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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Übergangskompensation bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Ein mögliches Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung bei Ottomotoren ist die Saugrohreineinspritzung, welche zunehmend von einer Kraftstoffdirekteinspritzung abgelöst wird. Letzteres Verfahren führt zu deutlich besserer Kraftstoffverteilung in den Brennräumen und somit zu besserer Leistungsausbeute bei geringerem Kraftstoffverbrauch. Aus der
DE 10 2007 005 381 A1 ist bspw. ein Verfahren zur Übergangskompensation bei einer Saugrohreinspritzung bekannt, bei dem verschiedene, mögliche Kraftstoffarten bei der Kraftstoffzumessung berücksichtigt werden.
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Weiterhin gibt es auch Ottomotoren mit einer Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, einem sog. Dualsystem. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerten vorteilhaft, da die Saugrohreinspritzung bspw. bei mittleren Lastbereichen bessere Emissionswerte zur Folge hat als eine Direkteinspritzung.
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Eine Abweichung im Kraftstoff-Luft-Gemisch, bspw. durch fehlerhafte Kraftstoffzumessung in einem dynamischen Übergang zwischen verschiedenen Aufteilungen auf beide Betriebsarten oder einer Änderung der Lastanforderung hat jedoch üblicherweise sowohl eine Verschlechterung der Abgasemissionswerte als auch gegebenenfalls für den Fahrer spürbare Leistungseinbußen zur Folge.
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Die Übergänge der beiden Pfade, d.h. der Kraftstoffzumessungen beider Einspritzsysteme, müssen dabei jedoch aufeinander abgestimmt werden, was mit zunehmenden Freiheitsgraden bzgl. möglicher Übergänge bei verschiedenen Brennkraftmaschinen immer schwieriger wird, da eine Abstimmung der Kraftstoffzumessungen zwischen beiden Pfaden nötig ist, um möglichst gute Emissionswerte zu erreichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln einer Übergangskompensation bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln einer Übergangskompensation bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Ottomotor, mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung. Dabei wird eine erste Korrekturmenge unter Berücksichtigung einer Änderung einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine ermittelt, und es wird eine zweite Korrekturmenge unter Berücksichtigung einer Änderung einer Aufteilung auf Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung ermittelt. Dann wird unter Berücksichtigung der ersten Korrekturmenge und der zweiten Korrekturmenge eine Gesamt-Korrekturmenge für die Übergangskompensation ermittelt.
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Unter einer Übergangskompensation ist hierbei zu verstehen, dass für das jeweilige Einspritzsystem eine Mehr- oder Mindermenge an Kraftstoff gegenüber der von einem aktuellen Betriebspunkt eigentlich geforderten Kraftstoffmenge ermittelt und angewendet wird. Der Grund liegt darin, dass bspw. bei einer Änderung der Lastanforderung und somit einer Änderung einer Drosselklappenstellung in einem Luftansaugrohr aufgrund veränderter Druck-, Temperatur- und/oder Strömungsverhältnisse sich von der eingespritzten Kraftstoffmenge ein veränderter Anteil an den Wänden des Luftansaugrohrs absetzt. Ähnlich ist dies bspw. an den Innenwänden der Brennräume in Abhängigkeit von der Temperatur der Zylinder. Dies sollte im Sinne eines emissionsoptimierten Betriebs der Brennkraftmaschine korrigiert werden.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann nun neben einer Änderung der Lastanforderung bei der Ermittlung der Übergangskompensation, wie dies auch bei nur einem vorhandenen Einspritzsystem in der Regel erfolgt, auch eine Änderung der Aufteilung gesamten zuzumessenden Kraftstoffmenge auf Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung (jeweils zwischen 0% und 100%) berücksichtigt werden. Durch die voneinander getrennte Ermittlung eigener Korrekturmengen für Änderungen der Lastanforderung und der Aufteilung ist es insbesondere möglich, jeweils für die zugehörige Änderung typische physikalische Ursachen getrennt zu berücksichtigen, da diese sich nicht notwendigerweise auf beide Arten der Änderung, d.h. Lastanforderung und Aufteilung der Kraftstoffmenge auf die beiden Einspritzarten, gleichermaßen auswirken. Ebenso ist es möglich, auf sehr einfache Weise eine reine Änderung der Aufteilung bei gleichbleibender Lastanforderung zu berücksichtigen, da in einem solchen Fall die erste Korrekturmenge einfach auf Null gesetzt werden kann.
