-
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Einspritzung von Kraftstoff in Verbrennungsmotoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Einspritzen einer vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge durch Mehrfacheinspritzung mit einem einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Motorsteuerung und ein Com puterprogram m.
-
Bei benzingetriebenen Motoren hat sich die Direkteinspritzung mit Turboaufladung als Standard entwickelt. Für die Einspritzung werden Injektoren mit Magnetantrieb verwendet, da sie eine sehr kostengünstige Lösung sind. Durch die steigenden Emissionsanforderungen erhöhen sich die Anforderungen an das Einspritzsystem. Insbesondere erhöhen sich sowohl die Anforderungen an die Genauigkeit der Einspritzmasse als auch die Anzahl der Einspritzungen.
-
Konstruktionsbedingt haben Magnetinjektoren eine minimale Pausenzeit, zum Beispiel etwa 1 ms, die zum vollständigen Abbauen der Spulenmagnetisierung benötigt wird. Bei kürzeren Pausenzeiten wird das Öffnungsverhalten des Kraftstoffinjektors aufgrund der noch vorhandenen Restmagnetisierung beeinflusst. Wird die Bestromung des Injektors in bekannter Weise, das heißt im Wesentlichen über Kraftstoffdruck und Temperatur gesteuert, verschlechtert sich die Mengengenauigkeit aufgrund des Einflusses der Restmagnetisierung.
-
Die
DE 10 2008 041 659 A1 betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zur Steuerung einer Einspritzzufuhr von Kraftstoff, welche einen Ventilkörper, der mit einem Kraftstoffeinspritzloch gebildet ist, eine Nadel, die in dem Ventilkörper zum Öffnen und Schließen des Einspritzlochs aufgenommen ist, und ein piezoelektrisches Element zur derartigen Ansteuerung der Nadel aufweist, dass sich die Nadel hin und her bewegt, und das eine Einspritzrate gemäß einem Einspritzbefehlssginal an das piezoelektrische Element kontinuierlich eingestellt werden kann.
-
DE 10 2009 052 219 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Arbeitszylinder, wobei in mindestens einem Arbeitszylinder in aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen über einen vorbestimmten Kurbelwinkel pro Arbeitszyklus ein thermodynamischer Prozess mit jeweils einem Verbrennungsvorgang in jedem Arbeitszyklus ausgeführt wird, wobei jeder Verbrennungsvorgang mindestens zwei Einzelverbrennungen in einem Arbeitszyklus umfasst, wobei die Einzelverbrennungen zeitlich um einen Kurbelwinkel voneinander versetzt erfolgen.
-
DE 10 2004 054 240 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff wenigstens zeitweise pro Arbeitstakt mittels einer Gruppe von Einzeleinspritzungen in einen Brennraum eingespritzt wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Aufteilung der pro Arbeitstakt einzuspritzenden Gesamt-Kraftstoffmenge auf die Einzeleinspritzungen wenigstens zeitweise von einem Soll-Lambdawert abhängt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohe Mengengenauigkeit bei Mehrfacheinspritzungen mit kurzen Pausenzeiten in einfacher Weise und möglichst kostengünstig bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einspritzen einer vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge durch Mehrfacheinspritzung mit einem einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist Folgendes auf: (a) Bestimmen einer für alle Einspritzungen gleichen ersten Soll-Einspritzmenge, die pro Einspritzung der Mehrfacheinspritzung eingespritzt werden soll, um die Gesamtkraftstoffmenge durch eine Reihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen einzuspritzen, (b) Durchführen einer ersten Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen, wobei der Kraftstoffinjektor basierend auf der ersten Soll-Einspritzmenge angesteuert wird, (c) Ermitteln einer während der ersten Teilreihe von Einspritzungen insgesamt eingespritzten ersten Kraftstoffmenge, (d) Bestimmen einer für alle Einspritzungen gleichen zweiten Soll-Einspritzmenge, die pro Einspritzung in einer zweiten Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen eingespritzt werden soll, um die Gesamtkraftstoffmenge durch die erste Teilreihe und die zweite Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen einzuspritzen, und (e) Durchführen der zweiten Teilreihe von Einspritzungen, wobei der Kraftstoffinjektor basierend auf der zweiten Soll-Einspritzmenge angesteuert wird.
-
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein im Laufe der ersten Teilreihe von Einspritzungen entstandenen Überschuss oder Unterschuss an eingespritzter Kraftstoff durch Anpassung der Soll-Einspritzmenge pro Einspritzung für die (nachfolgende) zweite Teilreihe von Einspritzungen kompensiert werden kann, so dass am Ende der zweiten Teilreihe von Einspritzungen insgesamt die vorbestimmte Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt worden ist.
