen der Wärmemenge der Vorverbrennungen und den Voreinspritzmengen unter Berücksichtigung von Zündverzug, Temperatur, Füllung, Abgasrückführung, Injektorfehler, Hydraulikfehler (z. B. aufgrund der oben genannten Druckwellen), Umsetzungsfehler (z. B., wenn eine Vorverbrennung zusammen mit einer Hauptverbrennung verbrennt) und Momentenfehler. Das Modell geht von einem Referenzzustand, einem idealen Injektor (sogenannten „goldenen Injektor”) und einem Referenzkraftstoff aus. Der Referenzzustand kann beispielsweise durch eine Temperatur, eine Last, eine Drehzahl oder eine Betriebsart der Brennkraftmaschine gekennzeichnet sein. Die Betriebsart kann beispielsweise einen Partikelfilterreinigungszustand anzeigen. Der Referenzzustand kann einer von mehreren vorbestimmten Referenzzuständen sein, welcher im Betrieb der Brennkraftmaschine eingenommen werden kann und, wenn einer der vorbestimmten Referenzzustände erkannt wird, kann eine Korrektur 107 von Injektorabweichungen, Kraftstoffabweichungen oder Druckwellenfehlern durchgeführt werden. Alternativ können derartige Referenzzustände beispielsweise in einer Diagnosebetriebsart der Brennkraftmaschine entsprechend herbeigeführt werden.
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Start- und Endwinkel der Auswertung des Heizverlaufintervals sind entscheidend für die Güte des Ergebnisses. Beispielsweise sollte der Endwinkel nicht innerhalb der Hauptverbrennung liegen, um eine Beeinflussung des Heizverlauf durch die Hauptverbrennung zu vermeiden. Der Startwinkel sollte ausreichend früh gewählt werden. Im Referenzzustand sollte die Voreinspritzung oder sollten die mehreren Voreinspritzungen ausreichenden Abstand zur Haupteinspritzung haben, damit die Verbrennungen nicht ineinander laufen und somit gleichzeitig stattfinden. Um das Modell zu vereinfachen, oder wenn nicht alle Parameter der Brennkraftmaschine in ausreichender Güte durch das Modell abgebildet werden können, können beispielsweise einfache Referenzzustände gewählt werden, wie z. B. Leerlauf der Brennkraftmaschine ohne Abgasrückführung. Wie zuvor erwähnt, ist bei mehreren Voreinspritzungen zusätzlich ein Einfluss einer Druckwelle einer früheren Einspritzung auf eine nachfolgende oder mehrere nachfolgende Einspritzungen zu berücksichtigen. Für die mehreren Voreinspritzungen wird mit einem geeigneten Fenster, einem so genannten Beobachtungszeitraum, die Summenwärmemenge der mehreren Voreinspritzungen bestimmt. Das auszuwertende Fenster, über welchem das Heizverlaufinterval ausgewertet wird, kann beispielsweise vorab festgelegt werden und die Voreinspritzungen entsprechend ihrer zeitlichen Lage eingestellt werden. Die absoluten Werte der erkannten Wärmemengen hängen von der Definition des Fensters und von den Randparametern der Verbrennung, wie z. B. Temperatur und Kraftstoffqualität, ab. Um eine möglichst hohe Modellgüte zu erreichen, kann beispielsweise eine Kalibrierung und ein Null-Abgleich durchgeführt werden. Ein Null-Abgleich kann beispielsweise durchgeführt werden, indem für mindestens ein Arbeitsspiel keine Voreinspritzung ausgelöst wird, um einen Null-Punkt zu ermitteln. Eine Kalibrierung kann durch eine gezielte Variation der Voreinspritzung, insbesondere durch eine Variation der Einspritzmenge, durchgeführt werden.
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Weiterhin kann bei der Auswahl des auszuwertenden Fensters eine Berücksichtigung einer Rückwirkung einer Zylinderdruckregelung, welche beispielsweise einen indizierten Mitteldruck und eine Schwerpunktlageregelung einstellt, erforderlich sein. Eine Regelung des indizierten Mitteldrucks kann gegen die Voreinspritzmengenvariation arbeiten, daher müssen in diesem Fall entsprechende Regelparameter und eine Dynamik der Voreinspritzmengenvariation entsprechend abgestimmt sein. Weiterhin regelt die Verbrennungsschwerpunktsregelung (AQ50-Regelung) den gesamten Verbrennungsschwerpunkt, d. h. den Verbrennungsschwerpunkt aus Voreinspritzung und Haupteinspritzung. Wenn die Voreinspritzung größer als die Haupteinspritzung wird und die Voreinspritzung relativ zur Haupteinspritzung definiert ist, kann dies dazu führen, dass die Lageregelung die Einspritzungen relativ zum Auswertefenster der Wärmemenge verschiebt und damit das Fenster schlecht definiert wird.
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Um außerhalb des Vorverbrennungsfensters verbrennende Voreinspritzteile zu berücksichtigen (welche beispielsweise durch höhere Abgasrückführungsraten entstehen können), kann die Auswertung auf eine zusätzliche Beobachtung der Gesamtverbrennung erweitert werden. Ein entsprechend erweitertes Verfahren ist in 2 dargestellt. Nach der Kraftstoffumsetzung 104 der Voreinspritzungen erfolgt eine Kraftstoffumsetzung 201 der Hauptverbrennung. Durch die Gesamtverbrennung entsteht eine gesamte Momentenwirkung Δtrq Gesamt, welche in einem entsprechenden Modell 202 ebenfalls zur Korrektur 107 von Injektorabweichungen, Kraftstoffabweichungen und Druckwellenfehlern berücksichtigt wird.
