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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem jedem Zylinder wenigstens ein erstes Einspritzventil für eine Direkteinspritzung zugeordnet ist und welches mindestens ein zweites, nicht zylinderindividuelles Einspritzventil für eine Saugrohreinspritzung aufweist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der durch Direkteinspritzung eingespritzten Einspritzmenge zylinderindividuelle Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede zu ermitteln und hieraus motor- und zylinderindividuelle Korrekturen zur Kompensation von durch eine Saugrohreinspritzung hervorgerufenen Mehr- oder Mindermengen zu ermitteln.
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Stand der Technik
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Aus der Praxis ist es bekannt, dass Verbrennungsmotoren in einem sogenannten Dualbetrieb betrieben werden können, bei dem die Zylinder des Verbrennungsmotors parallel mittels wenigstens eines Injektors einer Saugrohreinspritzung und Injektoren einer Direkteinspritzung mit Brennstoff beaufschlagt werden. Die Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung ermöglicht die Nutzung der Vorteile beider Einspritzarten für eine optimale Gemischbildung und Verbrennung. So ist beispielsweise in Volllast und Dynamik des Motors die Nutzung der Direkteinspritzung vorteilhafter, um Klopfen zu vermeiden, wohingegen in Teillast eine Saugrohreinspritzung vorteilhafter ist, um die Rußpartikelanzahl und den Kohlenwasserstoffgehalt der bei der Verbrennung erzeugten Abgase zu verringern. Die Kraftstoffversorgung erfolgt bei der Saugrohreinspritzung in einem Niederdruckkreis und bei der Direkteinspritzung in einem Hochdruckkreis. Es kommen dabei Kraftstoffversorgungssysteme mit und ohne Rücklauf sowie bedarfsgeregelte Systeme zum Einsatz. Gewöhnlich werden Systeme verwendet, bei denen pro Zylinder ein Ventil für die Direkteinspritzung und ein Ventil für die Saugrohreinspritzung verwendet werden. Aus Gründen der Vereinfachung und auch aus Gründen der Kostenersparnis existieren allerdings auch Konzepte mit einer kleineren Anzahl von Ventilen zur Saugrohreinspritzung als der Zylinderanzahl. Nun kommt es aufgrund unterschiedlicher Saugrohrgeometrien, Druckpulsation und/oder Toleranzen der Zylindereinlässe und/oder unterschiedlicher Gemischverteilungen in der Gemischbildungsstrecke der Saugrohreinspritzung und/oder aufgrund der Einbaulage der Ventile zur Saugrohreinspritzung, die nachfolgend auch kurz als Saugrohrinjektoren bezeichnet werden, und/oder aufgrund von unterschiedlichen Strahlbildern der Saugrohrinjektoren zu unterschiedlichen Befüllungen der Zylinder mit Kraftstoff aufgrund der Saugrohreinspritzung.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem jedem Zylinder ein erstes Einspritzventil für eine Direkteinspritzung zugeordnet ist und welches mindestens ein zweites, nicht zylinderindividuelles Einspritzventil für eine Saugrohreinspritzung aufweist, ermöglicht nun sehr vorteilhaft die Erkennung und Kompensation von zylinderindividuellen Füllungs- und/oder Gemischzusammensetzungsunterschieden bei Systemen, welche nicht zylinderindividuelle Saugrohreinspritzinjektoren aufweisen.
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Hierzu sieht das Verfahren vor, dass durch eine Veränderung der mittels der Direkteinspritzung eingespritzten Einspritzmenge system- und/oder motorbedingte zylinderindividuelle Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede ermittelt werden und hieraus motor- und zylinderindividuelle Korrekturen zur Kompensation von durch die Saugrohreinspritzung hervorgerufenen Mehr- oder Mindermengen ermittelt werden. Dies ermöglicht eine wesentliche Komforterhöhung, z.B. durch eine bessere Laufruhe, aber auch eine Verringerung der Abgasemission und eine Verringerung des Verbrauchs. Das wird durch eine Minimierung der zylinderindividuellen Gemischabweichung erreicht. Sehr vorteilhaft ist auch eine hierdurch ermöglichte Minderbelastung eines Abgasnachbehandlungssystems, z.B. eines 3-Wege-Katalysators aufgrund von weniger stark HC- und CObelastetem Rohabgas. Als Vorteil ist auch zu werten, dass die Anzahl der Ventile zur Saugrohreinspritzung, also der Saugrohrinjektoren, aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne nachteilige Folgen hinsichtlich der Abgasemissionen, der Leistung und des Komforts verringert werden kann.
