DE102016203187A1

DE102016203187A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102016203187A1
Application number: DE102016203187.2A
Authority: DE
Inventors: Anja Blau; Rene Passon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-08-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer dualen, saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung sowie einer direkten Kraftstoffzumessung und mit einer Tankentlüftung, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass ein durch die Tankentlüftung bewirkter Kraftstoffanteil bestimmt wird (405) und dass die bei der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und bei der direkten Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Kraftstoffaufteilung erfolgt (450), bei welcher der durch die Tankentlüftung bewirkte Kraftstoffanteil berücksichtigt wird (435).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffzumessung, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Bei einer hier betroffenen dualen Kraftstoffzumessung werden eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung bei der Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine gekoppelt und können sowohl jeweils einzeln als auch parallel betrieben werden. Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem bzw. eine entsprechende Brennkraftmaschine wird auch als sogenanntes „Dualsystem“ bezeichnet, in dessen Mischbetrieb Kraftstoff zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine parallel mittels einer Saugrohreinspritzung (SRE) und mittels einer Brennstoff- bzw. Kraftstoffdirekteinspritzung (BDE) gemäß einem wählbaren Aufteilungsmaß zuführbar ist. Weiterhin kann aber auch jeder Kraftstoffpfad einzeln betrieben werden. Dabei gibt das Aufteilungsmaß eine Aufteilung des Kraftstoffs in eine Kraftstoffmenge, die zum Zylinder mittels der Saugrohreinspritzung zuführbar ist, und in eine weitere Kraftstoffmenge an, die zum Zylinder mittels der Kraftstoffdirekteinspritzung zuführbar ist. In einem Dualsystem können je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und gewähltem Aufteilungsmaß zeitweise nur Injektoren des einen oder des anderen Kraftstoffpfades aktiv sein oder in einem genannten Mischbetrieb gleichzeitig aktiv sein.
Beispielsweise ist in DE 10 2010 039 434 A1 beschrieben, dass das Aufteilungsmaß einer Brennkraftmaschine in einem genannten Mischbetrieb unter Berücksichtigung eines Betriebspunktes, z.B. einer Last und/oder einer Drehzahl, bestimmt wird. So erlaubt ein solcher Mischbetrieb mit jeweils einem gezielt umgesetzten Aufteilungsmaß, einen für unterschiedliche Betriebsbedingungen optimalen Betrieb der jeweiligen Brennkraftmaschine zu bewerkstelligen. Dadurch werden insbesondere von jeweiligen Leistungsanforderungen seitens eines Fahrers unabhängige Kraftstoffeinsparungen sowie geringere Emissionen ermöglicht.
Darüber hinaus wird vom Gesetzgeber eine Tankentlüftung gefordert, da durch Druck- und Temperaturschwankungen im Tank befindlicher Kraftstoff verdampft, was bei einem abgeschlossenen Tanksystem wiederum zu erheblichen Über- und Unterdrücken im Tank führen würde, wodurch der Tank und insbesondere Funktionskomponenten eines genannten SRE- oder BDE-Kraftstoffpfads beschädigt werden können. Daher wird bei einer Tankentlüftung bekanntermaßen eine Verbindung des Tankinneren mit der Umgebung bereitgestellt, wobei zur Vermeidung des Gelangens von Kraftstoffdampf in die Umgebung diese Dämpfe über einen Aktivkohlefilter (AKF) gepuffert werden. Zusätzlich wird ein Regenerierprozess für den AKF bereitgestellt, um zu verhindern, dass es zum Durchbrechen von Kraftstoffdampf aus dem AKF in die Umgebung kommen kann. Bei dem Regenerierprozess wird der AKF bekanntermaßen mit Luft gespült und der dadurch aus dem AKF herausgelöste Kraftstoff bzw. Kraftstoffdampf gezielt der Verbrennung zugeführt.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines hier betroffenen Dualsystems bereitzustellen, mit denen der Ablauf einer genannten Tankentlüftung so gesteuert bzw. ein entsprechendes Tankentlüftungsventil (TEV) so angesteuert werden kann, dass eine aufgrund einer Tankentlüftung und/oder aufgrund einer genannten Regenerierung eines Aktivkohlefilters (AKF) (bzw. der dabei freigesetzten zusätzlichen Kraftstoffmenge) erforderliche Korrektur der Luftfüllung und/oder der Kraftstoffmenge bei der Kraftstoffzumessung über die genannten beiden Kraftstoffpfade (SRE und BDE) möglichst genau durchgeführt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Steuerung einer eine Tankentlüftung aufweisenden Brennkraftmaschine mit dualer Kraftstoffzumessung werden der Kraftstoffanteil der durch die Tankentlüftung bzw. die Regenerierung freigesetzten Kraftstoffmenge auf der Grundlage einer bevorzugt von einer Vorsteuerung bereitgestellten Gemischabweichung bzw. einer entsprechenden Abweichung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses (Luftzahl „Lambda“) bestimmt bzw. berechnet.
