DE102012212195A1

DE102012212195A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012212195A1
Application number: DE201210212195
Authority: DE
Inventors: Guido Porten; Silke Seuling; Harald Voss; Uwe Mueller; Gerald Graf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-01-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) beschrieben, wobei Kraftstoff mittels eines Einspritzventils (32) in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (10) eingespritzt wird, indem ein Aktor (33) des Einspritzventils (32) für eine vorgebbare Ansteuerdauer (60c) mit einem Ansteuersignal (34) angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird die vorgebbare Ansteuerdauer (60c) so gewählt, dass sie zwischen einer ersten Ansteuerdauer (60a) und einer zweiten Ansteuerdauer (60b) liegt, wobei die erste Ansteuerdauer (60a) einem ersten Grenzfall entspricht, bei dem das Einspritzventil (32) einen Öffnungszustand erreicht, und wobei die zweite Ansteuerdauer (60b) einem zweiten Grenzfall entspricht, der einen Übergangszustand zwischen einem ballistischen Betrieb und einem nicht-ballistischen Betrieb eines durch den Aktor (33) bewegbaren Ventilelements des Einspritzventils (32) charakterisiert. Weiterhin wird beschrieben, wie der erste und der zweite Grenzfall besonders genau ermittelt werden können.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm nach dem nebengeordneten Patentanspruch.
Vom Markt her ist es bekannt, Kraftstoff mittels eines Einspritzventils in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen, wobei das Einspritzventil beispielsweise mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung oder eines Aktors betätigt wird. Dabei lässt sich für eine jeweilige Einspritzung eine Länge einer Ansteuerung (Ansteuerdauer) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung vorgeben oder ermitteln. Patentveröffentlichungen aus diesem Fachgebiet sind beispielsweise die DE 10 2008 054 690 A1 und die DE 10 2009 003 214 A1 .
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch ein Computerprogramm nach dem nebengeordneten Anspruch 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.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei Kraftstoff mittels eines Einspritzventils in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, indem ein Aktor des Einspritzventils für eine vorgebbare Ansteuerdauer mit einem Ansteuersignal angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird die vorgebbare Ansteuerdauer so gewählt, dass sie zwischen einer ersten Ansteuerdauer und einer zweiten Ansteuerdauer liegt. Der Aktor ist beispielsweise ein Elektromagnet oder ein Piezo-Aktor. Dabei entspricht die erste Ansteuerdauer einem ersten Grenzfall, bei dem das Einspritzventil einen Öffnungszustand erreicht, und die zweite Ansteuerdauer entspricht einem zweiten Grenzfall, der einen Übergangszustand zwischen einem ballistischen Betrieb und einem nicht-ballistischen Betrieb eines durch den Aktor bewegbaren Ventilelements des Einspritzventils charakterisiert. Der Übergangszustand charakterisiert also einen Bereich der Ansteuerung, in welchem das Ventilelement gerade noch bzw. gerade nicht mehr an einem Hubanschlag anschlagen kann.
Je genauer die erste und die zweite Ansteuerdauer ermittelt werden, umso genauer ist entsprechend die erfindungsgemäß daraus abgeleitete vorgebbare Ansteuerdauer. Durch die erfindungsgemäße Wahl der vorgebbaren Ansteuerdauer kann es zwar sein, dass die Menge des im Rahmen einer Voreinspritzung und/oder Nacheinspritzung ("Teileinspritzungen", "sekundäre Einspritzungen") eingespritzten Kraftstoffs – im Vergleich zu einer "Regelung" – etwas ungenau ist. Dennoch wird eine vergleichsweise sichere Einspritzung von Kraftstoff für eine jeweilige Teileinspritzung ermöglicht.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine Ansteuerung von Aktoren insbesondere zum Einbringen von Voreinspritzungen und/oder Nacheinspritzungen in Brennräume der Brennkraftmaschine besonders einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann. Insbesondere kann es ausreichend sein, eine zugehörige Ansteuerdauer einmalig oder gelegentlich erfindungsgemäß zu "adaptieren", anstatt diese zu "regeln". Dadurch kann Rechenleistung in einem Steuergerät für die Brennkraftmaschine gespart werden.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die vorgebbare Ansteuerdauer etwa in der Mitte zwischen der ersten Ansteuerdauer und der zweiten Ansteuerdauer liegt, vorzugsweise in einem Bereich der ersten Ansteuerdauer plus einem Betrag von etwa 40 Prozent bis etwa 70 Prozent einer Differenz der ersten und der zweiten Ansteuerdauer. Für eine besonders sichere Einspritzung kann die vorgebbare Ansteuerdauer also bevorzugt eher in Richtung der zweiten Ansteuerdauer als in Richtung der ersten Ansteuerdauer gewählt werden. Dadurch kann eventuellen Streuungen der bei den Teileinspritzungen jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge wirkungsvoll vorgebeugt werden.
Die Ermittlung der ersten und der zweiten Ansteuerdauer bzw. des ersten und des zweiten Grenzfalls erfolgt vorzugsweise wie nachfolgend beschrieben:
Der Kraftstoff wird mittels des jeweiligen Einspritzventils mittels eines ersten Einspritzmusters und mittels mindestens eines zweiten Einspritzmusters eingespritzt, beispielsweise direkt in einen Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine oder auch in ein Saugrohr. Dabei ist das zweite Einspritzmuster von dem ersten Einspritzmuster verschieden. In Abhängigkeit eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine, bzw. allgemein eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signals, wird für das erste Einspritzmuster und das zweite Einspritzmuster jeweils eine ein aufgrund von mindestens einem Einspritzzyklus mit dem betreffenden Einspritzmuster resultierendes inneres Moment (Drehmoment) oder Leistung oder indizierter Mitteldruck charakterisierende Größe ermittelt. Erfindungsgemäß werden die dem ersten und zweiten Einspritzmuster zugeordneten charakterisierenden Größen miteinander verglichen und aus dem Vergleich wird auf einen Betriebszustand und/oder eine Betriebszustandsänderung des Einspritzventils während einer Einspritzung mit dem zweiten Einspritzmuster geschlossen. Dabei werden aus dem Betriebszustand bzw. aus der Betriebszustandsänderung der erste und der zweite Grenzfall der Ansteuerdauer ermittelt. Die das innere Moment charakterisierende Größe hängt in dem Fachmann bekannter Weise mit einer Leistung und einem indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine zusammen. Alternativ oder ergänzend könnten somit auch die Leistung bzw. der Mitteldruck ermittelt werden, wobei die drehzahlbasierte Auswertung jedoch bevorzugt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise für alle Einspritzventile der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
Eine Kraftstoffzumesseinrichtung der Brennkraftmaschine umfasst mindestens ein Einspritzventil der Brennkraftmaschine. Der Betriebszustand kann beispielsweise den Öffnungszustand oder den Übergangszustand bedeuten. Außerdem kann der Betriebszustand charakterisiert bzw. beeinflusst sein von einem Verschleiß und/oder einer Verkokung des Einspritzventils. Der Begriff der Betriebszustandsänderung wird weiter unten noch näher erläutert werden. Insbesondere die Verschiedenheit der mindestens zwei Einspritzmuster ermöglicht es, auch vergleichsweise geringfügige Abweichungen von Eigenschaften der Kraftstoffzumesseinrichtung bzw. des Einspritzventils in Bezug auf Sollwerte zu ermitteln. Die das innere Moment charakterisierenden Größen werden vorzugsweise mittels einer dynamischen Auswertung der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt, beispielsweise unter Verwendung eines Geberrads. Dabei können kurzzeitige Änderungen der Drehzahl zylinderindividuell mit dem inneren Moment in einen quantitativen Zusammenhang gebracht werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Einspritzmuster nur eine primäre Einspritzung aufweist, und dass das zweite Einspritzmuster eine primäre Einspritzung aufweist sowie mindestens eine vor und/oder nach der primären Einspritzung erfolgende sekundäre Einspritzung. Die primäre Einspritzung wird auch als "Haupteinspritzung" und die sekundäre Einspritzung wird auch als "Voreinspritzung" bzw. als "Nacheinspritzung" bzw. als "Teileinspritzung" bezeichnet. Die sekundäre Einspritzung weist im Vergleich zur primären Einspritzung eine kürzere Dauer auf und ist damit ein besonders empfindliches Maß für den Betriebszustand bzw. für Betriebszustandsänderungen des Einspritzventils, insbesondere die sekundäre Einspritzung betreffend. Dadurch kann die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann auch mehr als eine Voreinspritzung je Einspritzmuster vorgesehen sein, wodurch sich eine bessere Auflösung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt. Die Teileinspritzungen erfolgen jeweils in einem ballistischen Betriebsbereich des Einspritzventils.
