DE102013224717A1

DE102013224717A1 - Verfahren zum Bestimmen des Zylinderdrucks

Info

Publication number: DE102013224717A1
Application number: DE102013224717.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Benz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Erfassen des Zylinderdrucks vorgestellt. Bei dem Verfahren wird anhand der Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer der Zylinderdruck ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Drucks eines Zylinders bzw. des Drucks in einem Zylinder in einer Brennkraftmaschine und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
In einer Brennkraftmaschine, die eine Wärmekraftmaschine darstellt, wird in einem Verbrennungsvorgang chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Energie umgewandelt. Hierzu wird der Kraftstoff in Brennräume, die Zylinder, der Brennkraftmaschine eingespritzt und in diesen verbrannt. In den Zylindern sind Kolben geführt, die durch die Verbrennung bewegt werden. Der Zylinderdruck ist der Druck im Inneren des Zylinders.
Der Zylinderdruck stellt eine wichtige Kenn- und Führungsgröße insbesondere bei der dieselmotorischen Brennverfahrensentwicklung dar. Dieser ist zum einen für die Darstellung eines wirkungsgrad- und geräuschoptimalen Brennverfahrens im Teillastbetrieb und zum anderen zum Bauteilschutz im Volllastbereich von Bedeutung.
Es ist zu beachten, dass im Prüfstandsbetrieb die nötige Zylinderdruckerfassung in der Regel über spezielle zusätzlich in den Brennraum eingebrachte Sensoren erfolgt. Im Serieneinsatz im Fahrzeug sind Brennraumdrucksensoren bislang nur in vereinzelten Applikationen zu finden, bspw. in einer kombinierten Ausführung von Glühkerze und Drucksensor. Das Zylinderdrucksignal dient in diesem Fall als Führungsgröße für Funktionen zur Brennverfahrensregelung.
Die Druckschrift DE 10 2005 016 809 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum bzw. Zylinder einer Brennkraftmaschine. Zur Ermittlung des Zylinderdrucks wird vorgeschlagen, diesen mittels eines Sensors zu ermitteln. Alternativ kann der Zylinderdruck auch ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Als Betriebskenngrößen werden der Ladedruck, die Lufttemperatur, die Motortemperatur, die Drehzahl und die vorausgegangene Einspritzmenge oder einer Teilmenge dieser Größen verwendet.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Anordnung gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Der Zylinderdruck wird bei dem vorgestellten Verfahren auf Basis der Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer ermittelt. Die Ansteuerdauer ist die zeitliche Dauer bzw. der Zeitraum, in der der Injektor angesteuert wird. Die Einspritzdauer ist die Dauer der Einspritzung in Grad Kurbelwinkel oder in Sekunden, während der der Injektor bzw. das Einspritzventil geöffnet ist und Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird.
Es ist somit möglich, die Zylinderdruckerfassung über den Common-Rail-Injektor gestützt auf bekannte Wirkzusammenhänge am Injektor und vorhandene Injektorfunktionen durchzuführen.
Die Zylinderdruckerfassung über den ohnehin vorhandenen Injektor mittels einer funktions- bzw. softwarebasierten Lösung ermöglicht den Verzicht auf zusätzliche, ggf. kostenintensive Sensorik und ermöglicht so den Einsatz weiterführender zylinderdruckbasierter Funktionalitäten zur Brennverfahrensoptimierung in breiter Anwendung.
Besonders vorteilhaft dabei ist, dass auf den Einsatz eines Drucksensors im Zylinder verzichtet werden kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
1 zeigt eine Ausführung der beschriebenen Anordnung.
2 zeigt in einem Graphen Verläufe von Ansteuerstrom und Einspritzrate.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 10 mit einer Anordnung 12 zur Durchführung des Verfahrens. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst eine Common-Rail-Einspritzanlage 16 mit einem Hochdruckspeicher 20, das Rail, in dem Kraftstoff unter Druck enthalten ist. Dieser wird über Injektoren 22 in Zylinder 24 eingespritzt. Die Injektoren 22 werden über ein Steuergerät 26 angesteuert. Dabei ist jedem Zylinder 24 ein Injektor 22 zugeordnet. Die Brennkraftmaschine 10 der 1 umfasst vier Zylinder 24. Selbstverständlich ist das Verfahren auch bei Brennkraftmaschinen mit anderen Zylinderzahlen durchführbar.
Das Steuergerät 26 umfasst eine Anordnung 28 zur Durchführung des Verfahrens mit einer Recheneinheit 30, mit der auf Basis der Größen Ansteuerdauer und Einspritzmenge der Zylinderdruck ermittelt wird. In der Recheneinheit 30 ist somit eine Einrichtung 32 zum Ermitteln des Zylinderdrucks enthalten. Hierzu kann auf ein Kennfeld 36 oder mehrere Kennfelder zugegriffen werden. Das Steuergerät 26 kennt in Ausgestaltung die Größe Ansteuerdauer und erfasst die Größe Einspritzdauer. Als Steuergerät 26 kommt typischerweise ein Motorsteuergerät in Betracht.