Bekanntermaßen wird zum Einstellen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses bei hier betroffenen Brennkraftmaschinen eine genannte Vorsteuerung des Kraftstoffs zusätzlich mit einer Regelung kombiniert, wobei aus dem Verhalten einer jeweiligen Regelstellgröße weitere Korrekturgrößen abgeleitet werden, um Fehlanpassungen der Vorsteuerung an veränderte Betriebsbedingungen zu kompensieren. Diese Kompensation wird auch als Gemischadaption (im folgenden kurz „Adaption“) bezeichnet.
Eine genannte Gemischabweichung tritt nun insbesondere während nicht-stationärer Betriebszustände bzw. nicht-stationärer Betriebsübergänge auf, und zwar wenn der Fahrer eines jeweiligen Kraftfahrzeugs durch entsprechende Bedienung eines Gaspedals eine besonders große Motorleistung anfordert oder das Kraftfahrzeug in eine besonders starke Fahrbahnsteigung hineinfährt. Ähnliche Betriebsbedingungen können sich auch im Betrieb mit einem Anhänger oder aufgrund eines sich ändernden Außenluftdrucks, z.B. beim Fahren in großen geografischen Höhen, ergeben.
Die Ansteuerung des TEV dient insbesondere zur eingangs genannten, zeitweiligen Regeneration des AKF, wobei die jeweilige Füllungsrate des AKF mit eingangs genannter Spülluft von Bedeutung ist. Die genannten Adaptionswerte aus der Tankentlüftung und dem AKF werden, wie zuvor beschrieben, ermittelt und anhand der so ermittelten Adaptionswerte die Einspritzmenge bzw. -masse und/oder die Einspritzzeitpunkte entsprechend korrigiert. Diese Korrekturen werden zudem in Abhängigkeit von einem jeweils vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und/oder von einer jeweils gewählten bzw. geforderten Kraftstoffmengenaufteilung des Dualsystems durchgeführt.
Gemäß einem ersten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden genannte Adaptionswerte zur Ansteuerung des TEV und/oder des AKF als anzusteuernder Aktuator in einem Antriebsstrang für ein hier betroffenes Dualsystem vorgesehen, wobei die entsprechenden Adaptionswerte kraftstoffpfad-spezifisch bei den beiden Kraftstoff(zumess)pfaden (SRE- und BDE-Pfad) hinzugerechnet werden bzw. in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Mengenaufteilung der dualen Kraftstoffzumessung entsprechend geeignete bzw. korrekte Adaptionswerte bestimmt bzw. berechnet werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Rechenmittel vorgesehen, mittels derer unter Berücksichtigung des jeweiligen aktiven Kraftstoffpfads eine korrekte kraftstoffpfad-spezifische Berechnung bzw. Korrektur der Adaptionswerte durchführbar ist.
Die erfindungsgemäße Steuerung einer Tankentlüftung in einem hier betroffenen Dualsystem ermöglicht es, die Tankentlüftung auch in dynamischen Betriebssituationen bei einem möglichst geringen, zusätzlichen Kraftstoffverbrauch zu betreiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung kann zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit einer genannten Korrektur vorgesehen sein, dass bei der Bestimmung des durch die Tankentlüftung bewirkten Kraftstoffanteils äußere Bedingungen, die das Luft-/Kraftstoffverhältnis beeinflussen, berücksichtigt werden.
Ferner kann die Genauigkeit einer genannten Korrektur bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch verbessert werden, dass ein geeigneter Adaptionswert mittels eines Lernverfahrens bestimmt wird, bei dem die Lerngeschwindigkeit an vorgebbare Zustandsgrößen bei der Kraftstoffzumessung angepasst wird.
Im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft werden, ob die saugrohrbasierte oder die direkte Kraftstoffzumessung (bzw. welcher der genannten Kraftstoffpfade) momentan aktiv ist und wieviel Kraftstoff über die jeweils aktive Kraftstoffzumessung erfolgt, und dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Prüfung eine für die jeweils aktive Kraftstoffzumessung individuelle Lerngeschwindigkeit bestimmt wird. Dadurch lässt sich die Lerngeschwindigkeit optimal an einen vorliegenden Betriebszustand bei der Kraftstoffzumessung anpassen.