Aus dem oben beschriebenen Vergleich kann erstens ermittelt werden, ob das Einspritzventil der Kraftstoffzumesseinrichtung im Rahmen der sekundären Einspritzung ausgehend von seinem Schließzustand überhaupt den Öffnungszustand erreicht hat. Für sehr kurze Ansteuerdauern des Aktors des Einspritzventils erfolgt im Allgemeinen kein Öffnen des Einspritzventils. Die Ermittlung des Erreichens des Öffnungszustands entspricht daher einer ersten Betriebszustandsänderung des Einspritzventils, welche den ersten Grenzfall charakterisiert, und welche somit auf einfache Weise ermittelt werden kann. Die zugehörige Ansteuerdauer entspricht dabei der ersten Ansteuerdauer.
Aus dem oben beschriebenen Vergleich kann zweitens ermittelt werden, ob das Einspritzventil der Kraftstoffzumesseinrichtung im Rahmen einer sekundären Einspritzung den Übergangszustand zwischen einem ballistischen Betrieb und einem nicht-ballistischen Betrieb erreicht hat. Dieser Übergangszustand charakterisiert – beispielsweise ausgehend vom ballistischen Betrieb und bei einer schrittweise vergrößerten Ansteuerung – ein erstes Anschlagen eines Ankers bzw. eines Ventilelements des Einspritzventils an einem Hubanschlag. Dies entspricht einer zweiten Betriebszustandsänderung des Einspritzventils, welche den zweiten Grenzfall charakterisiert. Die zugehörige Ansteuerdauer entspricht dabei der zweiten Ansteuerdauer. Die erfindungsgemäße Ermittlung des Übergangszustands ist besonders einfach und genau.
Weiterhin ist vorgesehen, dass mehrere Einspritzzyklen unter Verwendung des zweiten Einspritzmusters ausgeführt werden, und dass für unterschiedliche Einspritzzyklen sekundäre Einspritzungen mit jeweils unterschiedlicher Soll-Einspritzdauer vorgegeben werden. Auf diese Weise können – vorzugsweise mittels eines schrittweisen Veränderns der Soll-Einspritzdauer der sekundären Einspritzung – der Betriebszustand und/oder die Betriebszustandsänderung besonders genau ermittelt werden, insbesondere die Tatsache, ob sich überhaupt eine Betriebszustandsänderung ergibt, und zu welcher Zeit. Besonders bevorzugt erfolgt für jeden Wert der Soll-Einspritzdauer der sekundären Einspritzung mindestens eine Einspritzung mit dem ersten Einspritzmuster und mit dem zweiten Einspritzmuster, um einen Vergleich zwischen den Einspritzmustern bzw. den daraus resultierenden charakterisierenden Größen zu ermöglichen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die primäre Einspritzung beider Einspritzmuster jeweils so gewählt ist, dass sie nicht-ballistisch ist, und dass die sekundäre Einspritzung des zweiten Einspritzmusters so gewählt ist, dass sie ballistisch ist. Damit werden besonders geeignete Einspritzmuster für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Eine "ballistische" Einspritzung, das heißt, eine ballistische Bewegung des Ankers, liegt vor, wenn der Anker – oder ein dem Anker entsprechendes bzw. mit diesem zumindest zeitweise gekoppeltes, Element (beispielsweise eine Ventilnadel, die durch den Anker antreibbar ist) – bei einer Ansteuerung für eine Einspritzung nicht an dem Hubanschlag anschlägt.
Vorzugsweise wird eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens derart durchgeführt, dass die dem ersten und zweiten Einspritzmuster zugeordneten charakterisierenden Größen gleichgestellt werden, indem eine Dauer der primären Einspritzung des zweiten Einspritzmusters verändert wird. Beispielsweise wird dazu eine Differenz der charakterisierenden Größen auf Null gesteuert. Damit wird erreicht, dass mittels der sekundären Einspritzung eingespritzte unterschiedliche Kraftstoffmengen mittels einer Veränderung der Dauer der primären Einspritzung ausgeglichen werden. Dadurch bleibt das Drehmoment der Brennkraftmaschine im Wesentlichen unverändert, so dass das Betriebsgeräusch und der Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs durch das Verfahren nicht nachteilig beeinflusst werden. Sofern die charakterisierenden Größen mittels eines Regelungsprozesses angeglichen werden, der z.B. die primäre Einspritzung des zweiten Einspritzmusters zur Gleichstellung beeinflusst, kann aus der Regeldifferenz vorteilhaft auf Einspritzparameter bzw. Betriebszustandsänderungen im Rahmen der sekundären Einspritzung des zweiten Einspritzmusters geschlossen werden.
In einer weiteren Variante des Verfahrens werden die dem ersten und zweiten Einspritzmuster zugeordneten charakterisierenden Größen gleichgestellt, indem eine Dauer der sekundären Einspritzung des zweiten Einspritzmusters verändert wird. Dadurch kann die bei der sekundären Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge entsprechend variabel gesteuert und/oder geregelt werden.
Besonders vorteilhaft wird das Verfahren unter Verwendung der folgenden Schritte durchgeführt:

– Betreiben der Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand, in welchem eine Last und/oder eine Drehzahl der Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant ist und/oder eine Temperatur eines Abgases der Brennkraftmaschine einen Wert aufweist, bei welchem ein Abgaskatalysator das Abgas konvertieren kann. Die Brennkraftmaschine ist zur Durchführung des Verfahrens vorzugsweise also in einem "betriebswarmen" und stationären Zustand;
– Betreiben eines jeweils ersten Zylinders der Brennkraftmaschine in einem Magerbetrieb;
– Betreiben der jeweils übrigen Zylinder in einem angefetteten Betrieb, derart, dass ein Summen-Lambdawert des Abgases (Luft-/Kraftstoffverhältnis) in etwa den Wert eins aufweist;
– Schrittweises Verändern der Ansteuerdauer für die sekundäre Einspritzung zur Ermittlung der ersten Ansteuerdauer, bei welcher das Einspritzventil öffnet bzw. nicht öffnet; und
– Schrittweises Verändern der Ansteuerdauer für die sekundäre Einspritzung zur Ermittlung der zweiten Ansteuerdauer, bei welcher das Einspritzventil den Übergangszustand zwischen der ballistischen Einspritzung und der nicht-ballistischen Einspritzung erreicht.