-
Am Anfang des Verfahrens wird eine erste Soll-Einspritzmenge bestimmt. Diese entspricht der pro Einspritzung einzuspritzenden Menge, damit im Idealfall insgesamt (durch die gesamte Anzahl von Einspritzungen in einem Arbeitsspiel) die vorbestimmte Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt wird. Dann beginnt der eigentliche Einspritzvorgang mit dem Durchführen der ersten Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen auf Basis der zuvor bestimmten ersten Soll-Einspritzmenge pro einzelne Einspritzung. Mit anderen Worten wird der Kraftstoffinjektor während der ersten Teilreihe so angesteuert, dass jede einzelne Einspritzung zu einem Einspritzen der ersten Soll-Einspritzmenge führen soll. Gleichzeitig wird die (tatsächlich) eingespritzte erste Kraftstoffmenge ermittelt und dazu verwendet, eine zweite Soll-Einspritzmenge zu bestimmen, die pro Einspritzung in der zweiten Teilreihe eingespritzt werden soll, damit insgesamt (durch die erste und zweite Teilreihe), die vorbestimmte Gesamteinspritzmenge einspritzt wird. Somit wird eine im Laufe der ersten Teilreihe entstandene Abweichung durch Anpassung des Sollwertes für die zweite Teilreihe korrigiert.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung machen die erste Teilreihe und die zweite Teilreihe zusammen einen Mehrfacheinspritzungsvorgang aus, in dem der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen gleich ist.
-
Mit anderen Worten sind die Pausenzeiten zwischen allen aufeinanderfolgenden Einspritzungen in dem Mehrfacheinspritzvorgang gleich, das heißt insbesondere auch zwischen der letzten Einspritzung der ersten Teilreihe und der ersten Einspritzung der zweiten Teilreihe.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zeitliche Abstand so kurz, dass eine Magnetisierung des Magnetspulenantriebs aus der vorhergehenden Einspritzung nicht komplett abgebaut werden kann. Für einen typischen Kraftstoffinjektor heißt dies insbesondere, dass der zeitliche Abstand (bzw. die Pausenzeit) kürzer als 1 ms ist.
-
Erfindungsgemäß enthält die zweite Teilreihe eine einzige Einspritzung. In diesem Fall wird die in der ersten Teilreihe entstandene Abweichung vom Sollwert folglich in einer einzigen, das heißt in der letzten Einspritzung des Einspritzvorgangs kompensiert.
-
Alternativ enthält die zweite Teilreihe erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Einspritzungen. In diesem Fall wird die in der ersten Teilreihe entstandene Abweichung vom Sollwert folglich in mehreren, das heißt in den letzten (auf der ersten Teilreihe folgenden) Einspritzungen des Einspritzvorgangs kompensiert.
-
Erfindungsgemäß ist die zweite Soll-Einspritzmenge gleich der Differenz zwischen der vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge und der ermittelten ersten eingespritzten Kraftstoffmenge durch die Anzahl von Einspritzungen in der zweiten Teilreihe.
-
Bezeichnet SEM2 die zweite Soll-Einspritzmenge, GKM die vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge, EKM1 die erste eingespritzte Kraftstoffmenge und N2 die Anzahl von Einspritzungen in der zweiten Teilreihe kann dies durch folgende Formel ausgedrückt werden:
Zum Vergleich kann die oben erwähnte erste Soll-Einspritzmenge SEM1 wie folgt berechnet werden (wobei N1 die Anzahl von Einspritzungen in der ersten Teilreihe bezeichnet):
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln der während der ersten Teilreihe von Einspritzungen eingespritzten ersten Kraftstoffmenge ein Schätzen der eingespritzten Kraftstoffmenge basierend auf einem gemessenen Stromverlauf und/oder einem gemessenen Spannungsverlauf in dem Magnetspulenantrieb auf.
-
Insbesondere kann in an sich bekannter Art und Weise die Öffnungs- und Schließzeiten des Kraftstoffinjektors durch Analyse des zeitlichen Stromverlaufs und/oder des zeitlichen Spannungsverlaufs in der Spule des Magnetspulenantriebs bestimmt werden. Daraus kann die Öffnungszeit und somit die Einspritzdauer für jede Einspritzung bestimmt und letztendlich die Einspritzmenge mit hoher Präzision geschätzt werden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung ist zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele eingerichtet.
-
Die beschriebene Motorsteuerung basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee wie das oben beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und ermöglicht insbesondere eine einfache Implementierung der vorliegenden Erfindung ohne zusätzliche Hardware.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm mit computerausführbaren Befehlen beschrieben, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet sind.