Die Berechnung der Kraftstoffaufteilung beruht bevorzugt auf einer Veränderung von zeitlichen Bezugsmarken der festzulegenden Kraftstoffzumesszeitpunkte, wodurch eine gezielte Zeitsteuerung für einen Zylinder der Brennkraftmaschine mit variablem Aufteilungsfaktor ermöglicht wird. Eine solche Bezugsmarke bezieht sich auf den Zündzeitpunkt eines einzelnen Zylinders während eines vollständigen, bei einem Ottomotor z.B. viertaktigen Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine.
Die Erfindung kann insbesondere in einem hier betroffenen dualen Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommen. Darüber hinaus ist auch eine Anwendung bei im industriellen Bereich, z.B. in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzten Brennkraftmaschinen mit einer solchen dualen Kraftstoffeinspritzung möglich.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene duale Kraftstoffzumessung bei einer eine Tankentlüftung aufweisenden Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer dualen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine in einem eine genannte Tankentlüftung aufweisenden Kraftfahrzeug, gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Saugrohreinspritzung, gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf von Kraftstoffeinspritzungen bei einer Kraftstoff-Direkteinspritzung, gemäß dem Stand der Technik.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine weist vier Zylinder 11 auf, die von einem Zylinderkopf 12 abgedeckt sind. Der Zylinderkopf 12 begrenzt in jedem Zylinder 11 zusammen mit einem hier nicht dargestellten, im Zylinder 11 geführten Hubkolben einen Brennraum 13, der eine von einem Einlassventil 14 gesteuerte Einlassöffnung 15 aufweist. Die Einlassöffnung 15 bildet die Mündung eines den Zylinderkopf 12 durchdringenden Einlasskanals 16.
Die gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst einen Luftströmungsweg 18 zum Zuführen von Verbrennungsluft zu den Brennräumen 13 der Zylinder 11, der endseitig voneinander getrennte, zu den einzelnen Einlasskanälen 16 führende Strömungskanäle 17 aufweist. Zudem sind eine erste Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 19, die Kraftstoff direkt in jeweils einen Brennraum 13 der Zylinder 11 einspritzen, sowie eine zweite Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 20, die Kraftstoff in die Strömungskanäle 17 einspritzen, angeordnet.
Die erste Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 19, welche direkt in die Zylinder 11 einspritzen, wird von einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 21 versorgt, während die zweite Gruppe der Kraftstoffeinspritzventile 20, welche in die Strömungskanäle 17 einspritzen, von einer Kraftstoff-Niederdruckpumpe 22 versorgt werden. Eine üblicherweise in einem Kraftstofftank 23 angeordnete Kraftstoff-Niederdruckpumpe fördert dabei Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 23 einerseits zu der zweiten Gruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 20 und andererseits zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 21. Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer der Kraftstoffeinspritzventile 19, 20 werden von einer in einem Motorsteuergerät integrierten elektronischen Steuereinheit, in Abhängigkeit von Betriebspunkten der Brennkraftmaschine gesteuert, wobei im Wesentlichen die Kraftstoffeinspritzung über die Kraftstoffeinspritzventile 19 der ersten Gruppe erfolgt und die Kraftstoffeinspritzventile 20 der zweiten Gruppe nur ergänzend eingesetzt werden, um Unzulänglichkeiten der Kraftstoffdirekteinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzventile 19 der ersten Gruppe in bestimmten Betriebsbereichen zu verbessern und um zusätzliche Freiheitsgrade bzw. Einspritzstrategien zu nutzen.
Die Kraftstoffeinspritzventile 20 der zweiten Gruppe sind als Mehrstrahl-Einspritzventile ausgebildet, die mindestens zwei getrennte, zueinander winkelversetzte Kraftstoffstrahlen gleichzeitig ab- bzw. einspritzen und im Luftströmungsweg 18 so angeordnet sind, dass die eingespritzten Kraftstoffstrahlen 24, 25, die üblicherweise die Form eines Spraykegels aufweisen, in verschiedene Strömungskanäle gelangen. Bei dieser Brennkraftmaschine sind zwei Zweistrahl-Einspritzventile 26, 27 vorgesehen, die im Luftströmungsweg 18 so platziert sind, dass das eine Zweistrahl-Einspritzventil 26 in die zum ersten und zweiten Zylinder 11 führenden Strömungskanäle 17 und das zweite Zweistrahl-Einspritzventil 27 in die zu dem dritten und vierten Zylinder 11 führenden Strömungskanäle 17 einspritzen. Hierzu sind die Strömungskanäle 17 so gestaltet, dass zwischen zwei direkt benachbarten Strömungskanälen 17 ein Einbaupunkt für das Zweistrahl-Einspritzventil 26 bzw. 27 vorhanden ist.
Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine bzw. ein die Brennkraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug umfasst einen mit dem Kraftstofftank 23 über eine Tankanschlussleitung 30 verbundenen Aktivkohlefilter 32. Der Luftströmungsweg 18 (auch als „Saugrohr“ bezeichnet) ist ebenfalls über den Aktivkohlefilter 32 und über eine Ansaugleitung 34 sowie über ein Tankentlüftungsventil (TEV) 36 mit dem Kraftstofftank 23 verbunden.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine oder beim Betanken des Kraftstofftanks 23 bilden sich im Tank flüchtige Kohlenwasserstoffdämpfe, die über die Tankanschlussleitung 30 in den Aktivkohlefilter 32 gelangen und in diesem in bekannter Weise reversibel gebunden werden.
Bei von einer Steuereinheit 38 über eine erste elektrische Steuerleitung 42 zeitweilig öffnend angesteuertem TEV 36 und entsprechend über ein hier nicht gezeigtes Umschaltventil wird nun Frischluft 40 aus der Umgebung durch den Aktivkohlefilter 32 hindurch angesaugt, wobei darin etwa gespeicherter Kraftstoff an die eingesaugte Luft abgegeben wird und der Aktivkohlefilter 32 sich im Ergebnis regeneriert.
Es ist auch bekannt, dass bei einer genannten Kraftstoff-Saugrohreinspritzung einer hier betroffenen Brennkraftmaschine das Luft-Kraftstoff-Gemisch außerhalb des Brennraums im Saugrohr entsteht. Das jeweilige Einspritzventil spritzt den Kraftstoff dabei vor ein Einlassventil, wobei das Gemisch im Ansaugtakt durch das geöffnete Einlassventil in den Verbrennungsraum strömt. Die Kraftstoffversorgung erfolgt mittels eines Kraftstofffördermoduls, welches die benötigte Kraftstoffmenge mit definiertem Druck vom Tank zu den Einspritzventilen fördert. Eine Luftsteuerung sorgt dafür, dass der Brennkraftmaschine in jedem Betriebspunkt die richtige Luftmasse zur Verfügung steht. Die an einem Kraftstoffzuteiler angeordneten Einspritzventile dosieren die gewünschte Kraftstoffmenge präzise in den Luftstrom. Das genannte Motorsteuergerät regelt auf der Grundlage des Drehmoments als zentrale Bezugsgröße das jeweils benötigte Luft-Kraftstoff-Gemisch ein. Eine wirksame Abgasreinigung wird mit einer Lambda-Regelung erreicht, mittels der immer ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) eingeregelt wird.
Demgegenüber wird bei einer Kraftstoff-Direkteinspritzung das Luft-Kraftstoff-Gemisch direkt im Brennraum gebildet. Über ein genanntes Einlassventil strömt dabei Frischluft ein, wobei in diesen Luftstrom mit hohem Druck (bis zu 200 bar) der Kraftstoff eingespritzt wird. Dies ermöglicht eine optimale Verwirbelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches sowie eine verbesserte Kühlung des Brennraums.
Es ist ferner bekannt, dass bei einer viertaktigen Brennkraftmaschine (Ottomotor) das Arbeitsspiel die Vorgänge Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen umfasst, wobei sich jeder Zylinder zweimal auf und abwärts bewegt und dabei in zwei oberen Totpunkten (OT) und zwei unteren Totpunkten (UT) zum Stillstand kommt. Die Kurbelwelle führt also bei einem Arbeitsspiel zwei Umdrehungen aus, die Nockenwelle eine Umdrehung. Die Zündung des in einen Zylinder verbrachten Gas-Brennstoff-Gemisches erfolgt bei einem oberen Totpunkt, in dem das Gemisch gerade verdichtet ist. Hier spricht man vom Zünd-OT (ZOT). Demgegenüber gibt es noch einen Überschneidungs-OT (ÜOT), bei dem beim Übergang vom Ausstoßen zum Ansaugen sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile geöffnet sind.
Demgemäß wird unmittelbar nach dem Starten zumindest in einem Zylinder eine Zündung bei allen oberen Totpunkten (OT) durchgeführt, wobei bei bestimmten oberen Totpunkten, insbesondere bei jedem zweiten OT, bei Kurbelwellenwinkeln von 720° jeweils eine Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt. Je nachdem, ob bei dem oberen Totpunkt (OT), bei dem die Zündzeitpunktverschiebung durchgeführt wird, oder aber beim einem um 360 verschobenen Kurbelwellenwinkel, das Luft-Kraftstoff-Gemisch tatsächlich gezündet wird, ist eine Minderung der im jeweiligen Zylinder erfolgten physikalischen Arbeit festzustellen.