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Vorzugsweise werden bei der Ermittlung der ersten Korrekturmenge separate Teil-Korrekturmengen für die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung berücksichtigt. Damit kann noch genauer auf die Änderung der Lastanforderung eingegangen werden. Bspw. können die nötigen Korrekturmengen aufgrund der Änderung der Lastanforderung bei unterschiedlichen Drehzahlbereichen für die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung jeweils unterschiedlich sein.
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Vorteilhafterweise wird bei der Ermittlung der zweiten Korrekturmenge eine Temperatur eines Saugrohres der Brennkraftmaschine, eine Temperatur eines Brennraumes der Brennkraftmaschine und/oder eine Temperaturdifferenz zwischen dem Saugrohr und dem Brennraum berücksichtigt. Damit kann eine noch genauere Ermittlung der nötigen Korrekturmenge erfolgen, da eine Wandfilmbildung an der Innenwand des Saugrohrs und/oder des Brennraumes, welche der Grund für die Übergangskompensation sind, auch von der Temperatur der betreffenden Komponente (und bei einer Direkteinspritzung auch des Saugrohrs; die Temperatur des Saugrohrs hat auch einen Einfluss auf eine Wandfilmbildung im Brennraum bei einer Direkteinspritzung) abhängen kann. Insbesondere bei einer Änderung der Aufteilung, d.h. für die zweite Korrekturmenge, kann auch eine Temperaturdifferenz zwischen Saugrohr und Brennraum relevant sein, da sich die Wandfilmbildung dabei vom Saugrohr hin zum Brennraum oder vom Brennraum hin zum Saugrohr verlagert.
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Es ist von Vorteil, wenn bei der Ermittlung der ersten Korrekturmenge und/oder der zweiten Korrekturmenge für die Brennkraftmaschine spezifische Betriebsparameter berücksichtigt werden. Bspw. können hier gewisse Betriebsgrenzen, maximale Drehzahl, Leerlaufdrehzahl oder ähnliches berücksichtigt werden. Auch die Art der Saugrohreinspritzung, d.h. bspw. mit einem Kraftstoffinjektor für mehrere Brennräume oder einem separatem Kraftstoffinjektor für jeden Brennraum, kann hier berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine genauere und einfachere Ermittlung der Übergangskompensation. Insbesondere können solche Betriebsparameter auch in einem Steuergerät, auf dem das Verfahren bspw. ausgeführt wird, hinterlegt werden, bspw. im Rahmen einer Bedatung. Insbesondere durch die getrennte Ermittlung von Korrekturmengen für Änderungen der Lastanforderung und der Aufteilung kann hierdurch eine einfache Auslegung einer Software für eine Motorsteuerung erfolgen, die sehr einfach auf unterschiedliche Brennkraftmaschinen angepasst werden kann.
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Vorzugsweise wird bei der Ermittlung der ersten Korrekturmenge und/oder der zweiten Korrekturmenge ein Fahrverhalten eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Damit kann bspw. unterschiedlichen Fahrweisen eines Fahrers, bspw. eine Kraftstoffsparende oder eine sportliche Fahrweise, mit jeweils bestmöglicher Übergangskompensation berücksichtigt werden.
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Vorzugsweise werden bei der Ermittlung der ersten Korrekturmenge und/oder der zweiten Korrekturmenge geometrische Abmessungen der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Insbesondere können die geometrischen Abmessungen der Brennkraftmaschine eine Fläche einer Innenseite eines Saugrohres und/oder eines Brennraumes und/oder eine Position eines Kraftstoffinjektors bezüglich des Saugrohres und/oder eines Kraftstoffinjektors bezüglich des Brennraumes umfassen. Durch solche geometrische Abmessungen kann die relevante Korrekturmenge beeinflusst werden. So legt bspw. ein Durchmesser eines Saugrohrs ebenso wie der Abstand zwischen Kraftstoffinjektor im Saugrohr zum Einlassventil die für einen Auf- oder Abbau eines Wandfilms nötige Kraftstoffmenge fest. Auf diese Weise kann die Übergangskompensation genauer erfolgen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms 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 magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a und 1b zeigen schematisch zwei Brennkraftmaschinen, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden können.
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2 zeigt schematisch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann.
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3 zeigt schematisch in einem Diagramm einen Wechsel zwischen zwei Betriebspunkten einer Brennkraftmaschine mit Änderung der Lastanforderung und der Aufteilung.
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4 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1a ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.
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Das Saugrohr 106 weist dabei für jeden Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 107 auf, der in dem jeweiligen Abschnitt des Saugrohrs kurz vor dem Brennraum angeordnet ist. Die Kraftstoffinjektoren 107 dienen somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung auf.
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In 1b ist schematisch und vereinfacht eine weitere Brennkraftmaschine 200 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 206 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.
