DE102014220363B4

DE102014220363B4 - Verfahren zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014220363B4
Application number: DE102014220363.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Berkemeier; Georg Louven; Helmut Ruhland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: DE102014220363A1

Abstract

Verfahren zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mittels einer Einspritzdüse, die als Bestandteil eines Kraftstoffversorgungssystems via Versorgungsleitung mit einem Kraftstoffspeicher, der zum Bevorraten von Kraftstoff dient, zumindest verbindbar ist und die mit einer in Richtung einer Längsachse zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel mindestens ein Düsenloch in der Ruheposition verschließt und in der Arbeitsposition zum Einbringen von Kraftstoff freigibt, bei dem – die Öffnungsdauer ∆tduration der Einspritzdüse während eines Einspritzvorganges, die von der Öffnungszeit topen und der Schließzeit tclose der Düsennadel determiniert wird und die Einspritzdauer des Einspritzvorganges darstellt, die in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mit bestimmt, – mittels einem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor das Öffnen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Öffnungszeit topen der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt wird, und – die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit topen einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird, wobei dieser Istwert für die Öffnungszeit topen einem Sollwert für die Öffnungszeit topen,set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆topen zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abweichung ∆topen in der Öffnungszeit verwendet wird, um die Schließzeit tclose des laufenden Einspritzvorganges festzulegen und zu regeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mittels einer Einspritzdüse, die als Bestandteil eines Kraftstoffversorgungssystems via Versorgungsleitung mit einem Kraftstoffspeicher, der zum Bevorraten von Kraftstoff dient, zumindest verbindbar ist und die mit einer in Richtung einer Längsachse zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel mindestens ein Düsenloch in der Ruheposition verschließt und in der Arbeitsposition zum Einbringen von Kraftstoff freigibt, bei dem

– die Öffnungsdauer ∆t_duration der Einspritzdüse während eines Einspritzvorganges, die von der Öffnungszeit t_open und der Schließzeit t_close der Düsennadel determiniert wird und die Einspritzdauer des Einspritzvorganges darstellt, die in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mit bestimmt,
– mittels einem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor das Öffnen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Öffnungszeit t_open der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt wird, und
– die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird, wobei dieser Istwert für die Öffnungszeit t_open einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆t_open zu bestimmen.

