DE102018129682A1

DE102018129682A1 - Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102018129682A1
Application number: DE102018129682.7A
Authority: DE
Inventors: Nuri Karaaslan
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-01-17
Also published as: DE102019131028A1

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungskraftmaschine, sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Steuergerät zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Berechnen einer Grundeinspritzzeitdauer zum Einspritzen des Kraftstoffs und Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungskraftmaschine, sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Steuergerät zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Berechnen einer Grundeinspritzzeitdauer zum Einspritzen des Kraftstoffs und Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer.
Bei einer Verbrennungskraftmaschine wird eine Einspritzzeitdauer auf Basis der erforderlichen Einspritzmasse eines Kraftstoffs berechnet. In der Umrechnung von der Einspritzmasse zur Einspritzzeitdauer sind verschiedene Korrekturen erforderlich. Handelt es sich beispielsweise um einen gasförmigen Kraftstoff, ist entsprechend der Gasgleichung und der Ausströmfunktion bzw. Einspritz- oder Düsengleichung, eine Korrektur über den Einspritzdruck bzw. des Druckverhältnisses an der Einspritzdüse und der Kraftstofftemperatur vorzunehmen.
Aus der US 4 543 937 A ist ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzrate in einem Verbrennungsmotor bekannt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer Grundeinspritzzeitdauer gemäß der Motordrehzahl und der Motorlast und Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer während des Aufwärmens des Motors durch Verwenden mindestens eines Aufwärmkorrekturkoeffizienten, der in Abhängigkeit von einer Motorkühlmitteltemperatur bestimmt wird, die während des Betriebs des Motors erfasst wird, und eines Starttemperaturkorrekturwerts, der entsprechend einer Einlasslufttemperatur ausgewählt wird, die zum Zeitpunkt des Startens des Motors erfasst wird und danach gemäß der nach dem Start des Motors verstrichenen Zeit abgeschwächt wird.
Ein Nachteil bei Verfahren nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Einspritzdauer nur auf Grund der physikalischen Eigenschaften des Kraftstoffes, also beispielsweise der Dichteänderung auf Grund der Temperatur, korrigiert wird. Wie sich jedoch in Messungen gezeigt hat, wird von einem Einspritzventil bei kaltem Kraftstoff oder bei kalten Umgebungsbedingungen, insbesondere bei kurzen Einspritzzeitdauern, mehr Kraftstoff eingespritzt, als dies zu erwarten wäre.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungskraftmaschine mit einer verbesserten Korrektur der Einspritzzeitdauer vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einer Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst folgende Schritte: Berechnen einer Grundeinspritzzeitdauer zum Einspritzen des Kraftstoffs und Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer, wobei beim Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer ein Einspritzdüsenkorrekturwert angewendet wird und wobei der Einspritzdüsenkorrekturwert unter Berücksichtigung von Eigenschaften der Einspritzdüse ermittelt wird.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass über die Korrekturen der Einspritzzeitdauer auf Grund der physikalischen Eigenschaften des Kraftstoffes hinaus, eine zusätzliche Korrektur auf Grund auf der Eigenschaften der Einspritzdüse selbst erfolgen kann. Insbesondere die Temperatur beeinflusst nicht nur die Eigenschaften des Kraftstoffs selbst, sondern auch die Einspritzdüse. Bevorzugt berücksichtigt der Einspritzdüsenkorrekturwert ein mechanisches Bauteilverhalten der Einspritzdüse in Abhängigkeit einer Temperatur der Einspritzdüse.
Die Bezeichnung Einspritzdüse wird im Sinne der Erfindung in allgemeiner Hinsicht für diejenigen Bauteile verwendet, welche zum Einleiten von Kraftstoff direkt in einen Brennraum oder in einen Mischraum zur Gemischbildung, wie beispielsweise ein Saugrohr, vorgesehen sind. Insbesondere ist der Begriff Einspritzdüse auch im Sinne von Injektor, Einspritzventil und Einblasventil zu verstehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Einfluss des mechanischen Bauteilverhaltens der Einspritzdüse in Abhängigkeit von der Temperatur auf die Einspritzzeitdauer empirisch ermittelt. Der Einspritzdüsenkorrekturwert kann dann beispielsweise durch ein anhand der empirischen Daten erstelltes mathematisches Modell berechnet, oder über ein Kennfeld mit den empirischen Daten ermittelt werden.