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Vorteilhafterweise ist gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die Ermittlung der zylinderindividuellen Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede und die Bestimmung der motor- und zylinderindividuellen Korrekturen zur Kompensation von durch die Saugrohreinspritzung (PFI) hervorgerufenen Mehr- oder Mindermengen in wiederholten Durchläufen erfolgen, wobei bei jedem Durchlauf eine inkrementelle zylinderindividuelle Korrektur zur Kompensation von durch die Saugrohreinspritzung (PFI) hervorgerufenen Mehr- oder Mindermengen ermittelt wird. Diese wiederholten Durchläufe und die inkrementelle zylinderindividuelle Korrektur repräsentieren gewissermaßen ein Lernverfahren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die system- und/oder motorbedingten zylinderindividuellen Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede durch Erfassung von zylinderindividuellen Lambda- und/oder Drehzahlunterschieden bestimmt werden.
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Dabei ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die zylinderindividuellen Lambdaunterschiede mithilfe einer Einzelzylinderlambdaerfassung bestimmt werden. Durch eine solche, an sich bekannte Einzelzylinderlambdaerfassung wird durch eine oder mehrere Lambdasonden die zylinderindividuelle Gemischzusammensetzung in ausgewählten Betriebspunkten detektiert und dann zylinderindividuell korreliert.
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Weiter ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass die Erfassung der Drehzahlunterschiede durch einen an sich bekannten Laufruheregler erfolgt. Hierbei wird die zylinderindividuelle Kompression und Dekompression mittels eines Drehzahlsignals, das beispielsweise durch ein Geberrad gemessen wird, erfasst und über alle Zylinder ein normierter Mittelwert gebildet. Abweichungen nach oben und unten werden mittels einer Korrektur der zylinderindividuellen Einspritzmenge kompensiert.
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Die zylinderindividuellen, mengenmäßigen DI-Korrekturen ermöglichen eine präzise Einstellung des Lambdawerts Lambda = 1 und/oder die Realisierung einer optimalen Laufruhe. Abhängig vom Drehzahlverlauf und/oder vom zylinderindividuellen Lambda erfolgt eine inkrementelle zylinderindividuelle Korrektur bzw. Veränderung der direkt eingespritzten Einspritzmenge, die auch als DI-Menge bezeichnet wird, so lange, bis eine bestimmte Mehrmenge erreicht ist. Diese Korrektur erfolgt in wiederholten Durchläufen gewissermaßen in einem Lernprozess.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zylinderindividuelle DI-Korrektur und damit implizit auch die Kompensation der durch Saugrohreinspritzung hervorgerufenen Mehr- oder Mindermenge last- und drehzahlabhängig einer Vorsteuerung der zylinderindividuellen, mittels Direkteinspritzung eingespritzten Einspritzmenge zur Verfügung gestellt wird.
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Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zylinderindividuelle Korrektur der durch die Direkteinspritzung eingespritzten Einspritzmenge last- und drehzahlabhängig einer Vorsteuerung der zylinderindividuell mittels durch die Saugrohreinspritzung hervorgerufenen Einspritzmenge, die auch als PFI-Einspritzung bezeichnet wird, zur Verfügung gestellt wird.
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Bei einer wiederum anderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zylinderindividuelle Korrektur der durch die Direkteinspritzung eingespritzten Einspritzmenge last- und drehzahlabhängig wenigstens einer Vorsteuerung der zylinderindividuellen mittels der Direkteinspritzung (DI) und der durch die Saugrohreinspritzung (PFI) hervorgerufenen Einspritzmenge zur Verfügung gestellt wird, wobei eine Aufteilung von mittels der Direkteinspritzung (DI) eingespritzten Menge und mittels der durch Saugrohreinspritzung (PFI) hervorgerufenen Menge abhängig vom aktuellen Verhältnis der mittels Direkteinspritzung und Saugrohreinspritzung (PFI) hervorgerufenen Einspritzmengen erfolgt.
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Die zylinderindividuelle DI-Mengenkorrektur kann also sowohl der Vorsteuerung der DI-Einspritzung als auch der Vorsteuerung der PFI-Einspritzung als auch beiden Vorsteuerungen oder einer gemeinsamen Vorsteuerung sowohl der DIals auch PFI-Einspritzung zur Verfügung gestellt werden und berücksichtigt werden.