Bei der Weiterentwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d. h. mittels einer Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Infolge der Drosselverluste hat die Quantitätsregelung insbesondere im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.
Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des mindestens einen Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird dadurch realisiert, dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung wie beim Dieselmotor zum Einsatz kommt.
Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum lässt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann.
Die Direkteinspritzung ist grundsätzlich durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, bei der das lokale Luftverhältnis im Brennraum stark variiert. Jedoch kann die Brennraumladung durch ein Gesamtluftverhältnis λ charakterisiert werden, welches mittels Sonde messtechnisch in der Abgasströmung erfasst werden kann. Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Aufbereitung des Kraftstoffes durch Verdampfung und die Durchmischung von Luft und Kraftstoffdampf, sowie die Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.
Direkteinspritzende Verfahren sind daher auch sehr empfindlich gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere in Bezug auf die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Auch aus diesem Grund ist eine sehr präzise Dosierung, d. h. Bemessung der eingespritzten Kraftstoffmenge zwingend erforderlich. Ungewollte Abweichungen bei der eingespritzten Kraftstoffmenge können zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und erhöhten Schadstoffemissionen führen. Zudem führen Schwankungen in der Einspritzmenge bzw. eine sich ändernde Abweichung des Istwertes der eingespritzten Kraftstoffmenge vom Sollwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge in der Regel zu Drehungleichförmigkeiten, d. h. Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine. Auch Fehlzündungen bzw. Zündaussetzer können auftreten.
Nach dem Stand der Technik wird die je Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom momentanen Betriebspunkt, insbesondere in Abhängigkeit vom einzustellenden Luftverhältnis λ, vorgegeben. Eine vom Kraftstoffversorgungssystem zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Sollwert vorgegebene Kraftstoffmenge wird dadurch generiert, d. h. in den Zylinder eingebracht, dass in Abhängigkeit von dem momentan im Kraftstoffversorgungssystem vorliegenden Druck der zylinderzugehörigen Einspritzdüse eine Öffnungsdauer ∆t_duration,set vorgegeben wird, wobei in der Regel unter Beibehaltung der Öffnungszeit t_open,set der Einspritzdüse die Schließzeit t_close,set der Düse geändert wird, um die Öffnungsdauer ∆t_duration,set und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge zu variieren.
Die Öffnungsdauer ∆t_duration der Einspritzdüse während eines Einspritzvorganges, die von der Öffnungszeit t_open und der Schließzeit t_close der Düsennadel determiniert wird, wird üblicherweise und im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Einspritzdauer des Einspritzvorganges bezeichnet.
Nach der herkömmlichen Definition kennzeichnet die Öffnungszeit t_open den Beginn des Öffnens und die Schließzeit t_close die Beendigung des Schließens der Düse, d. h. den Beginn bzw. die Beendigung des Verschiebens der Düsennadel der Düse.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise birgt zahlreiche Fehlerquellen, die zu Ungenauigkeiten bei der Bemessung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge führen. Eine Vielzahl von Aspekten bleibt unberücksichtigt, weshalb eine präzise Dosierung des Kraftstoffes gegenwärtig nicht gewährleistet werden kann.
Ob die Düse zu der vorgegebenen Öffnungszeit t_open,set tatsächlich öffnet bzw. zu der vorgegebenen Schließzeit t_close,set tatsächlich schließt, wird nicht überprüft bzw. überwacht. D. h. eine Kontrolle, ob die tatsächliche Öffnungszeit t_open der vorgegebenen Öffnungszeit t_open,set bzw. die tatsächliche Schließzeit t_close der vorgegebenen Schließzeit t_close,set entspricht, erfolgt nach dem Stand der Technik nicht.
Abweichungen in der Öffnungszeit t_open bzw. in der Schließzeit t_close führen insbesondere bei kurzen Einspritzvorgängen, d. h. bei kleinen einzuspritzpenden Kraftstoffmengen, zu größeren Ungenauigkeiten, nämlich zu prozentual größeren Abweichungen in der eingespritzten Kraftstoffmenge. Zukünftig kommt aber gerade den kleineren einzuspritzenden Kraftstoff-mengen eine größere Bedeutung zu und zwar unter anderem auch deshalb, weil die in einen Zylinder mittels Einspritzung einzubringende Kraftstoffmenge zunehmend häufig nicht im Rahmen einer einzelnen größeren Haupteinspritzung, sondern vielmehr mittels mehrerer kürzerer Einspritzvorgänge eingebracht wird. D. h. die Einspritzdüse wird während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine häufiger bzw. mehrmals geöffnet und geschlossen.
Ungenauigkeiten hinsichtlich der Einspritzmenge entstehen beispielsweise auch durch die Bauteilstreuung der Einspritzdüse, d. h. infolge der fertigungsbedingten Bauteiltoleranzen, aber auch durch Abnutzungen infolge der sich bewegenden Düsennadel, d. h. durch Verschleiß, und durch Verschmutzungen der Einspritzdüse sowohl innen als auch außen.
Aus diesem Grunde wurden Verfahren entwickelt, bei denen mit einem Körperschallsensor bzw. Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder das Schließen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Öffnungszeit t_open bzw. die Schließzeit t_close der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt werden kann.
Ein solches Verfahren beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 005 773 A1 sowie die deutsche Offenlegungsschrift DE 195 36 110 A1 , wobei diesem Stand der Technik keine Einzelheiten über die weitere Vorgehensweise, d.h. über die Verwendung und Nutzung der messtechnisch erfassten Öffnungszeit t_open bzw. Schließzeit t_close der Einspritzdüse entnommen werden können.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2005 005 351 A1 hat ein Verfahren zum Gegenstand, bei dem mittels Schallsensor das Anschlagen der Düsennadel bei der Öffnungsbewegung und der Schließbewegung detektiert wird, um auf diese Weise die Öffnungszeit t_open und die Schließzeit t_close der Einspritzdüse zu bestimmen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 003 861 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Einspritzventil, das ein piezoelektrisches Element aufweist, welches bei Ansteuerung einen Schließvorgang des Einspritzventils initiiert. Durch Ermitteln einer elektrischen Spannung an dem piezoelektrischen Element und/oder eines elektrischen Stroms über das piezoelektrische Element wird auf die Schließzeit t_close der Düsennadel des Einspritzventils geschlossen.
Ein ähnliches Verfahren beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 000 741 A1 , wobei von der am piezoelektrischen Element anliegenden elektrischen Spannung auf die Schließzeit t_close der Nadel des Einspritzventils geschlossen wird.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 103 09 720 A1 betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines über die Lebensdauer eines Kraftstoffzumesssystems sich ergebenden Mengendrifts betreffend die einem Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge. Zu diesem Zweck werden die von mindestens einem Einspritzventil während des Einspritzvorganges im System verursachten Druckschwingungen mittels Sensorik detektiert. Durch Vergleichen mindestens eines Schwingungsparameters der erfassten Druckschwingung mit gespeicherten Vergleichswerten wird auf einen Fehler bei der Kraftstoffzumessung geschlossen.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem die eingespritzte Kraftstoffmenge genauer dosiert werden kann und die Güte der Steuerung der mittels Einspritzdüse eingebrachten Kraftstoffmenge gesteigert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mittels einer Einspritzdüse, die als Bestandteil eines Kraftstoffversorgungssystems via Versorgungsleitung mit einem Kraftstoffspeicher, der zum Bevorraten von Kraftstoff dient, zumindest verbindbar ist und die mit einer in Richtung einer Längsachse zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel mindestens ein Düsenloch in der Ruheposition verschließt und in der Arbeitsposition zum Einbringen von Kraftstoff freigibt, bei dem