Dadurch wird die Ermittlung des Betriebszustands bzw. der Betriebszustandsänderung besonders genau. Außerdem bleiben das Drehmoment der Brennkraftmaschine sowie Eigenschaften des Abgases im Wesentlichen unbeeinflusst.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Einspritzmuster alternierend verwendet werden, indem das erste Einspritzmuster für eine erste Anzahl von Einspritzzyklen verwendet wird und das zweite Einspritzmuster für eine zweite Anzahl von Einspritzzyklen verwendet wird, und dass die erste und/oder die zweite Anzahl mindestens eins beträgt. Eine aufeinanderfolgend wiederholte Anwendung des ersten bzw. des zweiten Einspritzmusters kann Störungen ausfiltern und die Genauigkeit des Verfahrens verbessern. Alternierend wird nach Verwendung der ersten Anzahl des ersten Einspritzmusters die zweite Anzahl des zweiten Einspritzmusters verwendet. Die erste und die zweite Anzahl sind vorzugsweise gleich.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit Einspritzventilen ausgeführt werden, welche keinen ballistischen Betriebsbereich aufweisen, z.B. bei piezoelektrischen Injektoren, bei denen ein Piezoaktor direkt oder mittels eines hydraulischen Kopplers oder dergleichen auf eine Ventilnadel wirkt. Generell ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eine einfache und dennoch zuverlässige Ansteuerung sowie die Ermittlung, ob insbesondere bei sehr kurzen Ansteuerdauern überhaupt Kraftstoff eingespritzt worden ist oder nicht, und z.B. des Öffnungszeitpunkts des betreffenden Einspritzventils.
Das Verfahren wird verbessert, wenn die erste und/oder zweite und/oder die vorgebbare Ansteuerdauer in Abhängigkeit von einer Kraftstoffsorte und/oder einem Kraftstoffdruck und/oder einer Kraftstofftemperatur ermittelt und/oder korrigiert wird. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Kennfelds, in welches ermittelte Werte abgespeichert bzw. daraus ausgelesen werden. Dadurch kann die Genauigkeit der bei Teileinspritzungen abgesetzten Kraftstoffmenge erhöht eine Langzeitstabilität verbessert werden. Ergänzend ist es denkbar, die Ansteuerdauern auch in Abhängigkeit einer Betriebsdauer des Einspritzventils zu korrigieren.
Das Verfahren ist besonders einfach und kostengünstig mittels eines Computerprogramms durchzuführen, welches auf einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Steuergerät ausgeführt wird.
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. In der Zeichnung zeigen:
1 ein stark vereinfachtes Schema einer Brennkraftmaschine und einer Kraftstoffzumesseinrichtung;
2 ein schematisches Zeitdiagramm eines Ankerhubes und eines Nadelhubes eines Einspritzventils der Brennkraftmaschine;
3 ein Schema mit einem ersten Einspritzmuster und einem zweiten Einspritzmuster;
4 ein erstes Zeitdiagramm mit verschiedenen Ansteuerdauern des Einspritzventils;
5 ein zweites Zeitdiagramm mit verschiedenen Ansteuerdauern des Einspritzventils; und
6 ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein stark vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Brennkraftmaschine 10 und einer zugehörigen Kraftstoffzumesseinrichtung 30. Die Brennkraftmaschine 10 erhält von der Kraftstoffzumesseinrichtung 30 eine bestimmte Kraftstoffmenge zu jeweils bestimmten Zeitpunkten zugemessen. Dazu weist die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 vorliegend vier Einspritzventile 32 auf, welche mittels vier Aktoren 33 betätigbar sind. Dazu können die Aktoren 33 durch ein im unteren mittleren Bereich der Zeichnung dargestelltes Steuergerät 20 angesteuert werden. Die erforderlichen Steuerleitungen sind in der 1 aus Gründen der besseren Übersicht weggelassen. Eine Einspritzung kann bevorzugt direkt in entsprechende Brennräume von Zylindern der Brennkraftmaschine 10 erfolgen oder auch in mit den Brennräumen der Zylinder korrespondierende Saugrohrabschnitte (nicht gezeigt).
Verschiedene Sensoren 40 erfassen Messwerte 15, die den Betriebszustand der Kraftstoffzumesseinrichtung 30 bzw. der Einspritzventile 32 und der Brennkraftmaschine 10 charakterisieren, und leiten diese zu dem Steuergerät 20. Dem Steuergerät 20 werden ferner verschiedene Größen 25 weiterer Sensoren 42 zugeleitet. Das Steuergerät 20 berechnet ausgehend von den Messwerten 15 und den Größen 25 Ansteuersignale 34, mit denen die Aktoren 33 beaufschlagt werden. Dazu weist das Steuergerät 20 ein Computerprogramm 36 auf.
Weiterhin weist die Brennkraftmaschine 10 ein Geberrad 44 mit einem an dem Geberrad 44 angeordneten Sensor 46 auf. Das Geberrad 44 bzw. eine Welle der Brennkraftmaschine 10 weist eine Drehzahl n auf. Der Sensor 46 übermittelt mittels einer Signalleitung (ohne Bezugszeichen) ein Drehzahlsignal 48 an das Steuergerät 20. Das Drehzahlsignal 48 umfasst eine Information über Größen MWF1 und MWF2, welche, bevorzugt zylinderindividuell, ein jeweiliges resultierendes inneres Moment oder eine Leistung oder einen indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine 10 charakterisieren. Das innere Moment hängt von der eingespritzten Kraftstoffmenge ab. Das Bezugszeichen "MWF" steht für den englischen Fachbegriff "mechanical work feature". Die das innere Moment charakterisierende Größe MWF hängt in dem Fachmann bekannter Weise mit einer Leistung und einem indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine 10 zusammen.
Bei der Brennkraftmaschine 10 handelt es sich vorzugsweise um eine direkteinspritzende und/oder eine selbstzündende Brennkraftmaschine 10. Des Weiteren kann die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 z.B. als "Common-Rail"-System ausgebildet sein. Bei diesem fördert bekanntermaßen eine Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher (ebenfalls nicht dargestellt). Von dem Hochdruckspeicher kann der Kraftstoff über die Einspritzventile 32 in Brennräume der Brennkraftmaschine 10 eingespritzt werden. Die Dauer und/oder der Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird mittels der Aktoren 33 gesteuert. Die Aktoren 33 sind beispielsweise Elektromagnete oder Piezo-Aktoren.
Das Steuergerät 20 berechnet die in die Brennkraftmaschine 10 einzuspritzende Kraftstoffmenge. Diese Berechnung erfolgt abhängig von verschiedenen Messwerten 15, der Drehzahl n und/oder der Temperatur der Brennkraftmaschine 10, dem tatsächlichen Einspritzbeginn und eventuell den weiteren Größen 25, die einen Betriebszustand eines Kraftfahrzeugs charakterisieren. Die weiteren Größen 25 sind beispielsweise eine Stellung eines Fahrpedals, sowie ein Druck und/oder eine Temperatur einer Umgebungsluft. Das Steuergerät 20 setzt einen jeweiligen Sollwert einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge in entsprechende Ansteuersignale 34 für die Einspritzventile 32 um.
Beispielsweise wird dem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine 10 eine primäre Einspritzung ("Haupteinspritzung"), sowie davor und/oder danach zusätzlich eine oder mehrere sekundäre Einspritzungen ("Voreinspritzungen" bzw. "Nacheinspritzungen" bzw. "Teileinspritzungen") zugeführt. Die jeweilige sekundäre Einspritzung ist im Vergleich zu der primären Einspritzung von kürzerer Dauer. Dadurch kann beispielsweise das Geräuschverhalten der Brennkraftmaschine 10 verbessert werden.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder eines Verschleißes und/oder einer Verkokung der Einspritzventile 32 ist es möglich, dass trotz eines jeweils gleichen Ansteuersignals 34 die Einspritzventile 32 unterschiedliche Kraftstoffmengen zumessen. Beispielsweise kann für ein jeweiliges Einspritzventil 32 eine erste Ansteuerdauer 60a ("Mindest-Ansteuerdauer", siehe 2) ermittelt werden, unterhalb derer gar kein Kraftstoff zugemessen wird. Dies betrifft insbesondere die sekundären Einspritzungen.