In 2 sind y-Richtung bei verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgende Saugrohreinspritzungen über dem in der Einheit [Grad] gemessenen Kurbelwellenwinkel (KW) dargestellt. Der gemäß dem Ottomotorprinzip viertaktige Verbrennungszyklus umfasst bekanntermaßen Kurbelwellenwinkel zwischen einem ersten unteren Totpunkt (UT1), einem ersten oberen Totpunkt (OT), einem weiteren unteren Totpunkt (UT2) sowie einem weiteren oberen Totpunkt (ZOT), bei dem das in der Brennkammer vorliegende Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird.
Die genannten zeitlichen Bezugsmarken werden für die beiden Einspritzpfade sehr unterschiedlich vorgegeben. So wird bei einer Saugrohreinspritzung (SRE), wie in 2 schematisch dargestellt, bei nur beispielhaft vier verschiedenen Drehzahlen n = 1000, 2000, 4000 und 7000 U/min erfolgenden Einspritzungen 200 ein vor dem Ende 210 des Einspritzzyklus‘ 225 vorzusehender, konstanter zeitlicher Verzögerungsanteil 205 berücksichtigt, da die Einspritzventile bei einer SRE außerhalb der jeweiligen Brennkammer der Brennkraftmaschine angeordnet sind und der Kraftstoff daher vom Einspritzort erst in die Brennkammer gelangen muss. Dieser zusätzliche Zeitbedarf ändert sich, wie in 2 zu ersehen, nicht bei sich ändernder bzw. steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine. Daher werden die Einspritzungen entsprechend früher angesteuert, z.B. bei 7000 U/min sogar noch vor dem zeitlich hinter der im vorausgehenden ZOT 220 erfolgenden Zündung liegenden UT1, damit bei allen Drehzahlen der konstante Zeitbedarf 205 bereitgestellt wird. Das gesamte zeitliche Einspritzfenster für den gezeigten Einspritzzyklus entspricht, wie bereits erwähnt, der eingezeichneten Klammer 225. Der auf den vorausgehenden ZOT 220 nachfolgende nächste ZOT ist mit 215 bezeichnet.
Demgegenüber werden bei einer Benzindirekteinspritzung (BDE) bei den jeweiligen Einspritzungen 300 als Bezugsmarken (konkrete) Winkelmarken empirisch vorgegeben, wie in 3 schematisch dargestellt ist. D.h. im Gegensatz zur SRE werden bei der BDE keine konstanten Zeitanteile berücksichtigt, wie sich z.B. aus dem Verlauf 305 der jeweiligen Einspritzenden ersehen lässt. Daher können hier die Einspritzungen näher am Zündereignis des ZOT 315 erfolgen und werden daher entsprechend zu späteren Zeitpunkten berechnet. In dem vorliegenden Beispiel folgt auf das Ende 310 des hier gezeigten Einspritzzyklus‘ 325 eine Zündung am nachfolgenden ZOT 315. Der diesem ZOT 315 vorausgehende Zündzeitpunkt erfolgt an einem vorausgehenden ZOT 320.
In einem eingangs genannten Dualsystem werden die beschriebenen beiden Anteile bekanntermaßen in Form von Systemen bzw. Systemkomponenten kombiniert. Dabei ist insbesondere eine korrekte Aufteilung der zur Verfügung stehenden bzw. zuzumessenden gesamten Kraftstoffmasse erforderlich. Die Gesamtkraftstoffmasse KM_ges für einen Zylinder setzt sich wie folgt zusammen: KM_ges = KM_SRE + KM_BDE, wobei KM_SRE die relative Kraftstoffmasse des SRE-Pfades und KM_BDE die relative Kraftstoffmasse des BDE-Pfades bezeichnen. Ein entsprechender Prozessablauf zur Berechnung bzw. Aufteilung der bei einer Einspritzung in einem Kraftfahrzeug mit einem solchen Dualsystem und einer beschriebenen Tankentlüftung erforderlichen Kraftstoffmasse wird nachfolgend anhand eines in 4 gezeigten Ablaufdiagramms beschrieben.