– die Öffnungsdauer ∆t_duration der Einspritzdüse während eines Einspritzvorganges, die von der Öffnungszeit t_open und der Schließzeit t_close der Düsennadel determiniert wird und die Einspritzdauer des Einspritzvorganges darstellt, die in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mit bestimmt,
– mittels einem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor das Öffnen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Öffnungszeit t_open der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt wird, und
– die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird, wobei dieser Istwert für die Öffnungszeit t_open einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆t_open zu bestimmen,

– die Abweichung ∆t_open in der Öffnungszeit verwendet wird, um die Schließzeit t_close des laufenden Einspritzvorganges festzulegen und zu regeln.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Öffnungszeit t_open der Einspritzdüse messtechnisch erfasst. Damit liegt ein Istwert für die tatsächliche Öffnungszeit t_open vor, mit dem eine Feedback-Regelung der Öffnungszeit dargestellt und durchgeführt werden kann, wobei die messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open als Istwert einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenübergestellt wird. Die Öffnungszeit lässt sich als Regelgröße eines Regelkreises wesentlich genauer einstellen und schneller anpassen. Die Güte, d. h. die Genauigkeit einer derartigen Feedback-Regelung bei der Einstellung der Öffnungszeit und damit auch bei der Bemessung des in den Zylinder einzubringenden Kraftstoffes ist deutlich höher als die einer herkömmlichen Feedforward-Steuerung nach dem Stand der Technik, bei der kein Istwert für die tatsächliche Öffnungszeit t_open ermittelt wird bzw. vorliegt und bei der – ohne jede Kontrolle – von der Einhaltung, d. h. der exakten fehlerfreien Umsetzung eines vorgegebenen Sollwertes für die Öffnungszeit ausgegangen wird.
Erfindungsgemäß wird das Öffnen der Einspritzdüse detektiert und zwar unter Verwendung eines am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensors. Die Einspritzdüse bzw. ihre Komponenten sowie die mit der Einspritzdüse verbundenen Teile des Kraftstoffversorgungssystems werden im Rahmen des Öffnens und des Schließen durch Stöße infolge des Verschiebens der Düsennadel zu Körperschallschwingungen angeregt, wobei der Stoß beim Öffnen durch den Anschlag der Düsennadel an einem Auflager und der Stoß beim Schließen durch ein Aufsetzen des freien Endes der Düsennadel im Nadelsitz generiert wird. Die durch die Stöße hervorgerufenen Körperschallschwingungen pflanzen sich in den miteinander verbundenen Bauteilen des Kraftstoffversorgungssystems fort und werden damit auch bis zu dem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor geleitet, der die Schwingungen detektiert und ein Signal generiert, welches als Öffnungszeit t_open bzw. Schließzeit t_close angesehen wird, d. h. die Öffnungszeit bzw. Schließzeit definiert.
Insofern kennzeichnet die Öffnungszeit t_open nach der erfindungsgemäßen Definition die Beendigung des Öffnens der Düse und die Schließzeit t_close die Beendigung des Schließens der Düse, wobei sowohl die Öffnungszeit als auch die Schließzeit die Beendigung des jeweiligen Verschiebevorgangs der Düsennadel terminiert.
Die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open wird erfindungsgemäß einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt, wobei dieser Istwert für die Öffnungszeit t_open einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆t_open zu bestimmen.
Es wird ein Regelkreis adressiert, der die Öffnungszeit t_open als Regelgröße aufweist. Der ermittelte Istwert für die tatsächliche Öffnungszeit t_open wird im Rahmen einer Feedback-Regelung einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenübergestellt. Die Öffnungszeit lässt sich als Regelgröße eines Regelkreises wesentlich genauer einstellen und schneller anpassen bzw. nachführen als mit einer herkömmlichen Feedforward-Steuerung nach dem Stand der Technik, bei der kein Istwert vorliegt.
Dabei wird die Abweichung ∆t_open in der Öffnungszeit verwendet, um die Schließzeit t_close des laufenden Einspritzvorganges festzulegen und zu regeln. Die mittels Sensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open des momentan laufenden Einspritzvorganges bzw. die Abweichung ∆t_open gegenüber einem Sollwert t_open,set wird genutzt, um die Schließzeit t_close dieses momentan noch laufenden, d. h. noch nicht beendeten Einspritzvorganges festzulegen bzw. gegebenenfalls anzupassen, d. h. zu ändern. Eine derartige Regelung der Schließzeit, quasi in Echtzeit, stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Verfahren dar und gestattet einen wesentlich exakteren Betrieb der Brennkraftmaschine.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt, mit dem die eingespritzte Kraftstoffmenge genauer dosiert werden kann und die Güte der Steuerung der mittels Einspritzdüse eingebrachten Kraftstoffmenge gesteigert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Verminderung bzw. Minimierung der Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dadurch auch zu einem verbrauchsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine mit geringeren Schadstoffemissionen. Ein runderer Lauf der Brennkraftmaschine mit weniger Drehungleichförmigkeiten bzw. geringeren Drehzahlschwankungen ergibt sich als weiterer Vorteil.