Weitere Einflussgrößen, welche die eingespritzten Kraftstoffmengen und damit auch die erste Ansteuerdauer 60a beeinflussen können, sind beispielsweise ein Druck in dem Hochdruckspeicher, eine Kraftstofftemperatur und/oder eine Kraftstoffsorte. Zur Erzielung einer möglichst genauen Kraftstoffzumessung insbesondere für die sekundären Einspritzungen ist es daher vorteilhaft, wenn die erste Ansteuerdauer 60a des jeweiligen Einspritzventils 32 bekannt ist.
Ebenso kann für ein jeweiliges Einspritzventil 32 eine zweite Ansteuerdauer 60b (siehe 2) ermittelt werden, die einen Übergangszustand zwischen einem ballistischen und einem nicht-ballistischen Betrieb eines durch den Aktor 33 bewegbaren Ventilelements des Einspritzventils 32 charakterisiert.
2 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm eines Ankerhubes 50 eines Ankers des Aktors 33 und eines Nadelhubes 52 des Ventilelements ("Ventilnadel") des Einspritzventils 32. Der Anker ist vorliegend derart mit der Ventilnadel gekoppelt, dass er bei Ansteuerung des Aktors 33 und nach Zurücklegen eines Ankerfreiwegs 54 die Ventilnadel zwangsweise in Öffnungsrichtung des Einspritzventils 32 mitnehmen kann.
In einem Ruhezustand des Einspritzventils 32 zum Zeitpunkt null ist der Anker an einem durch eine horizontale gestrichelte Linie 56 charakterisierten Ruhesitz angeschlagen. Ebenso ist zum Zeitpunkt null die Ventilnadel an einem durch eine horizontale gestrichelte Linie 58 charakterisierten Ventilsitz angeschlagen. Das Einspritzventil 32 ist somit geschlossen.
Vom Zeitpunkt null ausgehend wird der Aktor 33 zu einer Zeit t1 angesteuert (bestromt), wodurch der Anker von dem Ruhesitz abgehoben und in der Zeichnung nach oben beschleunigt wird. Zu einer Zeit t2 wird die Ansteuerung beendet. Eine Differenz der Zeiten t2 und t1 bezeichnet eine Ansteuerdauer 60.
Zu einer Zeit t3 schlägt der sich bewegende Anker an einem "Mitnehmer" der Ventilnadel an und führt diese somit zwangsweise in der Zeichnung nach oben mit. Zur Zeit t3 öffnet daher das Einspritzventil 32. Eine Differenz der Zeiten t3 und t1 charakterisiert eine Öffnungsverzugszeit 62 des Einspritzventils 32. Die Öffnungsverzugszeit 62 charakterisiert eine Zeitspanne zwischen einem Beginn einer Ansteuerung des Aktors 33 und dem ersten Abheben der Ventilnadel des Einspritzventils 32 von ihrem Ventilsitz.
Zwischen der Zeit t3 und einer darauf folgenden Zeit t4 führt die Ventilnadel den in der Zeichnung dargestellten Öffnungshub aus, wobei Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine 10 eingespritzt wird. Eine Differenz der Zeiten t4 und t3 charakterisiert eine Öffnungsdauer 64 des Einspritzventils 32. Da der Anker bzw. die Ventilnadel im Rahmen der in 2 abgebildeten Ansteuerung (Ankerhub 50 und Ansteuerdauer 60) nicht bereits auf einen die Öffnungsbewegung begrenzenden (Nadel-)Hubanschlag auffährt, handelt es sich um eine sog. „ballistische“ Ansteuerung bzw. Einspritzung.
Zur Zeit t4 ist das Einspritzventil 32 somit wieder geschlossen. Eine Differenz der Zeiten t4 und t2 charakterisiert eine Schließverzugszeit 66 des Einspritzventils 32. Ebenfalls löst sich der Anker zur Zeit t4 wieder von dem Mitnehmer der Ventilnadel und wird mittels Federkraft einer Rückstellfeder in Richtung seines Ruhesitzes beschleunigt. Dabei findet vorliegend ein Prellvorgang des Ankers an dem Ruhesitz statt.
Weiterhin ist in der 2 eine gepunktete Kurve (in der Zeichnung unterhalb des Ankerhubs 50) für einen Ankerhub 50a eingetragen, der sich bei einer in Bezug auf die Ansteuerdauer 60 kürzeren ersten Ansteuerdauer 60a ergibt. Vorliegend entspricht die erste Ansteuerdauer 60a einem ersten Grenzfall, bei dem das Einspritzventil 32 einen Öffnungszustand gerade erreicht bzw. gerade nicht mehr erreicht. Der Ankerhub 50a berührt die horizontale gestrichelte Linie 58 höchstens ein wenig.
Weiterhin ist eine gestrichelte Kurve (in der Zeichnung oberhalb des Ankerhubs 50) für einen Ankerhub 50b eingetragen, der sich bei einer in Bezug auf die Ansteuerdauer 60 längeren zweiten Ansteuerdauer 60b ergibt. Vorliegend entspricht die zweite Ansteuerdauer 60b einem zweiten Grenzfall, der einen Übergangszustand zwischen einem ballistischen Betrieb und einem nicht-ballistischen Betrieb des durch den Anker bewegbaren Ventilelements ("Ventilnadel") des Einspritzventils 32 charakterisiert. Eine horizontale gepunktete Linie 68 entspricht einem Hubanschlag des Ankers und berührt die Kurve des Ankerhubs 50b in ihrem Maximum.
Aus der ersten Ansteuerdauer 60a und der zweiten Ansteuerdauer 60b kann erfindungsgemäß vorteilhaft eine vorgebbare Ansteuerdauer 60c ermittelt werden, wobei die vorgebbare Ansteuerdauer 60c bevorzugt etwa in der Mitte zwischen der ersten Ansteuerdauer 60a und der zweiten Ansteuerdauer 60b liegt. Die vorgebbare Ansteuerdauer 60c kann als Summe aus der ersten Ansteuerdauer 60a plus einem Betrag von beispielsweise 50 Prozent einer Differenz 61 der ersten und der zweiten Ansteuerdauer 60a und 60b gebildet werden. Der besagte Betrag kann in einer weiteren Ausführungsform auch 40 Prozent bis 70 Prozent der Differenz 61 aufweisen.
Mittels der vorgebbaren Ansteuerdauer 60c kann eine kostengünstige Alternative für Einspritzverfahren erreicht werden, bei welchen eine Voreinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine 10 abgesetzt wird. Die vorgebbare Ansteuerdauer 60c wird dabei "adaptiert" und nicht im Sinne einer Regelung periodisch ermittelt. Dadurch kann die Ansteuerung vereinfacht und der Aufwand somit vermindert werden.
Durch das beschriebene Verfahren kann es zwar sein, dass die Menge des im Rahmen einer Voreinspritzung und/oder Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs – im Vergleich zu einer "Regelung" – etwas ungenauer ist. Weil jedoch die Ansteuerdauer 60c etwa in der Mitte zwischen der ersten Ansteuerdauer 60a und der zweiten Ansteuerdauer 60b liegt, ist ein Toleranzbereich für eine vergleichsweise sichere Einspritzung von Kraftstoff entsprechend groß.
3 zeigt ein Schema für eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Ein in der Zeichnung oberhalb einer horizontalen gestrichelten Linie 70 dargestellter Block charakterisiert ein erstes Einspritzmuster E1, und eine zeitliche Folge von unterhalb der Linie 70 dargestellten Blöcken charakterisiert ein zweites Einspritzmuster E2. Die Zeit verläuft dabei in Richtung von Pfeilen 72, die jeweils unterhalb der besagten Blöcke gezeichnet sind.