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Das Saugrohr 206 weist dabei für alle Brennräume 103 einen gemeinsamen Kraftstoffinjektor 207 auf, der im Saugrohr bspw. kurz nach einer hier nicht gezeigten Drosselklappe angeordnet ist. Der erste Kraftstoffinjektor 207 dient somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung.
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Beide gezeigten Brennkraftmaschinen 100 und 200 verfügen somit über ein sog. Dualsystem, d.h. über Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung. Der Unterschied besteht lediglich in der Art der Saugrohreinspritzung. Während bspw. die in 1a gezeigte Saugrohreinspritzung eine Kraftstoffzumessung individuell für jeden Brennraum erlaubt, wie dies bspw. für höherwertige Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, ist die in 1b gezeigte Saugrohreinspritzung einfacher in ihrem Aufbau und ihrer Ansteuerung. Bei den beiden gezeigten Brennkraftmaschinen kann es sich insbesondere um Ottomotoren handeln.
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In 2 ist ein Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 schematisch und vereinfacht, jedoch detaillierter als in 1a dargestellt. Der Zylinder 102 hat einen Brennraum 103, der durch Bewegung eines Kolbens 104 vergrößert oder verkleinert wird. Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um einen Ottomotor handeln.
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Der Zylinder 102 weist ein Einlassventil 105 auf, um Luft oder ein Luft-Kraftstoffgemisch in den Brennraum 103 einzulassen. Die Luft wird über das Saugrohr 106 eines Luftzuführungssystems zugeführt, an dem sich der Kraftstoffinjektor 107 befindet. Angesaugte Luft wird über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen. Eine Drosselklappe 112 in dem Luftzuführungssystem dient zum Einstellen des erforderlichen Luftmassenstroms in den Zylinder 102.
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Die Brennkraftmaschine kann im Zuge einer Saugrohreinspritzung betrieben werden. Mit Hilfe des Kraftstoffinjektors 107 wird im Zuge dieser Saugrohreinspritzung Kraftstoff in das Saugrohr 106 eingespritzt, so dass sich dort ein Luft-Kraftstoffgemisch bildet, das über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen wird.
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Die Brennkraftmaschine kann auch im Zuge einer Direkteinspritzung betrieben werden. Zu diesem Zweck ist der Kraftstoffinjektor 111 an dem Zylinder 102 angebracht, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 103 einzuspritzen. Bei dieser Direkteinspritzung wird das zur Verbrennung benötigte Luft-Kraftstoffgemisch direkt im Brennraum 103 des Zylinders 102 gebildet.
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Der Zylinder 102 ist weiterhin mit einer Zündeinrichtung 110 versehen, um zum Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 103 einen Zündfunken zu erzeugen.
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Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 102 über einen Abgasabführungsabschnitt 108 ausgestoßen. Das Ausstoßen erfolgt abhängig von der Öffnung eines Auslassventils 109, das ebenfalls an dem Zylinder 102 angeordnet ist. Ein- und Auslassventile 105, 109 werden geöffnet und geschlossen, um einen Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine 100 in bekannter Weise auszuführen.
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Die Brennkraftmaschine 100 kann mit Direkteinspritzung, mit Saugrohreinspritzung oder in einem Mischbetrieb betrieben werden. Dies ermöglicht die Wahl der jeweils optimalen Betriebsart zum Betreiben der Brennkraftmaschine 100 abhängig von dem momentanen Betriebspunkt. So kann die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise in einem Saugrohreinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie bei niedriger Drehzahl und niedriger Last betrieben wird, und sie kann in einem Direkteinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird. Über einen großen Betriebsbereich hinweg ist es jedoch sinnvoll, die Brennkraftmaschine 100 in einem Mischbetrieb zu betreiben, bei dem die dem Brennraum 103 zuzuführende Kraftstoffmenge anteilig durch Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung zugeführt wird.
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Weiterhin ist eine als Steuergerät 115 ausgebildete Recheneinheit um Steuern der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Das Steuergerät 115 kann die Brennkraftmaschine 100 in der Direkteinspritzung, der Saugrohreinspritzung oder dem Mischbetrieb betreiben.
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Die in Bezug auf 2 näher erläuterte Funktionsweise der Brennkraftmaschine 100 lässt sich auch auf die Brennkraftmaschine 200 übertragen, nur mit dem Unterschied, dass für alle Brennräume bzw. Zylinder nur ein gemeinsamer Kraftstoffinjektor vorgesehen ist. Bei einer Saugrohreinspritzung bzw. bei einem Mischbetrieb wird daher der einzige Kraftstoffinjektor im Saugrohr dauerhaft angesteuert.
