DE102020211318A1

DE102020211318A1 - Verfahren zur Adaption einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung

Info

Publication number: DE102020211318A1
Application number: DE102020211318.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Perless; Daniel Gronbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-10
Also published as: CN114233499A

Abstract

Verfahren zur Adaption einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine (115) mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung, bei der eine saugrohrbasierte und eine direkte Kraftstoffzumessung in einem Mischbetrieb durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Adaptionswert (facLamAdpn_PFI) für die Saugrohreinspritzung (PFI) und ein zweiter Adaptionswert (facLamAdpn_GFI) für die Direkteinspritzung (GDI) und ein Offsetwert (ratLamAdpn_ges) für die Einspritzmenge in einem Mischbetrieb ermittelt werden, wobei die Gemischbildung in Abhängigkeit des ersten und zweiten Adaptionswerts (facLamAdpn_GFI;facLamAdpn_PFI) und des Offsetwert (ratLamAdpn_ges) adaptiert und diagnostiziert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
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.
Weiterhin gibt es auch Ottomotoren mit einer Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, einem sogenannten Dualsystem. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerte vorteilhaft, da die Saugrohreinspritzung bspw. bei mittleren Lastbereichen bessere Emissionswerte zur Folge hat als eine Direkteinspritzung. Im Volllastbereich hingegen ermöglicht die Direkteinspritzung bspw. eine Verminderung des sogenannten Klopfens.
Aus der DE 102 56 906 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Luft-/KraftstoffGemisches bei einer Brennkraftmaschine (1) bekannt, wobei eine eingespritzte Kraftstoffmasse für eine Adaption eines Luft-/Kraftstoff-Gemisch-Verhältnisses korrigiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine getrennte adaptive Korrektur eines Fehlers der eingespritzten Kraftstoffmasse sowie eines Fehlers der zugeführten Luftmasse. Bei einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit mehreren Einspritzvorgängen für einen Verbrennungsvorgang in einem Zylinder (5) der Brennkraftmaschine (1) wird die Korrektur der eingespritzten Kraftstoffmasse für jeden dieser Einspritzvorgänge durchgeführt.
Die DE 10 2015 216 119 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer dualen, saugrohrbasierten Kraftstoffzumessung sowie einer direkten Kraftstoffzumessung, wobei die saugrohrbasierte Kraftstoffzumessung und die direkte Kraftstoffzumessung in einem Mischbetrieb erfolgen, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass in dem genannten variablen Mischbetrieb eine Aufteilung von saugrohrbasiert und direkt zugemessenem Kraftstoff auf der Grundlage einer Reduzierung einer durch die Kraftstoffzumessung und/oder Kraftstoffverbrennung hervorgerufenen Geräuschentwicklung (310) durchgeführt wird (315).
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Adaption einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung bereitzustellen, wobei die Gemischbildung der dualen Kraftstoffeinspritzung adaptiert und diagnostiziert wird.
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Adaption einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung vorgestellt, bei der eine saugrohrbasierte und eine direkte Kraftstoffzumessung in einem Mischbetrieb durchgeführt wird, wobei ein erster Adaptionswert für die Saugrohreinspritzung und ein zweiter Adaptionswert für die Direkteinspritzung und ein Offsetwert für die Einspritzmenge in einem Mischbetrieb ermittelt werden, wobei die Gemischbildung in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Adaptionswerts und des Offsetwert adaptiert und diagnostiziert wird. Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass eine Adaption der Gemischbildung während des dualen Einspritzvorgangs vorgenommen werden kann. D.h. es muss keine Abschaltung eines der beiden Kraftstoffzumessvorrichtungen vorgenommen werden, so dass die Brennkraftmaschine über den gesamten Fahrzyklus mit einem optimalen Einspritzprofil betrieben werden kann. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerte vorteilhaft, da durch die individuelle Adaption der beiden Einspritzpfade eine bessere Verbrennung und somit bessere Emissionswerte erreicht werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Freigabe für die Adaption der Gemischbildung erteilt, wenn ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebszustand für die Brennkraftmaschine vorliegt. Dies ist von Vorteil, da somit eine präzisere Messung für das Verfahren durchgeführt werden kann.
