-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zumessen einer Einspritzmenge von Kraftstoff in einen Brennraum, insbesondere zur Reduktion einer Einspritzmengenstreuung zwischen verschiedenen Brennräumen einer Brennkraftmaschine.
-
Stand der Technik
-
In Common-Rail-Systemen steht das Einspritzverhalten von Kraftstoffinjektoren unter Einfluss des Förderverhaltens der Hochdruckpumpe. Aus diesem Grund ist es generell sinnvoll, das Übersetzungsverhältnis zwischen Pumpen- und Motordrehzahl so auszuwählen, dass Kraftstoffinjektoren aller Zylinder bzw. zugehöriger Brennräume eine gleiche Arbeitsspielposition der Hochdruckpumpe sehen. Dies gewährleistet eine minimale Zylinder-Zylinder-Einspritzmengenstreuung und somit einen runden Motorlauf. In diesem Fall spricht man von einspritzsynchroner Pumpenförderung.
-
In manchen Fällen erfüllt das so ausgewählte Übersetzungsverhältnis die Mengenbilanzierung nicht. D.h., die Hochdruckpumpe liefert nicht ausreichend Kraftstoff für das Einspritzsystem. In diesem Fall ist ein höheres Übersetzungsverhältnis erwünscht, was möglicherweise eine nicht-einspritzsynchrone Pumpenförderung und damit eine erhöhte Zylinder-Zylinder-Einspritzmengenstreuung bedeutet.
-
Bei der nicht-einspritzsynchronen Pumpenförderung kann es vorkommen, dass Pumpenarbeitsspielpositionen sich bei einem späteren Einspritzereignis eines anderen Kraftstoffinjektors oder desselben Kraftstoffinjektors aber in einem späteren Zyklus wiederholen. In solchen Fällen kann ein für den Kraftstoffinjektor spezifischer Druck, der in der Vergangenheit bei einer bestimmten Pumpenarbeitsspielposition erfasst wurde, bei einem späteren Einspritzereignis, bei dem die Pumpenarbeitsspielposition sich wiederholt, verwendet werden und damit die Ansteuerdauer des Kraftstoffinjektors angepasst und dadurch die Einspritzmenge korrigiert werden. Solche Fälle mit wiederholbaren Pumpenarbeitsspielpositionen werden auch als MAR-synchron bezeichnet.
-
Aus der
DE 10 2007 019 640 A1 ist bspw. ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung bekannt, bei dem eine Korrektur von Druckwerten im Hochdrucksystem unter Verwendung früherer Werte erfolgt, welche bei der Übertragung zur Steuerung einem zeitlichen Versatz unterliegen.
-
Jedoch gibt es auch Fälle, bei denen weder eine einspritzsynchrone noch eine MAR-synchrone Pumpenförderung vorliegt.
-
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit zur Reduzierung der Zylinde-Zylinder-Einspritzmengenstreuung, insbesondere auch für diese letztgenannten Fälle anzugeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Vorteile der Erfindung
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Zumessen einer Einspritzmenge von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels eines Kraftstoffinjektors, wobei der Kraftstoffinjektor über einen Hochdruckspeicher, insbesondere einen sog. Common-Rail, der von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff gespeist wird, mit Kraftstoff versorgt wird. Dabei wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren beim Zumessen der Einspritzmenge eine Pumpenarbeitsspielposition der Hochdruckpumpe berücksichtigt. Die Pumpenarbeitsspielposition wird dabei insbesondere als Funktion eines Kurbelwellenwinkels der Brennkraftmaschine, durch welche die Pumpe angetrieben wird, berücksichtigt.
-
Da, abhängig von der Pumpenarbeitsspielposition der Hochdruckpumpe, der Druck im Hochdruckspeicher zumindest in gewissem Maße variieren kann, kann auch die genaue Einspritzmenge bei sonst gleichbleibender Ansteuerung des Kraftstoffinjektors variieren. Wenn nun der bei einer Einspritzung an einem Kraftstoffinjektor anliegende Druck von einer Einspritzung zu einer anderen Einspritzung, oder zwischen verschiedenen Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine variiert, hat dies bei ansonsten gleichen Bedingungen unterschiedliche Einspritzmengen zur Folge. Dies führt auch zu Laufunruhe der Brennkraftmaschine und auch zu schlechteren Emissionswerten, da nicht die gewünschte, optimale Einspritzmenge eingespritzt wird. Durch Berücksichtigung der Arbeitsspielposition kann daher die Einspritzmenge entsprechend angepasst werden, was zu mehr Laufruhe und besseren Emissionswerten der Brennkraftmaschine führt.