Vorliegend weist das Einspritzmuster E1 eine einzelne primäre Einspritzung HE („Haupteinspritzung“) und das Einspritzmuster E2 eine sekundäre Einspritzung VE („Voreinspritzung“) und eine nachfolgende primäre Einspritzung HE auf. Der sekundären Einspritzung VE ist eine Soll-Einspritzdauer TVEsoll zugeordnet. Ein zeitlich hinterer Abschnitt der primären Einspritzung HE des zweiten Einspritzmusters E2 bildet eine Delta-Einspritzmenge 74. Für beide Einspritzmuster E1 und E2 ist die primäre Einspritzung HE jeweils so gewählt, dass sie nicht ballistisch ist, und die sekundäre Einspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 ist so gewählt, dass sie zumindest für vergleichsweise kurze zugehörige Ansteuerdauern 60 ballistisch ist.
In einem ersten Betriebszustand des Einspritzventils 32 wird das Einspritzmuster E1 für eine erste Anzahl von Arbeitszyklen bzw. Einspritzzyklen der Brennkraftmaschine 10 verwendet. In Abhängigkeit der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 bzw. des Drehzahlsignals 48 (und z.B. einer zeitlichen Änderung der Drehzahl) wird die zugehörige das innere Drehmoment ("Moment") oder die Leistung oder den indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine 10 charakterisierende Größe MWF1 – bezogen auf den vorliegend betrachteten Zylinder – ermittelt.
In einem zweiten Betriebszustand des Einspritzventils 32 wird das Einspritzmuster E2 für eine zweite Anzahl von Arbeitszyklen bzw. Einspritzzyklen der Brennkraftmaschine 10 verwendet. In Abhängigkeit der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 bzw. des Drehzahlsignals 48 wird die zugehörige das innere Drehmoment oder die Leistung oder den indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine 10 charakterisierende Größe MWF2 – bezogen auf den vorliegend betrachteten Zylinder – ermittelt.
Die erste und/oder die zweite Anzahl der Einspritzzyklen beträgt jeweils mindestens eins. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Anzahl gleich und betragen mehr als eins, wodurch eventuelle die Ermittlung der Größen MWF1 und MWF2 beeinträchtigende Störungen durch Bildung von Mittelwerten vermindert werden können.
Nachdem die Größen MWF1 und MWF2 jeweils ermittelt wurden, wird in einem Block 76 ein Vergleich 77 der Größen MWF1 und MWF2 durchgeführt. Vorliegend wird dazu eine Differenz 78 der Größen MWF1 und MWF2 gebildet, welche einem im unteren Bereich der Zeichnung dargestellten Regler 80 als Eingangsgröße zugeführt wird. Der Regler 80 bildet aus der Differenz 78 eine Stellgröße 82, welche die Delta-Einspritzmenge 74 der primären Einspritzung HE des zweiten Einspritzmusters E2 steuert. Dabei wird die Kraftstoffmenge der primären Einspritzung HE um die Delta-Einspritzmenge der sekundären Einspritzung vermindert. Die Stellgröße 82 gleicht also ggf. auftretende Fehler bei der sekundären Einspritzung aus. Wenn die sekundäre Einspritzung VE eine korrekte Menge aufweist, dann ist die Delta-Einspritzmenge 74 null.
Die Stellgröße 82 ist somit ein Maß für die Änderung der durch die sekundäre Einspritzung VE eingespritzten Kraftstoffmenge. Die Stellgröße 82 verändert die Ansteuerdauer 60 für die primäre Einspritzung HE des zweiten Einspritzmusters E2 derart, dass die Größen MWF1 und MWF2 gleichgestellt werden, so dass also das innere Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 für beide Einspritzmuster E1 und E2 ebenfalls gleich ist. Dabei charakterisiert die Differenz 78 eine "Regelabweichung" und die Stellgröße 82 einen "Reglereingriff".
Sofern beispielsweise der in 3 veranschaulichte Regelvorgang ergibt, dass die Delta-Einspritzmenge 74 den Wert Null annehmen soll, kann vorteilhaft darauf geschlossen werden, dass bei der Verwendung des zweiten Einspritzmusters E2 durch die beiden Teileinspritzungen VE, HE des zweiten Einspritzmusters E2 insgesamt dieselbe Kraftstoffmenge eingespritzt wird wie bei dem ersten Einspritzmuster E1 mittels der Haupteinspritzung HE. Andernfalls, sofern beispielsweise die Summe aus der Delta-Einspritzmenge 74 und der durch die Haupteinspritzung HE des zweiten Einspritzmusters E2 eingespritzten Kraftstoffmenge der Kraftstoffmenge der Haupteinspritzung HE des ersten Einspritzmusters E1 entspricht, kann darauf geschlossen werden, dass gar kein Kraftstoff mittels der sekundären Einspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 eingespritzt wird, weil beispielsweise die elektrische Ansteuerdauer 60 (2) unter der ersten Ansteuerdauer 60a ("Mindest-Ansteuerdauer") des betrachteten Einspritzventils 32 liegt. Bevorzugt wird stets der Regeleingriff beobachtet, um die vorstehend genannten Informationen zu erhalten.
Durch schrittweise Veränderung der Ansteuerdauer 60 des Einspritzventils 32 für die sekundäre Einspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 kann somit vorteilhaft ermittelt werden, ob das Einspritzventil 32 im Rahmen der sekundären Einspritzung VE überhaupt öffnet, mithin Kraftstoff einspritzt. Ferner kann vorteilhaft ermittelt werden, ab welcher elektrischen Ansteuerdauer 60 das Einspritzventil 32 im Rahmen der sekundären Einspritzung VE öffnet; es kann also die erste Ansteuerdauer 60a des Einspritzventils 32 ermittelt werden. Dies erfolgt vorteilhaft unter Kenntnis der Ansteuerdauern 60 der Einspritzmuster E1, E2 und durch Auswertung der charakterisierenden Größen MWF1, MWF2, bevorzugt im Wege eines Regelungsverfahrens.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann z.B. eine Ansteuerdauer 60 für ein z.B. ballistisch betreibbares Einspritzventil 32 ausgehend von einem sehr kleinen Wert, z.B. Null, bei dem also das Einspritzventil 32 mit Sicherheit nicht bereits öffnet, schrittweise erhöht werden, und dann, wenn erstmals ein Regeleingriff des Reglers im vorstehend beschriebenen Sinne auftritt, kann darauf geschlossen werden, dass das Einspritzventil 32 erstmals öffnet. Diese Verfahrensweise ist auch bei nicht ballistisch betreibbaren Einspritzventilen 32 anwendbar.
Bei einer einfacheren Ausführungsform muss nicht notwendig eine Regelung, z.B. im Sinne einer Gleichstellung der Größen MWF1, MWF2 erfolgen. Vielmehr kann ein einfacher Vergleich der der Größen MWF1, MWF2 bereits darüber Aufschluss geben, ob das Einspritzventil 32 bei einer bestimmten Ansteuerdauer 60 im Rahmen einer Voreinspritzung VE überhaupt öffnet.