Die Einspritzdüse kann eine piezoelektrisch oder eine elektromagnetisch gesteuerte Einspritzdüse sein. Die Einspritzdüse kann eine nach innen öffnende Einspritzdüse oder eine nach außen öffnende Einspritzdüse sein, die an ihrem freien, in den Brennraum hineinragenden Ende mindestens ein Düsenloch, vorzugsweise aber mindestens zwei bzw. fünf oder mehr Düsenlöcher zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes aufweist.
Eine gewisse Anzahl an Düsenlöchern gewährleistet zum einen eine möglichst weiträumige Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum, bei der weite Bereiche des Brennraums von den Einspritzstrahlen erfasst werden, was insbesondere hinsichtlich der Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorteilhaft ist. Ein homogeneres Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflusst die Verbrennung und die Bildung von Schadstoffen in vorteilhafter Weise. Zum anderen muss berücksichtigt werden, dass die Einspritzdüse fähig sein muss, nicht nur kleinere Mengen an Kraftstoff, sondern auch größere Mengen an Kraftstoff einzuspritzen und zwar in einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine wenige Millisekunden betragen kann. Da der Durchmesser der Düsenlöcher im Hinblick auf die Ausbildung des Einspritzstrahls nicht beliebig vergrößert werden kann, muss zur Vergrößerung des Gesamtquerschnitts aller Düsenlöcher die Anzahl der Löcher vergrößert werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Einspritzdüse mit einem Filter ausgestattet ist. Der Filter gewährleistet, dass keine Verunreinigungen bzw. Partikel, d. h. Festkörper, via Einspritzdüse in den Brennraum des Zylinders gelangen und dort Schäden verursachen, insbesondere den Kolben bzw. das Zylinderrohr beschädigen und auf diese Weise die Reibleistung und die Undichtigkeit des Brennraums erhöhen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind – wie bereits erwähnt – Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mit einem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor das Schließen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Schließzeit t_close der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt wird.
Grundsätzlich kann der Beschleunigungssensor an einer beliebigen Stelle des Kraftstoffversorgungssystems vorgesehen werden.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mit einem an der Versorgungsleitung angeordneten Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüse detektiert wird.
Handelt es sich bei der Versorgungsleitung um eine Hauptversorgungsleitung, welche mehrere Zylinder mit Kraftstoff versorgt, kann ein einzelner an dieser Versorgungsleitung angeordneter Beschleunigungssensor ausreichen bzw. verwendet werden, um die Öffnungszeit und/oder die Schließzeit gleich mehrerer Einspritzdüsen zu bestimmen.
Da das Signal des Sensors aber auf Körperschallschwingungen beruht, welche durch einen Stoß infolge des Verschiebens der Düsennadel generiert werden, ist es bezüglich der Güte dieses Signals vorteilhafter, den Sensor möglichst nahe an der Quelle der Schwingungsanregung zu positionieren. Dies gilt umso mehr, falls die Anbindung der Einspritzdüse an das Leitungssystem der Kraftstoffversorgung unter Einsatz von Dichtelementen erfolgt, die eine dämpfende Wirkung auf die in das Kraftstoffversorgungssystem eingeleiteten Schwingungen haben.
Aus den vorstehend genannten Gründen sind daher auch Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen mit einem an der Einspritzdüse angeordneten Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüse detektiert wird.
Eine solche Einspritzdüse hat weitere Vorteile. Zum einen erleichtert eine derartige Einspritzdüse die Montage des Kraftstoffversorgungssystems erheblich, da die Einspritzdüse mitsamt Beschleunigungssensor gewissermaßen als vormontierte Baugruppe anzusehen und zu montieren ist. Eine separate Befestigung des Beschleunigungssensors am Kraftstoffversorgungssystem wäre wesentlich aufwendiger. Zum anderen ermöglicht der an der Einspritzdüse angeordnete Sensor eine kompakte Bauweise bzw. ein kompaktes Packaging des Kraftstoffversorgungssystems.
Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren Zylindern, kann es ausreichend sein, die Einspritzdüse eines Zylinders mit einem Beschleunigungssensor auszustatten, wobei diesem einen Zylinder bzw. dieser einen Einspritzdüse repräsentativer Charakter zugemessen wird und davon ausgegangen wird, dass allen übrigen Zylinder bzw. Einspritzdüsen sich ähnlich verhalten.