Bei der in 4 gezeigten Routine wird in einem ersten Schritt 400 eine Ansteuerung des TEV und eine auf der Grundlage entsprechender Ansteuerdaten erfolgende Berechnung 405 des Kraftstoffanteils aus der Tankentlüftung durchgeführt. Bei der Berechnung 405 wird ein von einer Vorsteuerung 415 gelieferter Lambdawert 410 berücksichtigt. Der gelieferte bzw. gemessene Lambdawert 410 zeigt in an sich bekannter Weise an, ob mit Lambda > 1 ein mageres Gemisch oder mit Lambda < 1 ein fettes Gemisch vorliegt. Ein mageres Gemisch mit einem Überschuss an Luft, bei dem somit insgesamt zu wenig Kraftstoff eingespritzt wurde, wird bei dem in 4 gezeigten Verfahrensablauf zunächst angenommen.
In Schritt 495 erfolgt die Berechnung einer erforderlichen Korrektur der gesamten Kraftstoffmasse KM_ges. Die so berechnete 495, für eine jeweilige Einspritzung in einem hier betroffenen Dualsystem vorgesehene Kraftstoffmasse KM_ges wird in Abhängigkeit von einem vorliegenden Betriebspunkt 500 der Brennkraftmaschine und mittels eines durch die Tankentlüftung erforderlichen, in Schritt 430 berechneten Adaptionswertes der Kraftstoffmasse korrigiert. Diese Korrektur erfolgt bevorzugt anhand eines, wie nach folgend beschrieben, gefilterten 440 Adaptionswertes.
Bei der Berechnung 430 des Adaptionswertes für die Tankentlüftung bzw. bei der zuvor durchgeführten Berechnung 405 des zusätzlichen Kraftstoffanteils aus der Tankentlüftung können auch äußere Bedingungen 425, die das Luft-/Kraftstoff-Gemisch („Lambda“) ebenfalls beeinflussen bzw. verändern, berücksichtigt werden. In Betracht kommen dabei z.B. der Umgebungsluftdruck p_außen und/oder die Außentemperatur T_außen, und/oder die Fahrbedingungen 420, z.B. der Gradient des vom Fahrer angeforderten Drehmoments.
Die genannte Filterung 440 des Adaptionswertes dient dazu, bei einer erforderlichen Aufrechnung der durch die Tankentlüftung zusätzlich eingebrachten Kraftstoffmenge auf die für die Einspritzung vorgesehene, gesamte Kraftstoffmasse, ein Übersteuern des Gemisch-Wertes in die jeweils andere Richtung wirksam zu verhindern, da z.B. nicht vorhergesagt werden kann, wie steil und wie lang die Steigung einer momentan mit dem Kraftfahrzeug zurückgelegten Fahrstrecke ist.
Die Genauigkeit bei der Bestimmung bzw. Berechnung 430 des gefilterten 440 Adaptionswertes kann durch ein nachfolgend beschriebenes, regelungsbasiertes Lernverfahren 460 erheblich verbessert werden. Aus dem berechneten 430 Adaptionswert für die gesamte Kraftstoffmasse KM_ges wird zuvor noch ein individueller Adaptionswert für die beiden Kraftstoffpfade bestimmt 435, wobei ein über den Datenpfad 455 bereitgestellter, momentaner Aufteilungsfaktor 450 zugrunde gelegt wird. Bei dem Lernverfahren 460 wird die Lerngeschwindigkeit dieser regelungsbasierten Adaption bevorzugt an vorgebbare Zustandsgrößen angepasst. So haben z.B. der gesamte Kraftstoffmassenstrom bzw. der in einem Dualsystem mögliche SRE- oder BDE-spezifische Massenstrom des jeweils aktiven Kraftstoffpfades, sowie der spezifische Kraftstoffanteil aus der Tankentlüftung, einen erheblichen Einfluss auf die mögliche Lerngeschwindigkeit. So kann bei einem größeren Kraftstoffmassenstrom auch eine höhere Lerngeschwindigkeit und damit eine schnellere Adaption ermöglicht bzw. zugelassen werden.
Die Menge bzw. der Durchsatz des genannten Kraftstoffmassenstroms wird anhand von für die beiden Kraftstoffpfade individuellen Zählern 475, 480 verarbeitet, welche die jeweilige aufsummierte bzw. aufintegrierte Durchsatzmenge der Injektoren des jeweiligen Kraftstoffpfades (SRE- oder BDE-Pfad) angeben. Anhand eines jeweiligen Statusbits 485, 490 wird zudem festgestellt, ob der jeweilige Kraftstoffpfad auch momentan aktiv ist.