4 zeigt ein erstes Zeitdiagramm, bei dem das Einspritzventil 32, das heißt, dessen Aktor 33, mit verschiedenen Ansteuerdauern 60 im Rahmen der sekundären Einspritzung VE angesteuert wird. Dargestellt ist ein Koordinatensystem, auf dessen Abszisse die Zeit t und auf dessen Ordinate die Differenz 78 (Regelabweichung) und die Stellgröße 82 (Reglereingriff) eingetragen sind. Das Zeitdiagramm zeigt somit zwei Kurven. Zum Vergleich mit der weiter unten beschriebenen 5 weist die Ordinate Skalenwerte von –5 bis +5 auf (beliebige Einheit). Vorliegend entspricht eine positiver werdende Stellgröße 82 einer jeweils verminderten aggregierten Kraftstoffmenge des zweiten Einspritzmusters E2 (d.h., aller Einspritzungen VE, HE des zweiten Einspritzmusters E2), besonders bevorzugt jedoch allein einer Voreinspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2, und eine negativer werdende Stellgröße 82 entspricht einer jeweils vergrößerten Kraftstoffmenge des zweiten Einspritzmusters E2, bevorzugt der Voreinspritzung VE. D.h., durch den Reglereingriff im Wege der sich ändernden Stellgröße 82 kann vorteilhaft auf das Vorhandensein und/oder die Dauer der Voreinspritzung VE, generell auf eine Änderung der Voreinspritzung VE, des zweiten Einspritzmusters E2 geschlossen werden. Z.B. fettet der Regler an (durch Verlängerung der Haupteinspritzung HE des zweiten Einspritzmusters E2, wenn die Voreinspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 zu klein war und umgekehrt.
Ebenfalls zum besseren Vergleich sind in der Zeichnung unterhalb der Abszisse beispielhafte Werte für die Ansteuerdauern 60 in Mikrosekunden (µs) für die sekundäre Einspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 angegeben. Die Ansteuerdauern 60 werden über jeweils mehrere Sekunden, entsprechend Zeitabschnitten 91, 92, 93, 94, 95, 96 und 97, konstant gehalten. Dabei wird alternierend zwischen dem ersten Einspritzmuster E1 und dem zweiten Einspritzmuster E2 umgeschaltet, so dass die Differenz 78 und daraus wiederum die Stellgröße 82 wie vorliegend gebildet werden kann.
Ausgehend vom Zeitabschnitt 91, bei welchem die Ansteuerdauer 60 so groß ist, dass Kraftstoff während der sekundären Einspritzung VE in den Brennraum eingespritzt wird, wird im Zeitabschnitt 92 die Ansteuerdauer 60 um 16 µs vermindert. Folglich sind die Soll-Einspritzdauer TVEsoll und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge ebenfalls vermindert. Im folgenden Zeitabschnitt 93 wird die Ansteuerdauer 60 um weitere 24 µs vermindert, wobei die insgesamt durch das zweite Einspritzmuster E2 eingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen jedoch nicht weiter vermindert wird. Das bedeutet, dass im Zeitabschnitt 93 das Einspritzventil 32 im Rahmen der sekundären Einspritzung VE nicht öffnet. Dies entspricht dem ersten Grenzfall. Ein Pfeil 84 weist auf dieses Ergebnis hin. Aus der Tatsache, dass keine Änderung des Reglereingriffs erfolgt, kann somit vorteilhaft darauf geschlossen werden, dass keine Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge eintritt, woraus wiederum abgeleitet werden kann, dass das Einspritzventil 32 sich bei der sekundären Einspritzung VE in dem betrachteten Zeitbereich nicht mehr öffnet.
Im folgenden Zeitabschnitt 94 weist die Ansteuerdauer 60 den gleichen Wert auf wie im ersten Zeitabschnitt 91, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen gleich ist. Im folgenden Zeitabschnitt 95 wird die Ansteuerdauer 60 stark erhöht, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge ebenso stark zunimmt. Im folgenden Zeitabschnitt 96 wird die Ansteuerdauer 60 noch weiter erhöht, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge nochmals zunimmt. Im Zeitabschnitt 97 entsprechen die Ansteuerdauer 60 und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge wieder dem Ausgangszustand des Zeitabschnitts 91.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die 4 einen ballistischen Betrieb des Einspritzventils 32 während der sekundären Einspritzung VE zeigt, wobei durch Verändern der Ansteuerdauer 60 jene erste Ansteuerdauer 60a ermittelt wird, bei welcher das Einspritzventil 32 der Kraftstoffzumesseinrichtung 30 im Rahmen der sekundären Einspritzung VE den Öffnungszustand erreicht hat. Die erste Ansteuerdauer 60a wird sozusagen "ausgelotet". Als "ballistischer" Bereich wird ein Betriebsbereich des Einspritzventils 32 bezeichnet, in welchem die Ansteuerdauer 60 so kurz bemessen ist, dass der Anker des Aktors 33 des Einspritzventils 32 nicht – oder nur sehr sanft – an einen Hubanschlag anschlägt. Einzelheiten dazu wurden bei der 2 erläutert.
Die die Differenz 78 charakterisierende Kurve stellt wie beschrieben eine Eingangsgröße des Reglers 80 dar. Die Differenz 78 weist im Vergleich zu der Stellgröße 82 eine deutlich kleinere Amplitude auf und ist mit Störungen behaftet. Man erkennt, dass der Regler 80 diese Störungen im Wesentlichen ausfiltert und die Differenz 78 verstärkt. Ebenso ist zu erkennen, dass die Übertragungsfunktion des Reglers 80 einen Integral-Anteil aufweist. Es versteht sich, dass der Regler 80 beliebig ausgeführt sein kann, beispielsweise als analoge Schaltung oder vorzugsweise als Bestandteil des Computerprogramms 36.
5 zeigt ein zu der 4 ähnliches zweites Zeitdiagramm. Im Unterschied zu dem ersten Zeitdiagramm weist die 5 neun Zeitabschnitte 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 und 109 auf, sowie in den besagten Zeitabschnitten andere Ansteuerdauern 60, welche ebenfalls beispielhaft in der Zeichnung unterhalb der Abszisse eingetragen sind.
Ausgehend vom Zeitabschnitt 101, bei welchem die Ansteuerdauer 60 so groß ist, dass Kraftstoff während der sekundären Einspritzung VE in den Brennraum eingespritzt wird, wird in den Zeitabschnitten 102 und 103 die Ansteuerdauer 60 in zwei Schritten vermindert. Folglich sind die zugehörigen Soll-Einspritzdauern TVEsoll und damit die eingespritzten Kraftstoffmengen ebenfalls vermindert. Im folgenden Zeitabschnitt 104 entspricht die Ansteuerdauer 60 wieder dem Zeitabschnitt 101.
In den auf den Zeitabschnitt 104 folgenden Zeitabschnitten 105, 106 und 107 werden die Ansteuerdauern 60 schrittweise vergrößert, wobei die während der sekundären Einspritzung VE eingespritzte Kraftstoffmenge ebenfalls vergrößert wird. Im Zeitabschnitt 108 wird die Ansteuerdauer 60 weiter vergrößert, wobei jedoch die eingespritzte Kraftstoffmenge nicht weiter zunimmt. Unter Verwendung der Ergebnisse der 4 kann daraus geschlossen werden, dass die Zeitabschnitte 101 bis 107 einen ballistischen Betrieb des Einspritzventils 32 für die sekundäre Einspritzung VE charakterisieren, wogegen der Zeitabschnitt 108 einen Übergangszustand zwischen dem ballistischen Betrieb und dem nicht-ballistischen Betrieb charakterisiert. Dies entspricht dem zweiten Grenzfall und somit der zweiten Ansteuerdauer 60b. Ein Pfeil 86 weist auf den Übergangszustand hin. Das durch die 5 beschriebene Verfahren ermöglicht es, diesen Bereich und damit die zweite Ansteuerdauer 60b sozusagen "auszuloten". Im folgenden Zeitabschnitt 109 entspricht die Ansteuerdauer 60 wieder dem Zeitabschnitt 101.