Vorteilhaft ist es aber, jede Einspritzdüse mit einem zylinderzugehörigen Beschleunigungssensor auszustatten und für jede Einspritzdüse die Öffnungszeit und/oder die Schließzeit einzeln zu bestimmen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mit einem an der Düsennadelführung angeordneten Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüse detektiert wird. Der Beschleunigungssensor kann dabei in einfacher Weise außen an der Düsennadelführung befestigt werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abweichung ∆t_open in der Öffnungszeit verwendet wird, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen und zu regeln.
Vorliegend wird die mittels Sensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open des momentan laufenden Einspritzvorganges bzw. die Abweichung ∆t_open gegenüber einem Sollwert t_open,set genutzt, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen bzw. anzupassen.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Schließzeit t_close einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird, wobei dieser Istwert für die Schließzeit t_close einem Sollwert für die Schließzeit gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆t_close zu bestimmen.
Diese Verfahrensvariante adressiert einen Regelkreis, der die Schließzeit t_close als Regelgröße aufweist. Der ermittelte Istwert für die tatsächliche Schließzeit t_close wird im Rahmen einer Feedback-Regelung einem Sollwert für die Schließzeit t_close,set gegenübergestellt. Die Schließzeit lässt sich als Regelgröße eines Regelkreises wesentlich genauer einstellen und schneller anpassen bzw. nachführen als mit einer herkömmlichen Feedforward-Steuerung nach dem Stand der Technik, bei der kein Istwert vorliegt.
Vorteilhaft sind dabei wieder Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abweichung ∆t_close in der Schließzeit verwendet wird, um die Schließzeit t_close,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen und zu regeln.
Vorliegend wird die mittels Sensor messtechnisch erfasste Schließzeit t_close des momentan laufenden Einspritzvorganges bzw. die Abweichung ∆t_close gegenüber einem Sollwert t_close,set genutzt, um die Schließzeit t_close,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen bzw. anzupassen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abweichung ∆t_close in der Schließzeit verwendet wird, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen und zu regeln.
Gemäß dieser Verfahrensvariante wird die mittels Sensor messtechnisch erfasste Schließzeit t_close des momentan laufenden Einspritzvorganges bzw. die Abweichung ∆t_close gegenüber einem Sollwert t_close,set genutzt, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen bzw. anzupassen.
Eine derartige Vorgehensweise ist beispielweise sinnvoll, falls während eines Einspritzvorganges infolge zu späten Schließens zu viel Kraftstoff eingespritzt wurde und dieses Einbringen von überschüssigem Kraftstoff im nächsten Einspritzvorgang dadurch kompensiert werden soll, dass weniger Kraftstoff als ursprünglich vorgesehen eingespritzt wird. Hierzu wird die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs nach spät verschoben, um weniger Kraftstoff als ursprünglich beabsichtigt einzuspritzen.
Umgekehrt, falls während eines Einspritzvorganges infolge zu frühen Schließens zu wenig Kraftstoff eingespritzt wurde und dieser Kraftstoffmangel im nächten Einspritzvorgang dadurch kompensiert werden soll, dass mehr Kraftstoff als ursprünglich vorgesehen eingespritzt wird, wird die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs nach früh vorgezogen, um mehr Kraftstoff als ursprünglich beabsichtigt einzuspritzen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mittels der in den Zylinder eingebrachten Kraftstoffmenge das Luftverhältnis λ eingestellt wird.
Während die Last bzw. Leistung beim Ottomotor mittels einer im Ansaugsystem angeordneten Drosselklappe gesteuert und eingestellt wird, dient die eingespritzte Kraftstoffmenge der Einstellung des Luftverhältnisses λ.
Insofern lässt sich anhand des Luftverhältnisses auch überprüfen, ob so viel Kraftstoff in die Zylinder eingebracht wurde wie beabsichtigt, d. h. ob gilt: λ = λ_set.
Insbesondere die Abweichungen in der Einspritzmenge, die durch einen Verschleiß und/oder durch eine Verschmutzung der Einspritzdüse hervorgerufen werden, lassen sich mittels Luftverhältnis λ kompensieren, d. h. aussteuern.
Den ursächlichen Zusammenhang zwischen dem – mittels Sonde erfassten – Luftverhältnis λ und der in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge nutzen auch die folgenden Verfahrensvarianten.
Zum direkten Einbringen von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder (n ≥ 1) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder mit einer zylinderzugehörigen Einspritzdüse ausgestattet ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen

– mittels einer mit Abgas des mindestens einen Zylinders beaufschlagten Sonde das Luftverhältnis λ messtechnisch erfasst wird, und
– dieses Luftverhältnis λ einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Istwert für das Luftverhältnis λ einem Sollwert für das Luftverhältnis λ_set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆λ zu bestimmen.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abweichung ∆λ im Luftverhältnis λ verwendet wird, um die Öffnungszeit t_open und/oder die Schließzeit t_close eines Einspritzvorganges mindestens eines Zylinders festzulegen und zu regeln.
Stellt sich heraus, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu mager gewesen ist, kann die Einspritzdauer des nächsten Einspritzvorganges mindestens eines Zylinders verlängert werden und zwar indem die Öffnungszeit t_open nach früh vorgezogen und/oder die Schließzeit t_close nach spät verschoben wird.
Stellt sich heraus, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu fett gewesen ist, kann die Einspritzdauer des nächsten Einspritzvorganges mindestens eines Zylinders verkürzt werden und zwar indem die Öffnungszeit t_open nach spät verschoben und/oder die Schließzeit t_close nach früh vorgezogen wird.
Zum direkten Einbringen von Kraftstoff in mindestens zwei Zylinder (n ≥ 2) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinder mit einer zylinderzugehörigen Einspritzdüse ausgestattet ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen

– die messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open,1 der Einspritzdüse eines ersten Zylinder mit der messtechnisch erfassten Öffnungszeit t_open,2 der Einspritzdüse eines zweiten Zylinders verglichen wird, und
– die Öffnungszeit t_open,next der Einspritzdüse des früher öffnenden Zylinders nach spät und/oder die Öffnungszeit t_open,next des später öffnenden Zylinders nach früh verschoben wird.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Öffnungszeiten t_open,next der mindestens zwei Zylinder angeglichen werden.
Die beiden letztgenannten Verfahrensvarianten zielen darauf ab, die mindestens zwei Zylinder ähnlich bzw. auf gleiche Weise zu betreiben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch in Gestalt eines Flussdiagramms eine erste Ausführungsform des Verfahrens zum direkten Einspritzen von Kraftstoff.
1 zeigt schematisch in Gestalt eines Flussdiagramms eine erste Ausführungsform des Verfahrens zum direkten Einspritzen von Kraftstoff.
Die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open wird als Istwert einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenüber gestellt, um eine Abweichung ∆t_open zu bestimmen. Diese Abweichung ∆t_open in der Öffnungszeit wird verwendet, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen, d. h. um die Öffnungszeit zu regeln.
Bezugszeichen

n

Anzahl der Zylinder

t_close

Schließzeit der Düsennadel bzw. der Einspritzdüse, Istwert

t_open

Öffnungszeit der Düsennadel bzw. der Einspritzdüse, Istwert

∆t_duration

Öffnungsdauer eines Einspritzvorganges der Einspritzdüse, Einspritzdauer, Istwert

∆t_duration,set

vorgegebene Öffnungsdauer, Sollwert

∆t_close

Abweichung in der Schließzeit, Abweichung des Istwerts von einem Sollwert für die Schließzeit

∆t_open

Abweichung in der Öffnungszeit, Abweichung des Istwerts von einem Sollwert für die Öffnungszeit

t_close,next

Schließzeit des nachfolgenden Einspritzvorgangs

t_open,next

Öffnungszeit des nachfolgenden Einspritzvorgangs

t_open,1

messtechnisch erfasste Öffnungszeit eines ersten Zylinder

t_open,2

messtechnisch erfasste Öffnungszeit eines zweiten Zylinders

t_close,set

vorgegebene Schließzeit, Sollwert

t_open,set

vorgegebene Öffnungszeit, Sollwert

λ

Luftverhältnis, Gesamtluftverhältnis, Istwert

λ_set

vorgegebenes Luftverhältnis, Sollwert

∆λ

Abweichung im Luftverhältnis, Abweichung des Istwerts von einem Sollwert für das Luftverhältnis