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Das Verfahren kann als Computerprogramm realisiert sein. Das Computerprogramm ist hierzu eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung dieses Verfahrens auf einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der durch Direkteinspritzung eingespritzten Einspritzmenge zylinderindividuelle Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede zu ermitteln und hieraus motor- und zylinderindividuelle Korrekturen zur Kompensation von durch eine Saugrohreinspritzung hervorgerufenen Mehr- oder Mindermengen zu ermitteln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt schematisch einen Teil eines Verbrennungsmotors, der mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann sowie das Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors.
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2 zeigt schematisch eine Saugrohreinspritzung in einen Zylinder des Verbrennungsmotors gemäß 1.
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3 zeigt schematisch eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors gemäß 1.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Ein Verbrennungsmotor 1, der als Ottomotor realisiert ist, weist mehrere Zylinder 10 auf, von denen nur einer in 1 schematisch dargestellt ist. In dem Zylinder 10 ist ein Kolben 11 angeordnet, der mit einer Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist. Der Zylinder 10 verfügt über wenigstens ein Einlassventil 13 und wenigstens ein Auslassventil 14. Das Einlassventil 13 verbindet den Innenraum des Zylinders 10 mit einem Saugrohr 15 und das Auslassventil 14 verbindet den Innenraum des Zylinders 10 mit einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors 1. Ein erstes Einspritzventil 16 für die Direkteinspritzung von Kraftstoff ist als Hochdruckeinspritzventil ausgeführt, das im Innenraum des Zylinders 10 endet. Ein zweites Einspritzventil 17 für die Saugrohreinspritzung von Kraftstoff ist im Saugrohr 15 angeordnet. Die beiden Einspritzventile 16, 17 werden von einem nachfolgend näher beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystem 2 mit Kraftstoff versorgt. Zur Bevorratung des Kraftstoffs 21 ist ein Kraftstofftank 20 vorgesehen. Über eine elektrische Kraftstoffpumpe 23 wird der Kraftstoff in eine Leitung 22 gepumpt. Die Kraftstoffpumpe 23 ist eine Niederdruckpumpe. Über eine Leitung 22a wird das zweite Einspritzventil 17 für die Saugrohreinspritzung mit Kraftstoff versorgt. Eine Leitung 22b führt zu einer Hochdruckpumpe 24, welche das erste Einspritzventil 16 für die Direkteinspritzung mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Für diesen Hochdruckkreis dient die Niederdruckpumpe 23 als Kraftstoffvorförderpumpe.
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Ein elektronisches Steuergerät 3 steuert den Verbrennungsmotor 1 und das Kraftstoffeinspritzsystem 2.
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Im vorliegenden Falle ist vorgesehen, dass jedem Zylinder 10 des Verbrennungsmotors 1 ein erstes Einspritzventil 16 zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Innenraum des Zylinders 10 zugeordnet ist, wohingegen das zweite Einspritzventil 17 nicht zylinderindividuell angeordnet ist, also nicht jedem Zylinder 10 ein Ventil 17 für die Saugrohreinspritzung zugeordnet ist. Vielmehr ist das Einspritzventil 17 jeweils mehreren oder allen Zylindern 10 zugeordnet, d.h. die Anzahl der Einspritzventile 17 für die Saugrohreinspritzung von Kraftstoff ist kleiner als die Anzahl der Zylinder 10.
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Bei der in 2 dargestellten Saugrohreinspritzung wird Kraftstoff 21 mittels des zweiten Einspritzventils 17 durch das Saugrohr 15 und das Einlassventil 13 in den Innenraum des Zylinders 10 eingespritzt. Bei einer Direkteinspritzung, die in 3 dargestellt ist, wird der Kraftstoff mittels des ersten Einspritzventils 16 direkt in den Innenraum des Zylinders eingespritzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, durch eine Veränderung der mittels der Direkteinspritzung (DI) eingespritzten Einspritzmenge system- und/oder motorbedingte zylinderindividuelle Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede zu ermitteln und hieraus motor- und zylinderindividuelle Korrekturen zur Kompensation der durch die Saugrohreinspritzung (PFI) hervorgerufenen Mehr- oder Mindermengen zu ermitteln. Dies erfolgt dadurch, dass system- und/oder motorbedingte zylinderindividuelle Füllungs- und/oder Gemischverteilungsunterschiede durch eine Erfassung von zylinderindividuellen Lambda- und/oder Drehzahlunterschieden bestimmt werden.