Der Einspritzdüsenkorrekturwert wird vorzugsweise in Abhängigkeit von mindestens einem der Parameter Umgebungstemperatur, Bauteiltemperatur, Kraftstofftemperatur, Starttemperatur und Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Die genannten Temperaturwerte werden in der Regel gemessen. Die Umgebungstemperatur entspricht dabei der bei Verbrennungskraftmaschine regelmäßig zu messenden Einlasslufttemperatur. Unter der Bauteiltemperatur ist im Sinne der Erfindung eine Temperatur der Einspritzdüse zu verstehen. Die Kraftstofftemperatur wird vorzugsweise in Förderrichtung unmittelbar vor der Einspritzdüse gemessen. Unter der Starttemperatur ist insbesondere eine Kühlwassertemperatur oder eine Einlasslufttemperatur, jeweils bei Start der Verbrennungskraftmaschine gemessen, zu verstehen, welche gespeichert wird, beispielsweise in einem Speicher eines Steuergeräts.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer der Einspritzdüsenkorrekturwert addiert wird. Die Korrektur stellt somit ein Offset dar, welches die Grundeinspritzdauer um einen festen Betrag verschiebt. Dadurch wird besonders vorteilhaft der Tatsache Rechnung getragen, dass die größte durch die Einspritzdüse selbst verursachte Abweichung der Einspritzmasse bei geringen Einspritzzeitdauern festgestellt wurde. Die Addition des Einspritzdüsenkorrekturwerts wirkt sich daher insbesondere bei geringen Einspritzzeitdauern aus, während der Einfluss des Einspritzdüsenkorrekturwerts bei großen Einspritzzeitdauern vernachlässigbar ist.
Der Einspritzdüsenkorrekturwert wird vorzugsweise einem Kennfeld entnommen, das beispielsweise in einem Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine hinterlegt ist. Das Kennfeld weist besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Kennlinien auf, wobei jede Kennlinie einer Starttemperatur zugeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein gasförmiger Kraftstoff verwendet wird. Besonders bevorzugt wird die Verbrennungskraftmaschine mit zwei verschiedenartigen Kraftstoffen betrieben, wobei ein Flüssigkraftstoff als Primärkraftstoff und der gasförmige Kraftstoff als Alternativkraftstoff vorgesehen ist.
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt als Saugrohreinspritzung, insbesondere bei einem gasförmigen Kraftstoff. Der Kraftstoff wird bei der Saugrohreinspritzung in ein Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt, wo er sich mit angesaugter Luft vermischt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dann beispielsweise durch eine Kolbenbewegung in einem Zylinder angesaugt und gelangt so in den Brennraum. Weiterhin bevorzugt wird eine Einspritzung bzw. Einblasung des Kraftstoffs stromaufwärts des Saugrohres, also an einer beliebigen Stelle in einer Ansaugstrecke der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt. So wird beispielsweise an einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern eine Zentraleinspritzung zum Erzeugen des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen, statt mehrere Einspritzdüsen zu verwenden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Steuergerät zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einer Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das hierin zuvor beschriebene Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verbrennungskraftmaschine dazu vorgesehen, einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen. Besonders bevorzugt ist die Verbrennungskraftmaschine mit zwei verschiedenartigen Kraftstoffen betreibbar, wobei insbesondere ein Flüssigkraftstoff als Primärkraftstoff und der gasförmige Kraftstoff als Alternativkraftstoff vorgesehen ist. Als Flüssigkraftstoff wird insbesondere ein Ottokraftstoff, wie etwa Benzin oder ein ethanolhaltiger Kraftstoff wie E10, E85 oder gar E100 verwendet. Weiterhin bevorzugt ist auch die Verwendung von Dieselkraftstoff. Als gasförmiger Kraftstoff wird beispielsweise Autogas (LPG) oder Erdgas (CNG / LNG / NG) verwendet. Weiterhin bevorzugt ist auch die Verwendung von Synthesegasen oder brennbaren Gasen aus sogenannten Reformern oder Vergasern bzw. Holzvergasern.
Die mindestens eine Einspritzdüse fördert Kraftstoff bevorzugt in ein Saugrohr, insbesondere einen gasförmigen Kraftstoff. Das Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine ist dazu vorgesehen, den eingespritzten Kraftstoff mit angesaugter Luft zu vermischen. Weiterhin bevorzugt ist eine Förderung des Kraftstoffs durch die eine Kraftstoffdüse direkt in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine oder in einen Mischraum, was in der Regel als Direkteinspritzung bzw. Direkteinblasung oder direct injection bezeichnet wird. Weiterhin bevorzugt ist der Mischraum als Vorbrennkammer des Brennraums vorgesehen, wobei die Vorbrennkammer in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät zur Durchführung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines schematischen Ablaufs in einem mit einer durchbrochenen Linie dargestellten Steuergerät 22 einer Verbrennungskraftmaschine 21. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Steuergerät 22 für eine Einspritzanlage für gasförmigen Kraftstoff. Ein solches Gassteuergerät 22 kann unabhängig von einem Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine 21 ausgeführt sein, oder in die Motorsteuerung integriert sein. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in der Verbrennungskraftmaschine 21 wird anhand eines Diagramms erläutert. Ein Wert 1 für die einzuspritzende Kraftstoffmasse für einen Arbeitstakt wird beispielsweise durch eine Drehzahl und eine Last der Verbrennungskraftmaschine 21 vorgegeben. Unter der Last ist eine dimensionslose Größe zu verstehen, die die relative Luftmasse eines Zylinders und somit das relative Drehmoment bezogen auf eine Normzylinderluftmasse, bzw. ein Normzylinderdrehmoment beschreibt. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass statt der Last auch ein absoluter Luftmassenstrom bzw. eine absolute Zylinderluftmasse oder ein Saugrohrdruck der Verbrennungskraftmaschine 21 herangezogen werden kann. Ein als Divisor eingehender Wert 2 gibt an, welche Kraftstoffmasse pro Zeiteinheit eingespritzt wird. Dieser Wert 2 wird in bekannter Weise berechnet. Auf die gasdynamischen, bzw. thermodynamischen Hintergründe dieser Berechnung wird hier nicht näher eingegangen. Der in einem Block 3 berechnete Quotient ist eine Grundeinspritzzeitdauer 4 zum Einspritzen des Kraftstoffs für einen Arbeitstakt. Die Grundeinspritzzeitdauer 4 wird nachfolgend korrigiert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine erste Korrektur durch Addition eines Korrekturwerts 8 zu der Grundeinspritzzeitdauer 4 in einem Block 9. Der Korrekturwert 8 wird anhand von Messwerten der Verbrennungskraftmaschine 21, hier einem Druck 5 in der Kraftstoffleitung und einer Batteriespannung 6, aus einem Kennfeld 7 entnommen. Eine so korrigierte Grundeinspritzzeitdauer 10 wird nachfolgend durch Addition eines Einspritzdüsenkorrekturwerts 15 in dem Block 16 erneut korrigiert. Bei dieser zweiten Korrektur, welche in dem Diagramm mit einer durchbrochenen Linie 11 kenntlich gemacht ist, handelt es sich um die erfindungswesentliche Korrektur der Grundeinspritzzeitdauer 4. Dem Fachmann ist bekannt, dass weitere Korrekturen vorgenommen werden können, wie beispielsweise die zuvor bereits beschriebene Korrektur in dem Block 9. Der Einspritzdüsenkorrekturwert 15 wird einem Kennfeld 14 entnommen, welches insbesondere mehrere Kennlinien beinhaltet, wobei jede der Kennlinien einer Starttemperatur 13 zugeordnet ist. Neben der Starttemperatur 13, die bei einem Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine 21 gemessen und in dem Steuergerät 22 abgelegt wird, wird eine Kraftstofftemperatur 12, hier also eine Gastemperatur 12, an der Verbrennungskraftmaschine 21 gemessen, um den Einspritzdüsenkorrekturwert 15 aus dem Kennfeld 14 zu entnehmen.
Die korrigierte Einspritzzeitdauer 17 wird anschließend noch in einer Signalbegrenzung 19 mit einer minimalen Einspritzzeitdauer 18 verglichen und als endgültige Einspritzzeitdauer 20 ausgegeben, sofern der Wert nicht durch die Signalbegrenzung 19 begrenzt wurde. Die endgültige Einspritzzeitdauer 20 wird schließlich als Vorgabe an die Verbrennungskraftmaschine 21 abgegeben.
Bezugszeichenliste

1: Wert, Kraftstoffmasse
2: Divisor, Kraftstoffmasse je Zeiteinheit
3: Block
4: Grundeinspritzzeitdauer je Arbeitstakt
5: Kraftstoffdruck
6: Batteriespannung
7: Kennfeld
8: Korrekturwert
9: Block
10: Korrigierte Grundeinspritzzeitdauer
11: Durchbrochene Linie
12: Kraftstofftemperatur
13: Starttemperatur
14: Kennfeld
15: Einspritzdüsenkorrekturwert
16: Block
17: Einspritzzeitdauer
18: Minimale Einspritzzeitdauer
19: Signalbegrenzung
20: Ausgabe der Einspritzzeitdauer
21: Verbrennungskraftmaschine
22: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4543937 A [0003]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungskraftmaschine (21), wobei die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Berechnen einer Grundeinspritzzeitdauer (4) zum Einspritzen des Kraftstoffs und Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer, wobei beim Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer (4) ein Einspritzdüsenkorrekturwert (15) angewendet wird und wobei der Einspritzdüsenkorrekturwert unter Berücksichtigung von Eigenschaften der Einspritzdüse ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdüsenkorrekturwert (15) ein mechanisches Bauteilverhalten der Einspritzdüse in Abhängigkeit einer Temperatur der Einspritzdüse berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfluss des mechanischen Bauteilverhaltens der Einspritzdüse in Abhängigkeit von der Temperatur auf die Einspritzzeitdauer empirisch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdüsenkorrekturwert (15) in Abhängigkeit von mindestens einem der Parameter Umgebungstemperatur, Bauteiltemperatur, Kraftstofftemperatur (12), Starttemperatur (13) und Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine (21) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Starttemperatur (13) eine Kühlwassertemperatur oder eine Einlasslufttemperatur, jeweils bei Start der Verbrennungskraftmaschine (21), gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Korrigieren der Grundeinspritzzeitdauer (4) der Einspritzdüsenkorrekturwert (15) addiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdüsenkorrekturwert (15) einem Kennfeld (14) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (14) eine Mehrzahl von Kennlinien aufweist, wobei jede Kennlinie einer Starttemperatur (13) zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiger Kraftstoff verwendet wird.
Verbrennungskraftmaschine (21) mit einem Steuergerät (22) zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einer Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.