Anhand des Zählers und des Statusbits wird nun im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine geprüft, ob der Kraftstoffpfad aktiv ist und welcher Kraftstoffdurchsatz über diesen Kraftstoffpfad erfolgt. Daraus lässt sich eine kraftstoffpfadspezifische Kraftstoffmasse ermitteln 470 und daraus wiederum eine für den jeweiligen Kraftstoffpfad individuelle Lerngeschwindigkeit für die genannte Adaption ableiten 465. Die für die beiden Kraftstoffpfade jeweils individuellen Zähler 475, 480 werden bei jedem Beenden eines Fahrzyklus‘ bevorzugt gelöscht bzw. auf den Wert Null zurückgesetzt, damit die in einem Fahrzyklus sich ergebende, integrale Durchsatzmenge auch korrekt ermittelt werden kann.
Für die beiden Kraftstoffpfade (SRE und BDE) erfolgt demnach eine Auftrennung der Lerngeschwindigkeit sowie die Einrichtung eigener Speicherarrays zur Speicherung 445 der jeweiligen Adaptionswerte und/oder der jeweiligen Lerngeschwindigkeit, damit die Einrechnung der zusätzlichen Kraftstoffmenge aufgrund der Tankentlüftung für die beiden Pfade unterschiedlich und für jeden Pfad optimal erfolgen kann und zudem ermöglicht wird, die Besonderheiten der jeweiligen Injektoren bei der Kraftstoffzumessung zu berücksichtigen.
Darüber hinaus kann für jeden der beiden Kraftstoffpfade zusätzlich individuell geprüft werden 510, ob die aufgrund des genannten, momentanen Aufteilungsfaktors 450 in dem jeweiligen Pfad umgesetzte, berechnete 505 Kraftstoffmasse (bzw. Kraftstoffrate) einen z.B. aus Voruntersuchungen empirisch vorgebbaren, unteren Schwellenwert unterschreitet. Denn bei einem hier betroffenen Dualsystem kann eine Änderung des Aufteilungsfaktors der insgesamt zugemessenen Kraftstoffmasse auf die beiden Pfade eine zumindest kurzfristige, unerwünschte Gemischabweichung verursachen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird wieder an den Anfang der Routine zurückgesprungen 515. Ist die Bedingung jedoch erfüllt, dann wird der Aufteilungsfaktor so verändert 520, dass der unerwünschten Gemischabweichung entgegengewirkt wird. Damit in diesem Fall auch verhindert wird, dass dadurch nicht korrekte Adaptionswerte erlernt werden, wird die Lerngeschwindigkeit zusätzlich an den aktuellen Gradienten des Aufteilungsfaktors und an die Richtung der aktuellen Änderung des Aufteilungsfaktors angepasst 465.
Wird z.B. angenommen, dass ein momentan über eine reine SRE-Zumessung korrekt erzeugtes Motormoment vorliegt, wobei keine Gemischabweichung erfolgt, ist ein aktuell vorliegender Adaptionswert auch als korrekt anzusehen. Wird jedoch über eine reine BDE-Zumessung oder über einen SRE-/BDE-Mischbetrieb ein nicht korrektes Motormoment erzeugt, wobei eine Gemischabweichung vorliegt, ist ein für den BDE- oder den genannten Mischbetrieb vorliegender Adaptionswert als nicht korrekt anzusehen. Es ist nun Ziel des hierin beschriebenen Prozessablaufs bzw. eines entsprechenden Steueralgorithmus‘, in dem zweiten Fall den Aufteilungsfaktor 450 möglichst schnell in Richtung erhöhter SRE-Zumessung zu verschieben, um wieder eine korrekte Kraftstoffzumessung bzw. Gemischadaption vorliegen zu haben.
Die Berücksichtigung der aus den Adaptionswerten der Tankentlüftung ermittelten zusätzlichen Kraftstoffmasse bei einer Kraftstoffzumessung erfolgt anhand einer oben beschriebenen Kraftstoffmassenberechnung 495. Da bei der Berechnung der Kraftstoffmasse der Aufteilungsfaktor pfadspezifisch angepasst werden muss, werden die Adaptionswerte bevorzugt im Vorfeld ermittelt und dann entsprechend dem individuellen Kraftstoffdurchsatz des jeweiligen Injektors berücksichtigt.
Beim Betrieb eines hier betroffenen Dualsystems einer Brennkraftmaschine mit Tankentlüftung kann zusätzlich berücksichtigt werden, dass es aufgrund von möglichem Unter-/Überdruck des zusätzlichen Kraftstoffs bzw. Kraftstoffdampfs aus der Tankentlüftung zu Druckschwankungen im Einspritzsystem kommen kann, die unter Umständen zu Druckspitzen führen können, aufgrund derer die über den die über den BDE-Kraftstoffpfad eingespritzte Kraftstoffmenge verfälscht wird und es dadurch zu einer ungewollten Mehr- oder Mindermenge an zugemessenem Kraftstoff kommt. Daher ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Druckbeobachter vorgesehen, welcher genannte, durch die Tankentlüftung verursachte Druckspitzen erfasst bzw. erkennt und die entsprechenden Druckwerte auf den Istwert des Kraftstoffdrucks im Hochdrucksystem (sogenanntes „Kraftstoff-Rail“) aufrechnet. Dabei kann zusätzlich empirisch ein Schwellenwert vorgegeben werden, bei dessen Überschreiten des genannten Druckwertes der Aufteilungsfaktor z.B. mittels eines Koordinators des Dualsystems zu einem höheren Anteil an SRE-Zumessung hin geändert werden kann, um der genannten nachteiligen Auswirkung auf den BDE-Pfad entgegenzuwirken.