-
Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es einen Einsatz von Hochdruckpumpen bei Übersetzungsverhältnissen ermöglicht, bei denen keine Synchronität der Pumpenarbeitsspielposition zum Einspritzzeitpunkt vorliegt und eine Anwendung des in der
DE 10 2007 019 640 A1 beschriebenen Verfahrens daher nicht möglich ist, ohne eine Zumessgenauigkeit der Einspritzmenge zu verlieren.
-
Die Erfindung eignet sich besonders für Situationen, in denen insbesondere zugunsten einer besseren Mengenbilanzierung zwischen der Hochdruckpumpe und dem Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis besteht, das zu einer Unregelmäßigkeit bzw. Asynchronität zwischen der Pumpenarbeitsspielposition asynchron und den Einspritzzeitpunkten des Kraftstoffinjektors führt. Eine dadurch üblicherweise erhöhte Variation der Einspritzmengen kann jedoch, wie oben erläutert, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren vermieden werden.
-
Vorteilhafterweise wird das Zumessen der Einspritzmenge mittels einer Korrektur einer von der Arbeitsspielposition abhängigen Abweichung einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge und/oder eines für den Injektor spezifischen Ist-Drucks von einem Soll-Druck vorgenommen. Da abhängig von der Arbeitsspielposition die tatsächliche Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge bzw. der tatsächliche für den Injektor spezifische Druck von einem Soll-Druck, je nach aktuellem Druck im Hochdruckspeicher nach oben oder unten abweichen kann, ist eine Korrektur dieser Abweichung besonders effektiv. Insbesondere erfolgt die Korrektur dabei anhand eines Korrelationskennfeldes, welches eine Korrelation der Abweichung mit der Arbeitsspielposition umfasst. Bspw. kann für eine Brennkraftmaschine auf einem Prüfstand die genaue Korrelation von Abweichung und Arbeitsspielposition ermittelt werden und diese Korrelation dann in einem Korrelationskennfeld, das auf ein entsprechendes Steuergerät übertragen wird, gespeichert werden.
-
Vorzugsweise werden bei der Korrektur eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder ein Ist-Druck in dem Hochdruckspeicher berücksichtigt. Da ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis zwischen der Hochdruckpumpe und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gegeben ist, hängt der Ist-Druck in dem Hochdruckspeicher auch von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Die durch die Arbeitsspielposition verursachte Abweichung des Drucks wiederum hängt auch von der Höhe des Ist-Drucks ab. Auch die Abweichung der exakten Einspritzmenge bei einer vorgegebenen Öffnungsdauer eines Ventils des Kraftstoffinjektors ist vom Ist-Druck im Hochdruckspeicher abhängig. Somit wird durch die Berücksichtigung der Drehzahl eine genauere Korrektur ermöglicht.
-
Es ist von Vorteil, wenn bei der Korrektur die Soll-Einspritzmenge berücksichtigt wird. Zu einer Soll-Einspritzmenge gehört eine gewisse Öffnungsdauer des Ventils des Kraftstoffinjektors. Da allerdings bspw. bei zu hohem Druck die nach oben abweichende Einspritzmenge durch eine längere Öffnungsdauer noch weiter erhöht wird, ermöglicht eine Berücksichtigung der Soll-Einspritzmenge eine genauere Korrektur.
-
Wird ein erfindungsgemäßes Verfahren bei mehreren Brennräumen mit jeweils einem Kraftstoffinjektor eingesetzt, wobei die Kraftstoffinjektoren über denselben Hochdruckspeicher mit Kraftstoff versorgt werden, ist es vorteilhaft, wenn für jeden Kraftstoffinjektor eines Brennraum die jeweilige Korrektur injektorspezifisch oder injektorübergreifend erfolgt. Da bei mehreren Brennräumen bzw. zugehörigen Zylindern in einer Brennkraftmaschine die Einspritzzeitpunkte der einzelnen Brennräume zeitlich versetzt sind, können bei verschiedenen Brennräumen verschiedene Abweichungen von dem jeweiligen Soll-Wert auftreten. Dies kann durch eine Korrektur spezifisch für jeden Kraftstoffinjektor ausgeglichen werden.
-
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
-
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausgestaltung geeignet ist.
-
2 zeigt ein Diagramm mit der Pumpenarbeitsspielposition in aufeinanderfolgenden Zyklen für mehrere Kraftstoffinjektoren einer Brennkraftmaschine.