-
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
-
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
-
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
-
Die Figur zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
-
Die Figur zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 100 zum Einspritzen einer vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge durch Mehrfacheinspritzung mit einem einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Benzinmotor eines Kraftfahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Als erstes wird bei 110 eine erste Soll-Einspritzmenge bestimmt, welche pro Einspritzung in einem Mehrfacheinspritzvorgang eingespritzt werden soll, um insgesamt die vorbestimmte Gesamtkraftstoffmenge einzuspritzen. Dies kann insbesondere so erfolgen, dass die erste Soll-Einspritzmenge als die vorbestimmte Gesamtkraftstoffmenge durch die gesamte Anzahl der Einspritzungen in dem Mehrfacheinspritzvorgang bestimmt wird. Ist diese gesamte Anzahl zum Beispiel gleich acht, dann ist die erste Soll-Einspritzmenge gleich einem Achtel der vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge.
-
Bei 120 wird nun eine erste Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen durchgeführt, wobei der Kraftstoffinjektor so angesteuert wird, dass pro Einspritzung die vorher bestimmte erste Soll-Einspritzmenge eingespritzt werden soll. Die erste Teilreihe umfasst vorzugsweise den Hauptteil der insgesamt vorgesehenen Einspritzungen, zum Beispiel 6 oder 7 von insgesamt 8 Einspritzungen.
-
Da insbesondere bei kurzen zeitlichen Abständen (Pausen) zwischen den einzelnen Einspritzungen eine Restmagnetisierung im Magnetspulenantrieb des Kraftstoffinjektors vorhanden sein kann, führt diese Ansteuerung des Kraftstoffinjektors möglicherweise zu anderen (insbesondere größeren) tatsächlichen Einspritzmengen in zumindest einigen der Einspritzungen.
-
Um dieses Problem zu lösen wird bei 130 die während der ersten Teilreihe von Einspritzungen eingespritzten ersten Kraftstoffmenge ermittelt, zum Beispiel durch Bestimmung von Öffnungs- und Schießzeitpunkten basierend auf gemessenen Verläufen von Strom und Spannung in der Magnetspule.
-
Mit Kenntnis der soweit eingespritzte Kraftstoffmenge wird bei 140 eine zweite Soll-Einspritzmenge bestimmt, die pro Einspritzung in einer direkt auf der ersten Teilreihe folgenden zweiten Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen eingespritzt werden soll, um in dieser zweiten Teilreihe von Einspritzungen die benötigte Restmenge an Kraftstoff einzuspritzen, damit insgesamt die Gesamtkraftstoffmenge durch die erste Teilreihe und die zweite Teilreihe von aufeinanderfolgenden Einspritzungen eingespritzt wird.
-
Bei 150 wird diese zweite Teilreihe von Einspritzungen durchgeführt, wobei der Kraftstoffinjektor nun basierend auf der zweiten Soll-Einspritzmenge angesteuert wird.
-
Es soll beachtet werden, dass die erste und zweite Teilreihe von Einspritzungen direkt aufeinanderfolgen und dass insbesondere keine zusätzliche Pause zwischen den beiden Teilreihen vorhanden ist. Mit anderen Worten wird die zweite Soll-Einspritzmenge im Laufe des gesamten Einspritzvorgangs bestimmt.
-
Die erste Teilreihe und die zweite Teilreihe machen somit zusammen einen Mehrfacheinspritzungsvorgang aus, in welchem der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen gleich ist. Dabei ist der zeitliche Abstand insbesondere so kurz, dass eine Magnetisierung des Magnetspulenantriebs aus einer vorhergehenden Einspritzung nicht komplett abgebaut werden kann.
-
Die zweite Teilreihe von Einspritzungen enthält die letzte Einspritzung oder die letzten Einspritzungen in dem gesamten Mehrfacheinspritzungsvorgang.
-
In einer Ausführungsform wird bei 140 die zweite Soll-Einspritzmenge als die Differenz zwischen der vorbestimmten Gesamtkraftstoffmenge und der ermittelten ersten eingespritzten Kraftstoffmenge durch die Anzahl von Einspritzungen in der zweiten Teilreihe berechnet.
-
Das bei 130 erfolgte Ermitteln der während der ersten Teilreihe von Einspritzungen eingespritzten ersten Kraftstoffmenge weist in einer Ausführungsform ein Schätzen der eingespritzten Kraftstoffmenge basierend auf einem gemessenen Stromverlauf und/oder einem gemessenen Spannungsverlauf in dem Magnetspulenantrieb auf.
-
Das erfindungsgemäß Verfahren kann direkt in einer Motorsteuerung, insbesondere in Form eines Computerprogramms implementiert werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass keine zusätzliche Hardware, wie spezielle Sensoren oder Injektoren benötigt werden, die die Gesamtkosten des Systems erhöhen würden.