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In 3 ist schematisch in einem Diagramm ein Wechsel zwischen zwei Betriebspunkten einer Brennkraftmaschine mit Änderung der Lastanforderung und der Aufteilung gezeigt. Dazu sind eine Aufteilung A zwischen 0 und 1, die vorliegend einen Anteil der Direkteinspritzung angibt, und eine Lastanforderung L zwischen 0% und 100% an die Brennkraftmaschine gezeigt.
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Der beispielhaft gezeigte Wechsel zwischen dem Betriebspunkt B1 zu dem Betriebspunkt B2 umfasst sowohl eine Änderung ∆L der Lastanforderung als auch einen Änderung ∆A der Aufteilung.
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In 4 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Blockdiagramm dargestellt.
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Zunächst kann überprüft werden, ob eine Änderung ∆L der Lastanforderung an die Brennkraftmaschine vorliegt, ob eine Änderung der Aufteilung ∆A auf Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung vorliegt oder ob beide Änderungen gleichzeitig vorliegen.
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Liegt nur eine Änderung ∆L der Lastanforderung vor oder liegen beide Änderungen vor, so kann eine erste Korrekturmenge ∆M1 ermittelt werden. Wird bspw. eine höhere Last gefordert, so muss mehr Kraftstoff in den Brennraum zugemessen werden. Da sich jedoch im Saugrohr ein Wandfilm aus Kraftstoff bildet, der bei einer Erhöhung des Kraftstoffanteils im Luft-Kraftstoff-Gemisch im Saugrohr zunimmt, muss ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs zum Aufbau des Wandfilms verwendet werden. Damit trotzdem die gewünschte Kraftstoffmenge in den Brennraum gelangt, muss über die erste Korrekturmenge ∆M1, hier eine Mehrmenge, die einzuspritzende Kraftstoffmenge angepasst werden.
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Ähnlich verhält es sich mit einem Wandfilm im Brennraum, der abhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. dem Kraftstoffanteil Kraftstoffanteils im Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum ist. Im Zuge der Ermittlung der ersten Kraftstoffmenge kann dabei separat für beide Einspritzarten unterschieden werden, d.h. es können zwei Teil-Korrekturmengen ermittelt werden, die zusammen die erste Korrekturmenge ∆M1 ergeben. Im Falle von bspw. nur einer verwendeten Einspritzart stellt dies eine sehr einfache Berechnung dar.
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Liegt nur eine Änderung ∆A der Aufteilung vor oder liegen beide Änderungen vor, so kann eine zweite Korrekturmenge ∆M2 ermittelt werden. Wird bspw. von einer reinen Saugrohreinspritzung auf eine Direkteinspritzung gewechselt, dann wird ein Wandfilm im Saugrohr abgebaut und der abgebaute Kraftstoff gelangt in den Brennraum. Hierzu muss also eine Mindermenge für die Übergangskompensation berücksichtigt werden.
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Wird bspw. von einer Direkteinspritzung auf eine Saugrohreinspritzung oder einen Mischbetrieb gewechselt, wird eine Mehrmenge an Kraftstoff benötigt, um den Wandfilm im Saugrohr aufzubauen. Insbesondere kann bei Änderungen der Aufteilung auch eine Temperatur von Saugrohr und Brennraum bzw. deren Differenz berücksichtigt werden, da der Brennraum deutlich heißer ist als das Saugrohr und somit bspw. über die Kraftstoffviskosität Einfluss auf die einzuspritzende Kraftstoffmenge hat.
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Nun können die erste Korrekturmenge ∆M1 und die zweite Korrekturmenge ∆M2, wie sie vorhin ermittelt wurden, miteinander verrechnet werden, so dass eine Gesamt-Korrekturmenge ∆M erhalten wird. Für den Fall, dass nur eine der beiden Änderungen vorliegt, kann die entsprechende andere Korrekturmenge einfach auf Null gesetzt werden.
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Hierbei ist zu sehen, dass durch die getrennten Ermittlungen der beiden Korrekturmengen sehr einfach auch Änderungen in nur der Lastanforderung und insbesondere auch nur der Aufteilung berücksichtigt werden können.
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Die den jeweiligen Änderungen entsprechenden Korrekturmengen können dabei bspw. im Rahmen eines Tests auf einem Motorprüfstand, bei dem bspw. Wechsel zwischen verschiedenen Lastanforderungen und Wechsel zwischen verschiedenen Aufteilungen durchgefahren werden, ermittelt werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, die jeweilige Korrekturmenge als Funktion der jeweiligen Änderung zu ermitteln, wobei in dem genannten Test nur einige Stützpunkte für die Funktion ermittelt werden und die Funktion anschließend interpoliert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007005381 A1 [0002]