Wird die Ansteuerdauer 60 noch über den im Zeitabschnitt 108 vorliegenden Wert erhöht, so ist es möglich, auch das Ende des Übergangszustands bzw. des Bereichs zu ermitteln, wenn also für größere Ansteuerdauern 60 die eingespritzte Kraftstoffmenge ebenfalls wieder größer wird. Dies erfolgt vorliegend bei Ansteuerdauern 60 von größer als in etwa 336 µs und ist jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der nicht-ballistische Betrieb des Einspritzventils 32 ist dadurch charakterisiert, dass der Anker des Aktors 33 während der sekundären Einspritzung VE zumindest zeitweise an dem Hubanschlag angeschlagen ist. In dem besagten Bereich der zweiten Ansteuerdauer 60b erfolgt im Allgemeinen ein Prellen des Ankers an dem Hubanschlag, wodurch die folgende Schließbewegung der Ventilnadel zusätzlich beschleunigt wird und das Einspritzventil 32 somit besonders schnell schließen kann. In dem Übergangszustand ist die eingespritzte Kraftstoffmenge daher nicht oder nur wenig mit der Ansteuerdauer 60 korreliert.
Es versteht sich, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, die in den 4 und 5 beschriebene Ermittlung der ersten und der zweiten Ansteuerdauer 60a und 60b, welche den Beginn einer Öffnungsbewegung der Ventilnadel bzw. den Übergangszustand zwischen dem ballistischen und dem nicht-ballistischen Betrieb des Einspritzventils 32 charakterisieren, mittels eines Reglers 80 und/oder eines geschlossenen Regelkreises durchzuführen. Es ist dem Fachmann auch ohne explizite Verwendung des Reglers 80 möglich, mittels Auswertung der Differenz 78 die jeweilige spezifische Ansteuerdauer 60 schrittweise und mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens, um auf einen Betriebszustand und/oder eine Betriebszustandsänderung des Einspritzventils 32 während einer sekundären Einspritzung VE mit dem zweiten Einspritzmuster E2 zu schließen. Daraus wiederum können der erste und der zweite Grenzfall sowie die erste und die zweite Ansteuerdauer 60a und 60b ermittelt werden. Der Betriebszustand kann beispielsweise einen Verschleiß und/oder eine Verkokung des Einspritzventils 32 umfassen, und die Betriebszustandsänderung kann den Beginn der Öffnungsbewegung der Ventilnadel oder das Erreichen des Übergangszustands zwischen dem ballistischen und dem nicht-ballistischen Betrieb des Einspritzventils 32 umfassen.
In einem Startblock 110 beginnt die dargestellte Prozedur, welche vorzugsweise mittels des Computerprogramms 36 durchgeführt wird. In einem folgenden Block 112 wird abgewartet, bis die Brennkraftmaschine 10 in einem Zustand betrieben wird, in welchem eine Last und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 im Wesentlichen konstant sind und eine Temperatur eines Abgases der Brennkraftmaschine 10 einen Wert aufweist, bei welchem ein Abgaskatalysator das Abgas konvertieren kann. Falls zutreffend, so wird ein ausgewählter erster Zylinder der Brennkraftmaschine 10 in einem Magerbetrieb betrieben. Entsprechend werden die jeweils übrigen Zylinder in einem angefetteten Betrieb betrieben, derart, dass ein Summen-Lambdawert des Abgases in etwa den Wert eins aufweist.
In einem folgenden Block 114 wird das Einspritzventil 32 für jeweils eine vorgebbare Zeitspanne abwechselnd mit dem ersten Einspritzmuster E1 und dem zweiten Einspritzmuster E2 betrieben (siehe die 3). Dies erfolgt durch Vorgabe eines Zeitverlaufs der Ansteuerung des Aktors 33 und die Vorgabe von dazu passenden Ansteuerdauern 60. Dabei wird zunächst die Ansteuerdauer 60 für die sekundäre Einspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 derart kurz eingestellt, dass ein Einspritzen von Kraftstoff während der sekundären Einspritzung VE nicht erfolgt.
In einem folgenden Block 116 wird die zu der sekundären Einspritzung VE gehörende Ansteuerdauer 60 schrittweise erhöht und nach jedem Schritt werden die das resultierende innere Drehmoment oder die Leistung oder den indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine 10 charakterisierenden Größen MWF1 und MWF2 verglichen. Dies erfolgt vorliegend wie in der 3 mittels der Differenz 78. Mittels des Reglers 80 wird die zu der primären Einspritzung HE des zweiten Einspritzmusters E2 gehörende Delta-Einspritzmenge 74 so verändert, dass die Differenz 78 wenigstens in etwa zu null wird. Die verwendete Schrittweite der Erhöhung der Ansteuerdauer 60 wird durch eine gewünschte Genauigkeit bestimmt.
In einem Abfrageblock 118 wird geprüft, ob die Stellgröße 82 des Reglers 80 eine Veränderung in Bezug auf einen Wert der Stellgröße 82 des unmittelbar vorhergehenden in dem Block 116 durchgeführten Schrittes aufweist. Falls zutreffend, so charakterisiert dieser spezifische Wert der Ansteuerdauer 60 den Beginn der Öffnungsbewegung der Ventilnadel und damit den ersten Grenzfall und wird daher als erste Ansteuerdauer 60a in einen Datenspeicher abgelegt. In diesem Fall wird also erstmals eine Kraftstoffmenge während der sekundären Einspritzung VE in den Brennraum eingespritzt. Daraus ergibt sich eine entsprechende Erhöhung des inneren Moments der Brennkraftmaschine 10 und damit eine Veränderung der Größe MWF2, wodurch also die beginnende Öffnungsbewegung ermittelbar ist. Entsprechend der durch die sekundäre Einspritzung VE in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge wird die Ansteuerdauer 60 für die primäre Einspritzung des zweiten Einspritzmusters E2 vermindert, so dass die besagte Erhöhung des inneren Moments kompensiert wird. Anschließend wird zu einem folgenden Block 120 verzweigt. Falls unzutreffend, so wird von dem Abfrageblock 118 zurück an den Anfang des Blocks 116 verzweigt.
In dem Block 120 wird die Ansteuerdauer 60 ähnlich zu der Prozedur im Block 116 schrittweise erhöht, wobei jedoch im Block 120 der Anfangswert der Ansteuerdauer 60 dem nach Durchlaufen des Blocks 116 zuletzt vorliegenden Wert der Ansteuerdauer 60 entspricht.
In einem Abfrageblock 122 wird geprüft, ob die Stellgröße 82 des Reglers 80 sich im Wesentlichen nicht in Bezug auf einen Wert der Stellgröße 82 des unmittelbar vorhergehenden in dem Block 120 durchgeführten Schrittes verändert hat. Falls zutreffend, so charakterisiert dieser spezifische Wert der Ansteuerdauer 60 den Übergangszustand zwischen dem ballistischen Betrieb und dem nicht-ballistischen Betrieb des Einspritzventils 32 während der sekundären Einspritzung VE des zweiten Einspritzmusters E2 und damit den zweiten Grenzfall. Dieser spezifische Wert der Ansteuerdauer 60 wird als zweite Ansteuerdauer 60b ebenfalls in dem Datenspeicher abgelegt. Danach wird zu einem Block 124 verzweigt. Falls unzutreffend, so wird von dem Abfrageblock 122 zurück an den Anfang des Blocks 120 verzweigt.
Im Block 124 wird aus der ermittelten ersten und zweiten Ansteuerdauer 60a und 60b die vorgebbare Ansteuerdauer 60c ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise wie bei der 2 bereits beschrieben.
In einer Ausführungsform des Verfahrens können die in den Abfrageblöcken 118 und 122 zu treffenden Fallunterscheidungen beispielsweise unter Verwendung von gespeicherten Vergleichsdaten zusätzlich verifiziert werden. Dadurch kann noch sicherer auf den jeweiligen Betriebszustand bzw. die jeweilige Betriebszustandsänderung des Einspritzventils 32 geschlossen werden und somit der erste und der zweite Grenzfall noch besser ermittelt werden.