2 zeigt in einem Graphen 50 unterschiedliche Verläufe von Ansteuerstrom und Einspritzrate bei konstantem Einspritzdruck und konstanter Ansteuerdauer.
Dabei ist an einer Abszisse 52 die Zeit und an einer ersten Ordinate 54 der Ansteuerstrom und an einer zweiten Ordinate 56 die Einspritzrate aufgetragen.
Die Darstellung zeigt einen ersten Einspritzratenverlauf 60, einen zweiten Einspritzratenverlauf 62, einen dritten Einspritzratenverlauf 64, einen vierten Einspritzratenverlauf 66 und einen fünften Einspritzratenverlauf 68, die bei unterschiedlichen Zylinderdrücken aufgenommen wurden. Ein Doppelpfeil 70 ist ein Äquivalenz der Einspritzdauer bei dem ersten Einspritzratenverlauf 60. Die Einspritzdauer ist signifikant vom Zylinderdruck abhängig. Weiterhin zeigt die Figur Ansteuerverläufe 80.
Die Einspritzdauer ist bei balistischen Betrieb des Common Rail Injektors abhängig vom aktuell im Brennraum herrschenden Gegendruck, wie 2 zu entnehmen ist. Der Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerdauer, Einspritzdauer und Zylinderdruck kann also per Versuch ermittelt und in geeigneten Kennfeldern in der Software abgelegt werden.
Daher kann im Motorbetrieb bei Kenntnis der Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer des Injektors auf den Zylinderdruck rückgeschlossen werden.
Die Ansteuerdauer des Injektors liegt dabei standardmäßig als Signal in der Motorsteuerung vor. Funktionen, die injektortypspezifisch die tatsächliche Einspritzdauer aus Injektorsignalen ermitteln, stehen ebenfalls zur Verfügung.
Weiterhin ist eine Änderung der vorstehend beschriebenen Zusammenhänge über Lebensdauer bedingt durch das Driftverhalten des Injektors bzw. der Düse zu erwarten. Daher sollte der in dem mindestens einen Kennfeld abgelegte Referenzzustand über eine geeignete Langzeitkorrektur angepasst werden. Somit ist eine Änderung der Abhängigkeit zwischen Ansteuerdauer und Einspritzdauer zu Zylinderdruck berücksichtigt. Diese Langzeiteffekte lassen sich aufgrund der zu erwartenden Zeitskala im Bereich mehrerer Stunden sehr gut von den eigentlich zu detektierenden Effekten trennen, die im Bereich einzelner Motorarbeitsspiele und damit in Millisekundenbereich liegen.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, den jeweils herrschenden Zylinderspitzendruck zu ermitteln. Darauf aufsetzend sind verschiedene weiterführende Motorfunktionen denkbar, wie bspw. eine Spitzendrucküberwachung mit entsprechender Systemreaktion.
Anwendung findet das Verfahren in Common-Rail-Einspritzsystemen mit Injektoren ohne Hubanschlag, nämlich bei ballistischem Betrieb der Düse. Dies ist in Common-Rail-Systemen in Personenkraftwagen die Standardausführung. Funktionen zur Detektion der Einspritzdauer müssen implementiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005016809 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Drucks eines Zylinders (24) in einer Brennkraftmaschine (10), bei dem anhand der Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer eines dem Zylinder (24) zugeordneten Injektors (22) der Druck des Zylinders (24) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Langzeitkorrektur vorgenommen wird, indem eine Änderung der Abhängigkeit des Drucks von den Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ermittlung anhand einer in mindestens einem Kennfelder (36) definierten Abhängigkeit des Drucks von den Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, bei dem die Änderung der Abhängigkeit in dem mindestens einen Kennfeld (36) berücksichtigt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das in einer Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird, die über eine Common-Rail-Einspritzanlage (16) verfügt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als Injektor (22) ein Injektor ohne Hubanschlag verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Ermittlung des Drucks mit einem Steuergerät (26) durchgeführt wird.
Anordnung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Einheit (28) zum Ermitteln des Drucks eines Zylinders (24) anhand der Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer eines Injektors (22), der dem Zylinder (24) zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, in dem ein Computerprogramm abgelegt ist, das den Schritt des Ermittelns des Drucks durchführt.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, in dem mindestens ein Kennfeld (36) abgelegt ist, das eine Zuordnung von den Größen Ansteuerdauer und Einspritzdauer zum Druck definiert.