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Die zylinderindividuellen Lambdaunterschiede werden dabei beispielsweise mithilfe einer sogenannten Einzelzylinderlambdaerfassung bestimmt. Durch diese Einzelzylinderlambdaerfassung wird mittels einer oder mehreren Lambdasonden die zylinderindividuelle Gemischzusammensetzung an ausgewählten Betriebspunkten detektiert und kann zylinderindividuell korrigiert werden.
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Die Drehzahlunterschiede werden zum Beispiel mithilfe eines Laufruhereglers erfasst. Hierbei werden eine zylinderindividuelle Kompression und Dekompression mittels des Drehzahlsignals gemessen und es wird über alle Zylinder ein normierter Mittelwert gebildet. Abweichungen nach oben und unten können mittels einer Korrektur der zylinderindividuellen Einspritzmenge korrigiert werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden abhängig von der Mengenaufteilung zwischen Direkteinspritzung und Saugrohreinspritzung durch zylinderindividuelle mengenmäßige Veränderung der direkt eingespritzten Einspritzmenge die systembedingten/motorbedingten zylinderindividuellen Füllungs- und Gemischverteilungsunterschiede ermittelt. Dies geschieht durch den vorstehend beschriebenen Laufruheregler und/oder durch die vorstehend beschriebene Einzelzylinderlambdaerfassung. Diese motorindividuellen und zylinderindividuellen Korrekturen, nachfolgend kurz DI-Korrekturen, werden im Motorsteuergerät hinterlegt und in geeigneten Zeitabständen überprüft und angepasst, um Laufzeit- und Alterungseinflüsse abbilden und ausgleichen zu können.
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Durch diese zylinderindividuellen, mengenmäßigen DI-Korrekturen, das heißt Veränderungen der direkt einzuspritzenden Einspritzmenge, wird für eine exakte Einstellung des Lambdawerts Lambda = 1 und/oder für eine optimale Laufruhe gesorgt. So wird/werden beispielsweise bei zu geringer zylinderindividueller Einspritzmenge ein zu geringer Drehzahlverlauf und/oder ein zu mageres zylinderindividuelles Lambda bestimmt, was zu einer inkrementellen zylinderindividuellen Korrektur bzw. Veränderung der direkt eingespritzten Einspritzmenge (im Folgenden kurz DI-Menge) hin zu einer bestimmten Mehrmenge führt. Durch diese inkrementelle zylinderindividuelle Korrektur kann gewissermaßen von einem Lernverfahren gesprochen werden.
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Die zylinderindividuelle DI-Korrektur und damit implizit die Kompensation der durch Saugrohreinspritzung hervorgerufenen Mehr- oder Mindermenge (PFI-Mehr- bzw. Mindermenge) wird last- und drehzahlabhängig wie vorstehend beschrieben gelernt und kann auf nachfolgend beschriebene Weise in eine Vorsteuerung der PFI- und/oder DI-Mengenberechnung einbezogen werden.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird diese zylinderindividuell gelernte DI-Korrektur im weiteren Betrieb last- und drehzahlabhängig in die Vorsteuerung der zylinderindividuellen DI-Menge einbezogen.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, diese zylinderindividuell gelernte DI-Mengenkorrektur im weiteren Betrieb last- und drehzahlabhängig in die Vorsteuerung der zylinderindividuellen PFI-Menge einzubeziehen.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel wird die zylinderindividuell gelernte DI-Mengenkorrektur im weiteren Betrieb last- und drehzahlabhängig in die Vorsteuerung der zylinderindividuellen PFI- und DI-Menge einbezogen, es erfolgt eine Korrekturmengenaufteilung PFI-DI entsprechend dem aktuellen PFI-DI Split, das heißt dem PFI-DI-Verhältnis.
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Das Verfahren ermöglicht es, auf eine zylinderindividuelle Kraftstoffzuteilung zur Saugrohreinspritzung verzichten zu können. Vielmehr ist auch mithilfe einer sogenannten Monoeinspritzung, also nur einem Ventil zur Saugrohreinspritzung oder bei einem Ventil zur Saugrohreinspritzung für zwei Zylinder und dergleichen, eine präzise zylinderindividuelle Korrektur durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich.
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Das Verfahren kann als Computerprogramm implementiert werden und als Computerprogramm in dem Steuergerät 3 des Fahrzeugs hinterlegt werden. Dieses Steuergerät beinhaltet auch die oben erwähnte Vorsteuerung.