Die oben genannte, regelungsbasierte Adaption der Kraftstoffzumessung aufgrund der Tankentlüftung passt in diesem Fall die Adaptionswerte an den betroffenen SRE-Injektor an und muss daher ebenfalls mit den genannten Eingangsgrößen des Koordinators des Dualsystems versorgt werden. Durch eine schnelle Regelung und dadurch schnelle Anpassung der Adaptionswerte an die beiden Kraftstoffpfade, und ggf. eine entsprechende Anpassung des Aufteilungsfaktors, wird sichergestellt, dass es trotz einer schnellstmöglichen Entladung bzw. Regenerierung des Aktivkohlefilters (siehe 1) nicht zu Bauteilbeschädigungen kommen kann.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010039434 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer dualen, saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung sowie einer direkten Kraftstoffzumessung und mit einer Tankentlüftung, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Tankentlüftung bewirkter Kraftstoffanteil bestimmt wird (405) und dass die bei der saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung und bei der direkten Kraftstoffzumessung jeweils benötigte Kraftstoffmenge anhand einer Kraftstoffaufteilung erfolgt (450), bei welcher der durch die Tankentlüftung bewirkte Kraftstoffanteil berücksichtigt wird (435).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Tankentlüftung bewirkte Kraftstoffanteil auf der Grundlage einer Abweichung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses (410) bestimmt wird (405).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses anhand einer von einer Kraftstoff-Vorsteuerung (415) bereitgestellten Gemischabweichung (410) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Tankentlüftung bewirkte Kraftstoffanteil eine bei einer Regenerierung eines Aktivkohlefilters (32) freigesetzte Kraftstoffmenge umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Abweichung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses (410) nicht-stationäre Betriebszustände bzw. Betriebsübergänge berücksichtigt werden (420, 425).
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Adaptionswerte zur Ansteuerung eines Tankentlüftungsventils und/oder des Aktivkohlefilters bei der saugrohrbasierten und der direkten Kraftstoffzumessung spezifisch berücksichtigt werden, wobei für eine vorliegende Kraftstoffaufteilung geeignete Adaptionswerte bestimmt werden (430).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des durch die Tankentlüftung bewirkten Kraftstoffanteils äußere Bedingungen, die das Luft-/Kraftstoffverhältnis beeinflussen, berücksichtigt werden (425).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein geeigneter Adaptionswert mittels eines Lernverfahrens (460) bestimmt wird, bei dem die Lerngeschwindigkeit an vorgebbare Zustandsgrößen bei der Kraftstoffzumessung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob die saugrohrbasierte oder die direkte Kraftstoffzumessung aktiv ist und wieviel Kraftstoff über die jeweils aktive Kraftstoffzumessung erfolgt, und dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Prüfung eine für die jeweils aktive Kraftstoffzumessung individuelle Lerngeschwindigkeit bestimmt wird (465).
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 10 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine duale Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zu steuern.
Steuergerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Rechenmittel, mittels derer, unter Berücksichtigung einer jeweils aktiven Kraftstoffzumessung, eine für die jeweilige Kraftstoffzumessung spezifische Berechnung von Adaptionswerten durchführbar ist.
Steuergerät nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch für die saugrohrbasierte und die direkte Kraftstoffzumessung individuelle Zähler (475, 480), mittels derer im Betrieb der Brennkraftmaschine die Größe des jeweiligen Kraftstoffmassenstroms bestimmbar ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch für die saugrohrbasierte und die direkte Kraftstoffzumessung individuelle Statusbits (485, 490), mittels derer im Betrieb der Brennkraftmaschine feststellbar ist, ob die saugrohrbasierte und/oder die direkte Kraftstoffzumessung momentan aktiv ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch einen Druckbeobachter, welcher durch die Tankentlüftung verursachte Druckspitzen erfasst bzw. erkennt und entsprechende Druckwerte auf einen Istwert des Kraftstoffdrucks aufrechnet.