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In Verbindung mit den 3–7 wird nachfolgend beispielhaft ein Zusammenhang zwischen einer Einspritzmenge und einer mit Hilfe von Zylinderdrucksensoren erfassten Differenzwärmemenge im Detail beschrieben werden. In den gezeigten Beispielen befindet sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf auf einem Motorprüfstand und wird mit einer Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung betrieben. Der Startwinkel und Endwinkel für die Auswertung des Heizverlaufintervals sind fest vorgegeben. Wie in 6 gezeigt ist, beträgt der Startwinkel beispielsweise 14° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt und der Endwinkel Beispielsweise 6° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Todpunkt. Eine Differenzwärmemenge aufgrund einer Voreinspritzung wird in Abhängigkeit der Wärmemengen an den beiden Winkeln aus dem internen Heizverlauf 603 wie in 6 dargestellt bestimmt. 6 zeigt den internen Heizverlauf 603 für eine Voreinspritzmenge von beispielsweise von 1,6 mg. Beim Startwinkel von –14° weist der interne Heizverlauf 603 einen Wert 601 von beispielsweise –23 J auf und beim Endwinkel von 6° einen Wert 602 von –7,5 J. Somit ergibt sich eine Differenzwärmemenge von 15,5 J. 3 zeigt eine Anregung einer Voreinspritzmenge im Leerlauf der Brennkraftmaschine über beispielsweise eine Zeit von gut 60 Sekunden. Die Einspritzmenge wird periodisch im Bereich von 0–2 mg pro Hub variiert. Entsprechende Differenzwärmemengen werden, wie zuvor im Zusammenhang mit 6 beschrieben wurde, für jede Verbrennung einer entsprechenden Voreinspritzung bestimmt und in 4 aufgetragen. Eine deutliche Korrelation zwischen der Voreinspritzmenge und der mit Hilfe der Zylinderdrucksensoren erfassten und bestimmten Differenzwärmemenge ist aus den 3 und 4 ersichtlich. 5 zeigt nochmals diesen Zusammenhang zwischen Voreinspritzmengen und bei verschiedenen Verbrennungszyklen erfassten entsprechenden Differenzwärmemengen.
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7 zeigt einen weiteren Verlauf einer Anregung von Vorverbrennungen mit unterschiedlichen Voreinspritzmengen im Bereich von 0–2 mg pro Hub (Graph 701). Weiterhin sind in 7 entsprechende Differenzwärmemenge in einer normierten Darstellung aufgetragen (Graph 702).
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Aufgrund der guten Korrelation zwischen der Einspritzmenge und der erfassten Differenzwärmemenge ist eine schnelle Korrektur der Voreinspritzmenge möglich. Wenn beispielsweise neuer Dieselkraftstoff getankt wird und die bisher verwendete Zeitspanne für eine Voreinspritzung verwendet wird, kann mit Hilfe des Zylinderdrucksensors eine entsprechende Differenzwärmemenge bestimmt werden und von dieser Differenzwärmemenge kann abgeleitet werden, wieviel Kraftstoff wirklich eingespritzt wurde. In Abhängigkeit von der wirklich eingespritzten Kraftstoffmenge und der gewünschten Kraftstoffmenge kann die Zeitspanne für die Voreinspritzung entsprechend korrigiert werden. Somit können im Fahrbetrieb aktuelle Werte der Voreinspritzung aufgenommen werden und zur Korrektur der Voreinspritzungen verwendet werden. Dadurch kann das Emissionsverhalten und ein Geräusch der Brennkraftmaschine verringert werden. Weiterhin können die Voreinspritzmengen genauer und somit kleiner dimensioniert werden, wodurch Kraftstoff eingespart werden kann. Darüber hinaus kann mit dem gezeigten Verfahren auch bei einer Alterung von Injektoren eine Korrektur durchgeführt werden.
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Das zuvor beschriebene Verfahren kann prinzipiell in allen Betriebsarten der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, sofern entsprechende Modelle und Kennfelder für diese Betriebsart vorliegen. Dadurch kann eine schnelle und zuverlässige Korrektur von Einspitzmengenfehlern bei kleinen Einspritzmengen insbesondere auch im verbrennungsmotorischen Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
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8 zeigt ein Fahrzeug 800 mit einer Brennkraftmaschine 801, einer Einspritzanlage 802 und einer Steuervorrichtung 803. Die Brennkraftmaschine 801 umfasst vier Zylinder 804–807, in welche Kraftstoff von der Einspritzanlage 802 zur Verbrennung bei mindestens einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung eingespritzt werden kann. Jedem der Zylinder 804–807 ist jeweils ein Zylinderdrucksensor 808–811 zur Erfassung eines Zylinderdrucks im Brennraum des jeweiligen Zylinders 804–807 zugeordnet. Die Zylinderdrucksensoren 808–811 und die Einspritzanlage 802 sind mit der Steuervorrichtung 803 gekoppelt. Die Steuervorrichtung 803 ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009010309 A1 [0003]
- DE 102006004738 A1 [0004]