Claims

Verfahren zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mittels einer Einspritzdüse, die als Bestandteil eines Kraftstoffversorgungssystems via Versorgungsleitung mit einem Kraftstoffspeicher, der zum Bevorraten von Kraftstoff dient, zumindest verbindbar ist und die mit einer in Richtung einer Längsachse zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel mindestens ein Düsenloch in der Ruheposition verschließt und in der Arbeitsposition zum Einbringen von Kraftstoff freigibt, bei dem – die Öffnungsdauer ∆t_duration der Einspritzdüse während eines Einspritzvorganges, die von der Öffnungszeit t_open und der Schließzeit t_close der Düsennadel determiniert wird und die Einspritzdauer des Einspritzvorganges darstellt, die in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mit bestimmt, – mittels einem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor das Öffnen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Öffnungszeit t_open der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt wird, und – die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird, wobei dieser Istwert für die Öffnungszeit t_open einem Sollwert für die Öffnungszeit t_open,set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆t_open zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abweichung ∆t_open in der Öffnungszeit verwendet wird, um die Schließzeit t_close des laufenden Einspritzvorganges festzulegen und zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem am Kraftstoffversorgungssystem vorgesehenen Beschleunigungssensor das Schließen der Einspritzdüse detektiert wird, womit die Schließzeit t_close der Einspritzdüse messtechnisch erfasst und bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem an der Versorgungsleitung angeordneten Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüse detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem an der Einspritzdüse angeordneten Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüse detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem an der Düsennadelführung angeordneten Beschleunigungssensor das Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüse detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung ∆t_open in der Öffnungszeit verwendet wird, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen und zu regeln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Beschleunigungssensor messtechnisch erfasste Schließzeit t_close einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird, wobei dieser Istwert für die Schließzeit t_close einem Sollwert für die Schließzeit t_close,set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆t_close zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung ∆t_close in der Schließzeit verwendet wird, um die Schließzeit t_close,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen und zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung ∆t_close in der Schließzeit verwendet wird, um die Öffnungszeit t_open,next des nachfolgenden Einspritzvorgangs festzulegen und zu regeln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der in den Zylinder eingebrachten Kraftstoffmenge das Luftverhältnis λ eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum direkten Einbringen von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder (n ≥ 1) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinder mit einer zylinderzugehörigen Einspritzdüse ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels einer mit Abgas des mindestens einen Zylinders beaufschlagten Sonde das Luftverhältnis λ messtechnisch erfasst wird, und – dieses Luftverhältnis λ einem Regelkreis zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als Istwert zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert für das Luftverhältnis λ einem Sollwert für das Luftverhältnis λ_set gegenüber gestellt wird, um eine Abweichung ∆λ zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung ∆λ im Luftverhältnis λ verwendet wird, um die Öffnungszeit t_open und/oder die Schließzeit t_close eines Einspritzvorganges mindestens eines Zylinders festzulegen und zu regeln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum direkten Einbringen von Kraftstoff in mindestens zwei Zylinder (n ≥ 2) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinder mit einer zylinderzugehörigen Einspritzdüse ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die messtechnisch erfasste Öffnungszeit t_open,1 der Einspritzdüse eines ersten Zylinder mit der messtechnisch erfassten Öffnungszeit t_open,2 der Einspritzdüse eines zweiten Zylinders verglichen wird, und – die Öffnungszeit t_open,next der Einspritzdüse des früher öffnenden Zylinders nach spät und/oder die Öffnungszeit t_open,next des später öffnenden Zylinders nach früh verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungszeiten t_open,next der mindestens zwei Zylinder angeglichen werden.