Danach wird zu einem Endeblock 126 verzweigt. Die in der 6 gezeigte Prozedur kann bei Bedarf nacheinander für alle Zylinder der Brennkraftmaschine 10 entsprechend durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Verfahren in einem Lastbetrieb, also nicht in einem Leerlaufbetrieb und/oder Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt.
Weiterhin kann optional die erste und/oder zweite und/oder die vorgebbare Ansteuerdauer 60a, 60b bzw. 60c in Abhängigkeit von einer Kraftstoffsorte und/oder einer Kraftstofftemperatur und/oder einem Kraftstoffdruck in einem Druckspeicher eines Kraftstoffsystems der Brennkraftmaschine 10 ermittelt und/oder korrigiert werden. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von in einem Kennfeld gespeicherten Daten erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit Einspritzventilen 32 bzw. Zumesseinrichtungen ausgeführt werden, welche keinen ballistischen Betriebsbereich aufweisen. Beispielsweise können auch piezoelektrisch betätigte Einspritzventile 32 verwendet werden. Generell können aus dem Vergleich der Größen MWF1, MWF2 vorteilhaft Informationen über einen Betriebszustand bzw. Betriebszustandsänderungen des betrachteten Einspritzventils 32 abgeleitet werden. Das Verfahren kann z.B. zur Ermittlung der elektrischen „Mindestansteuerdauer“ eines Einspritzventils 32 verwendet werden. In Abhängigkeit der mittels des Verfahrens erhaltenen Informationen kann ein weiterer Betrieb der Brennkraftmaschine 10 beeinflusst werden, oder es können ggf. Fehlerreaktionen eingeleitet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008054690 A1 [0002]
DE 102009003214 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), wobei Kraftstoff mittels eines Einspritzventils (32) in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (10) eingespritzt wird, indem ein Aktor (33) des Einspritzventils (32) für eine vorgebbare Ansteuerdauer (60c) mit einem Ansteuersignal (34) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Ansteuerdauer (60c) so gewählt wird, dass sie zwischen einer ersten Ansteuerdauer (60a) und einer zweiten Ansteuerdauer (60b) liegt, wobei die erste Ansteuerdauer (60a) einem ersten Grenzfall entspricht, bei dem das Einspritzventil (32) einen Öffnungszustand erreicht, und wobei die zweite Ansteuerdauer (60b) einem zweiten Grenzfall entspricht, der einen Übergangszustand zwischen einem ballistischen Betrieb und einem nicht-ballistischen Betrieb eines durch den Aktor (33) bewegbaren Ventilelements des Einspritzventils (32) charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgebbare Ansteuerdauer (60c) etwa in der Mitte zwischen der ersten Ansteuerdauer (60a) und der zweiten Ansteuerdauer (60b) liegt, vorzugsweise in einem Bereich der ersten Ansteuerdauer (60a) plus einem Betrag von etwa 40 Prozent bis etwa 70 Prozent einer Differenz (61) der ersten und der zweiten Ansteuerdauer (60a, 60b).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Kraftstoff durch das Einspritzventil (32) mittels eines ersten Einspritzmusters (E1) und mittels mindestens eines zweiten Einspritzmusters (E2) eingespritzt wird, wobei das zweite Einspritzmuster (E2) von dem ersten Einspritzmuster (E1) verschieden ist, wobei in Abhängigkeit eines Drehzahlsignals (48) der Brennkraftmaschine (10) für das erste Einspritzmuster (E1) und das zweite Einspritzmuster (E2) jeweils eine ein aufgrund von mindestens einem Einspritzzyklus mit dem betreffenden Einspritzmuster (E1, E2) resultierendes inneres Moment charakterisierende Größe (MWF1, MWF2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten und zweiten Einspritzmuster (E1, E2) zugeordneten charakterisierenden Größen (MWF1, MWF2) miteinander verglichen (77) werden, und dass aus dem Vergleich (77) auf einen Betriebszustand und/oder eine Betriebszustandsänderung des Einspritzventils (32) während einer Einspritzung mit dem zweiten Einspritzmuster (E2) geschlossen (124) wird, und dass aus dem Betriebszustand bzw. der Betriebszustandsänderung der erste und der zweite Grenzfall der Ansteuerdauer (60) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Einspritzmuster (E1) nur eine primäre Einspritzung (HE) aufweist, und wobei das zweite Einspritzmuster (E2) eine primäre Einspritzung (HE) aufweist sowie mindestens eine vor und/oder nach der primären Einspritzung (HE) erfolgende sekundäre Einspritzung (VE).
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei mehrere Einspritzzyklen unter Verwendung des zweiten Einspritzmusters (E2) ausgeführt werden, und wobei für unterschiedliche Einspritzzyklen sekundäre Einspritzungen (VE) mit jeweils unterschiedlicher Soll-Einspritzdauer (TVEsoll) vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die primäre Einspritzung (HE) beider Einspritzmuster (E1, E2) jeweils so gewählt ist, dass sie nicht-ballistisch ist, und wobei die sekundäre Einspritzung (VE) des zweiten Einspritzmusters (E2) so gewählt ist, dass sie ballistisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die dem ersten und zweiten Einspritzmuster (E1, E2) zugeordneten charakterisierenden Größen (MWF1, MWF2) gleichgestellt werden, indem eine Dauer der primären Einspritzung (HE) des zweiten Einspritzmusters (E2) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die dem ersten und zweiten Einspritzmuster (E1, E2) zugeordneten charakterisierenden Größen (MWF1, MWF2) gleichgestellt werden, indem eine Dauer der sekundären Einspritzung (VE) des zweiten Einspritzmusters (E2) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei es unter Verwendung der folgenden Schritte durchgeführt wird: – Betreiben der Brennkraftmaschine (10) in einem Betriebszustand, in welchem eine Last und/oder eine Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (10) im Wesentlichen konstant ist und/oder eine Temperatur eines Abgases der Brennkraftmaschine (10) einen Wert aufweist, bei welchem ein Abgaskatalysator das Abgas konvertieren kann; – Betreiben eines jeweils ersten Zylinders der Brennkraftmaschine (10) in einem Magerbetrieb; – Betreiben der jeweils übrigen Zylinder in einem angefetteten Betrieb, derart, dass ein Summen-Lambdawert des Abgases in etwa den Wert eins aufweist; – Schrittweises Verändern (116) der Ansteuerdauer (60) für die sekundäre Einspritzung (VE) zur Ermittlung der ersten Ansteuerdauer (60a), bei welcher das Einspritzventil (32) öffnet bzw. nicht öffnet; und – Schrittweises Verändern (120) der Ansteuerdauer (60) für die sekundäre Einspritzung (VE) zur Ermittlung der zweiten Ansteuerdauer (60b), bei welcher das Einspritzventil (32) einen Übergangszustand zwischen einer ballistischen Einspritzung (VE) und einer nicht-ballistischen Einspritzung (VE) erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei das erste und das zweite Einspritzmuster (E1, E2) alternierend verwendet werden, indem das erste Einspritzmuster (E1) für eine erste Anzahl von Einspritzzyklen verwendet wird und das zweite Einspritzmuster (E2) für eine zweite Anzahl von Einspritzzyklen verwendet wird, und wobei die erste und/oder die zweite Anzahl mindestens eins beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite und/oder die vorgebbare Ansteuerdauer (60a, 60b, 60c) in Abhängigkeit von einer Kraftstoffsorte und/oder einem Kraftstoffdruck und/oder einer Kraftstofftemperatur ermittelt und/oder korrigiert wird.
Computerprogramm (36) für ein Steuergerät (20) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche programmiert ist.