-
3 zeigt Druckverlauf im Hochdruckspeicher, Einspritzrate, Pumpenhub und Förderrate für die Kraftstoffinjektoren während eines Zyklus.
-
4 zeigt eine Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge für mehrere Kraftstoffinjektoren gegen die Pumpenarbeitsspielposition.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausgestaltung geeignet ist. Beispielhaft umfasst die Brennkraftmaschine 100 sechs Brennräume bzw. zugehörige Zylinder 105. Jedem Brennraum 105 ist ein Kraftstoffinjektor 130 zugeordnet, welcher wiederum jeweils an einen Hochdruckspeicher 120 angeschlossen ist, über welchen er mit Kraftstoff versorgt wird. Es sind zwar zwei Hochdruckspeicher 120 gezeigt, welche jedoch miteinander verbunden sind und somit wie ein einziger Hochdruckspeicher 120 wirken. Die gezeigte Ausführungsform ist jedoch bei gängigen Common-Rail-Systemen üblich.
-
Weiter wird der Hochdruckspeicher 120 über eine Hochdruckpumpe 110 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 140 gespeist. Die Hochdruckpumpe 110 ist hier als Kolbenpumpe mit zwei Kolben ausgebildet. Bei einer Pumpenumdrehung erfährt jeder Kolben zwei Förderhübe, d.h. insgesamt macht die Hochdruckpumpe vier Förderhübe pro Umdrehung. Die Hochdruckpumpe 110 ist mit der Brennkraftmaschine 100 gekoppelt, und zwar derart, dass die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, bzw. über eine Nockenwelle, welche wiederum mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, angetrieben wird. Dabei ist ein festes Übersetzungsverhältnis vorgegeben. Im vorliegenden Fall, insbesondere für die nachfolgenden Figuren, beträgt dieses Übersetzungsverhältnis 1,01.
-
In jedem Zyklus der Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern werden dementsprechend sechs Einspritzvorgänge (von sechs Injektoren) ausgeführt. Da ein Zyklus zwei Umdrehungen (720°) der Kurbelwelle entspricht, macht die Hochdruckpumpe 110 bei diesem Übersetzungsverhältnis 8,08 Förderhübe pro Zyklus.
-
Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 130 zum Zumessen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume 105 erfolgt über eine als Motorsteuergerät 180 ausgebildete Recheneinheit. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Verbindung vom Motorsteuergerät 180 zu einem Kraftstoffinjektor 130 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass jeder Kraftstoffinjektor 130 an das Motorsteuergerät entsprechend angeschlossen ist. Jeder Kraftstoffinjektor 130 kann dabei spezifisch angesteuert werden.
-
In 2 ist in einem Diagramm die Pumpenarbeitsspielposition gegen aufeinanderfolgende Zyklen, d.h. Einspritzvorgänge, für sechs Kraftstoffinjektoren 130, die zur Unterscheidung mit Inj_1 bis Inj_6 bezeichnet sind, der Brennkraftmaschine 100 aufgetragen. Die Pumpenarbeitsspielposition ist dabei von 0 bis 90°KW (360°KW/4 Hübe) angegeben. Da, wie oben erwähnt, die Hochdruckpumpe über ein festes Übersetzungsverhältnis und über einen festen Winkel mit der Kurbelwelle verbunden ist, kann jedem Kurbelwellenwinkel eine Pumpenarbeitsspielposition zugeordnet werden. Der Winkel zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle wird üblicherweise bei der Motormontage fixiert und bleibt im Motorbetrieb unverändert.
-
Die Pumpenarbeitsspielposition der Hochdruckpumpe 110 ist dabei für jeden der sechs Kraftstoffinjektoren in jedem Zyklus unterschiedlich. Eine Wiederholung der Arbeitsspielposition tritt erst nach 25 Zyklen auf, da, wie oben erwähnt, pro Zyklus 8,08 Pumpenhübe erfolgen und somit 25 Zyklen mit 202 Pumpenhüben erstmals ganzzahlig zusammenfallen. Eine Anwendung von Verfahren, wie eingangs im Stand der Technik erwähnt, ist hier nicht sinnvoll, da sich nach so vielen Zyklen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine wie Druck und Menge sehr stark ändern können.
-
In 3 ist im oberen Teil der Druck 300 in bar im Hochdruckspeicher 120 gegen die Zeit t während eines beispielhaften Zyklus gemäß 2 gezeigt. Im unteren Teil sind die zugehörige Einspritzrate 310, Pumpenhub 320 und Förderrate 330 gezeigt. Die Einspritzrate 310 kann dabei jeweils einem der sechs Kraftstoffinjektoren Inj_1 bis Inj_6 zugeordnet werden. Da, wie oben erwähnt, die Pumpe zwei Kolben aufweist, sind auch zwei Pumpenhübe 320 bzw. zugehörige Verläufe, die zueinander um 180° versetzt sind, vorhanden.
-
Wie den Diagrammen zu entnehmen ist, sind die Einspritzzeitpunkte der Kraftstoffinjektoren Inj_1 bis Inj_6, die durch die jeweiligen Einspritzraten 310 gegeben sind, zeitlich mit jeweils gleichem Abstand zueinander versetzt. Pumpenhub 320 und zugehörige Förderrate 330 hingegen weisen eine gemeinsame eigene Periodendauer auf, die von der Periodendauer der Einspritzraten 310 verschieden ist.
-
Wie am Druckverlauf 300 zu sehen ist, variiert der Druck zu den Einspritzzeitpunkten der Kraftstoffinjektoren Inj_1 bis Inj_6. Der Grund hierfür ist, dass durch die Einspritzung Druck abgebaut wird, ein Druckaufbau durch die Förderrate 330 hingegen ist bei den verschiedenen Kraftstoffinjektoren Inj_1 bis Inj_6 in Bezug auf den Einspritzzeitpunkt unterschiedlich zeitlich versetzt. Der resultierende Druck im Hochdruckspeicher, dargestellt durch den Druckverlauf 300, variiert somit von Einspritzzeitpunkt zu Einspritzzeitpunkt.
-
In 4 sind Abweichungen dQinj_1 bis dQinj_6 der tatsächlichen Einspritzmenge der Kraftstoffinjektoren Inj_1 bis Inj_6 von einer Soll-Einspritzmenge gegen die Pumpenarbeitsspielposition gezeigt. Es ist deutlich eine Korrelation zwischen den Abweichungen dQinj_1 bis dQinj_6 und der Pumpenarbeitsspielposition zu sehen.
-
Eine solche Korrelation kann für eine Brennkraftmaschine bspw. an einem Prüfstand ermittelt werden. Wird diese Korrelation dann bspw. in ein Korrelationskennfeld eingetragen und ein Motorsteuergerät damit bedatet, kann die Abweichung korrigiert werden, indem eine Öffnungsdauer eines Ventils des jeweiligen Kraftstoffinjektors verlängert oder verkürzt wird. Dazu ist lediglich die zugehörige Arbeitsspielposition des Kraftstoffinjektors nötig, die aber über den Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine und das zugehörige Übersetzungsverhältnis zur Hochdruckpumpe bekannt ist.
-
Eine Ermittlung eines Korrelationskennfeld erfolgt beispielsweise, indem auf einem Prüfstand der Winkel zwischen dem unteren Totpunkt der Hochdruckpumpe zum Ansteuerungsbeginn des Kraftstoffinjektors variiert und dabei die Abweichung der Einspritzmenge zur Soll-Menge oder die Abweichung des für den Kraftstoffinjektor spezifischen Ist-Druckes zum Soll-Druck gemessen wird. Das Verhalten der Abweichung gegen Winkel mit Parametern wie Drehzahl und Einspritzmenge wird im Steuergerät als Korrelationskennfeld gespeichert.
-
Im Motorbetrieb ermittelt dann das Steuergerät den Winkel des Ansteuerungsbeginns jeder Einspritzung zum unteren Totpunkt der Hochdruckpumpe und berechnet anhand des Korrelationskennfeldes und je nach aktueller Drehzahl und Einspritzmenge die Abweichung der Einspritzmenge bzw. des für den Kraftstoffinjektor spezifischen Druckes zum Soll-Wert. Mit Hilfe des Korrelationskennfeldes wird eine entsprechende Korrektur der Ansteuerdauer durchgeführt, um die Soll-Menge zu treffen.
-
Es kann eine injektorübergreifende bzw. globale Korrelation für alle Kraftstoffinjektoren Inj_1 bis Inj_6 ermittelt und verwendet werden. Alternativ kann auch für jeden Kraftstoffinjektor Inj_1 bis Inj_6 eine injektorspezifische bzw. lokale Korrelation ermittelt und verwendet werden.
-
Die Einspritzmengenstreuung von einem Brennraum bzw. Zylinder zu einem anderen Brennraum bzw. Zylinder, die sog. Zylinder-Zylinder-Einspritzmengenstreuung kann daher gemindert werden, indem für jeden Kraftstoffinjektor separat die Abweichung, im Idealfall zu Null, korrigiert wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007019640 A1 [0005, 0011]