Weiterhin liegt ein stationärer oder quasi-stationärer Zustand vor, wenn in einem vorgebbaren Zeitraum die Änderung der relativen Luftmasse einen vorgebbaren Schwellenwert nicht überschreitet.
Ferner kann ein erster Adaptionswert für die Saugrohreinspritzung, ein zweiter Adaptionswert für die Direkteinspritzung und ein Offsetwert in Abhängigkeit einer relativen Luftmasse, einer Einspritzmenge und eines Splitfaktors ermittelt werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn eine Aufteilung der relativen Luftmasse in eine relative Luftmasse des Saugrohrdruckpfads und einer relativen Luftmasse des Direkteinspritzungspfads in Abhängigkeit des Splitfaktors durchgeführt wird, wobei die in einem aktuellen Einspritzvorgang ermittelten Werte für die relative Luftmasse, der Einspritzmenge, des Splitfaktors, der relativen Luftmasse des Saugrohrdruckpfads und der relativen Luftmasse des Direkteinspritzungspfads innerhalb eines Kennfelds zu Mittelwerten gespeichert werden. Somit kann das Verfahren ressourcenschonend auf dem Steuergerät implementiert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn ein n-dimensionales lineares Gleichungssystem bestehend aus je n Mittelwerten für die Einspritzmenge, die relative Luftmasse des Saugrohrdruckpfads und die relative Luftmasse des Direkteinspritzungspfads und den zu bestimmenden ersten Adaptionswert für die Saugrohreinspritzung, den zweiten Adaptionswert für die Direkteinspritzung und den Offsetwert für die Einspritzmenge gelöst wird, wobei n der Anzahl der Bereiche im Kennfeld entspricht
Es ist ferner von Vorteil, dass die Mittelwerte in den Bereichen des Kennfeldes für die Einspritzmenge, die relative Luftmasse des Saugrohrdruckpfads und die relative Luftmasse des Direkteinspritzungspfads aus mindestens drei Messwerten pro Bereich des Kennfeldes gebildet werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Datenbasis eine ausreichende Güte für das Verfahren bietet.
Weiterhin kann, wenn der erster Adaptionswert ein vorgebbares Schwellenwertband über- oder unterschreitet, ein Defekt für die Direkteinspritzung erkannt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Diagnose für die Direkteinspritzung individuell bei gleichzeitiger saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffzumessung durchgeführt werden kann. Somit muss keine Abschaltung der Saugrohr- oder Direkteinspritzung während der Diagnose durchgeführt werden, so dass über den ganzen Fahrzyklus ein optimales Einspritzprofil gefahren werden kann. Dies führt dazu, dass bessere Emissionswerte erreicht werden können und somit vorgegebene Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können.
Ferner kann, wenn der zweiter Adaptionswert ein vorgebbares Schwellenwertband über- oder unterschreitet, ein Defekt für die Saugrohreinspritzung erkannt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Diagnose der Saugrohreinspritzung individuell bei gleichzeitiger saugrohrbasierter und direkter Kraftstoffzumessung durchgeführt werden kann. Somit muss keine Abschaltung der Saugrohr- oder Direkteinspritzung während der Diagnose durchgeführt werden, so dass über den ganzen Fahrzyklus ein optimales Einspritzprofil gefahren werden kann. Dies führt dazu, dass bessere Emissionswerte erreicht werden können und somit vorgegebene Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können.
In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Figurenliste
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine,
2 ein Diagramm zu Darstellung des Verfahrens zur einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung

In 1 ist beispielhaft ein Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 schematisch 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.
Der Zylinder 102 weist ein Einlassventil 105 auf, um Luft oder ein Kraftstoff-LuftGemisch in den Brennraum 103 einzulassen. Die Luft wird über das Saugrohr 106 als Teil einer Luftzuführung 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. Des Weiteren ist im Saugrohr 106, insbesondere stromaufwärts der Drosselklappe 112, ein Luftmassensensor 99 zur Messung der relativen Luftmasse vorgesehen. Dies kann insbesondere ein Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) sein.
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-Kraftstoff-Gemisch bildet, das über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen wird.
Die Brennkraftmaschine kann weiterhin 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-Kraftstoff-Gemisch direkt im Brennraum 103 des Zylinders 102 gebildet. Der Zylinder 102 ist weiterhin mit einer Zündeinrichtung 110 versehen, um zum Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 103 einen Zündfunken zu erzeugen.
Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 102 über ein Abgasrohr 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.
Mittels einer Lambda-Sonde 123 kann dabei ein Lambda-Wert des Abgases im Abgasrohr 108 ermittelt werden.
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.
Weiterhin ist eine als Steuergerät 115 ausgebildete Recheneinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Das Steuergerät 115 kann die Brennkraftmaschine 100 in der Direkteinspritzung, der Saugrohreinspritzung oder dem Mischbetrieb betreiben. Weiterhin kann das Steuergerät 115 auch Werte der Lambda-Sonde 123 erfassen.
Das Steuergerät 115 steuert sowohl die Einspritzventile im Saugrohr sowie die Einspritzventile in den Zylindern an, mit der die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge vorgegeben wird. Die erforderliche Kraftstoffmenge wird dabei unter anderem in Abhängigkeit von der Motorlast und dem geforderten Lambdawert von einer im Steuergerät 115 integrierten Lambdaregelung eingestellt, wobei die Grundeinstellung vorzugsweise über eine in der Lambdaregelung enthaltene, adaptierbare Vorsteuerung erfolgt. Dazu wird das Ausgangssignal der Vorsteuerung dem Ausgangssignal eines Lambdareglers addiert. Die Vorsteuerung legt die Kraftstoffmenge unter anderem an Hand der Motorlast fest.
Der Zusammenhang zwischen der Motorlast und der vorzugebenden Kraftstoffmenge ist vorzugsweise in einem Kennfeld im Steuergerät 115 hinterlegt. Auf Grund von Systemdriften kann sich der Zusammenhang zwischen der Motorlast und der vorzugebenden Kraftstoffmenge verändern. Um dies auszugleichen, sind im Rahmen einer Gemischadaption Adaptionszyklen vorgesehen, bei denen der Zusammenhang in der Vorsteuerung neu eingelernt wird.
Während der Gemischadaption werden systematische Fehler des Kraftstoff-Luft-Gemischs mit Hilfe von vorzugsweise Adaptionsmitteln und daraus ermittelten Adaptionswerten korrigiert. Hierbei können unterschiedliche Arten von zu Gemischabweichungen führende Fehler auftreten. Fehler in der Bestimmung der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge wirken sich multiplikativ auf die Kraftstoffzumessung aus, während sich Fehler, die durch Lecklufteinflüsse oder durch eine Anzugsverzögerung der Einspritzventile bedingt sind, additiv auswirken. Multiplikative Fehler machen sich besonders im mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine 100 bemerkbar, während additive Fehler bei niedrigen Lasten dominieren. Entsprechend erfolgt die Adaption der Kraftstoffzumessung nach bekannten Verfahren bezüglich multiplikativer Fehler bevorzugt in mittleren und bezüglich additiver Fehler im niedrigen Lastbereich. Da sich multiplikative Fehler auch bei niedrigen und additiven Fehler auch bei mittleren Lastbereichen auswirken, wird die Adaption wechselnd in den beiden Lastbereichen durchgeführt, bis eine ausreichend stabile Adaption der Vorsteuerung vorliegt.
Insbesondere kann die Brennkraftmaschine 100 als eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Motorblöcken ausgebildet sein. Insbesondere kann in jedem Luftzuführungsabschnitt für die Zylinder ein eigenes Saugrohreinspritzventil vorgesehen sein. Ebenso kann jeder Luftzuführungsabschnitt pro Motorblock eine eigene Drosselklappe zur Regelung der zuströmenden Luft aufweisen. Des Weiteren kann die Brennkraftmaschine 100 mehrere Abgasrohre umfassen, wobei in jedem Abgasrohr ein Lambda-Sensor zur Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorgesehen ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 100 um eine Brennkraftmaschine mit 2-,3-,4-,6- oder 8 Zylindern.
Die Berechnung der Adaptionswerte basiert auf der Berechnungskette der relativen Kraftstoffmasse ratMFu_ges im Einspritzpfad. Unter der Annahme, dass die Vorsteuerfaktoren sowie nichtstöchiometrische Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisse vernachlässigt werden ergibt sich die Berechnungskette zu: $r a t M F u_{g e s} = r a t M A i r \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n + r a t L a m A d p n,$
mit ratMFu_ges der relativen Kraftstoffmasse, ratMAir der relativen Luftmasse, facLam dem Lambdaregelungsfaktor für das Luft-Kraftstoffverhältnis, facLamAdpn einem adaptierten Lambdaregelungsfaktor für das Luft-Kraftstoffverhältnis und ratLamAdpn dem adaptieren relativen Luft-Kraftstoffverhältnis. Der Lambdaregelungsfaktor wird dabei basierend auf dem Signal der Lambda-Sonde 123 gebildet.
In einem ausadaptierten System soll der Lambdaregelungsfaktor facLam neutral sein, d.h. dass eine mögliche Gemischabweichung durch die Adaptionswerte kompensiert wird. Entsprechend wird dieser Lambdaregelungsfaktor facLam mit dem Wert 1 angenommen und wird nicht weiter berücksichtigt. Sollen nun die beiden Adaptionswerte facLamAdpn und der Offsetwert ratLamAdpn ermittelt werden, müssen dementsprechend zwei Gleichungen betrachtet werden. Es entsteht folgendes Gleichungssystem: $r a t M F u_{g e s,1} = r a t M a i r_{1} \cdot f a c L a m A d p n + r a t L a m A d p n$
$r a t M F u_{g e s,2} = r a t M a i r_{2} \cdot f a c L a m A d p n + r a t L a m A d p n$
Dieses Gleichungssystem kann nun in die folgende Form überführt werden: $(\begin{matrix} r a t M F u_{g e s,1} \\ r a t M F u_{g e s,2} \end{matrix}) = (\begin{matrix} = r a t M A i r_{1} \\ = r a t M A i r_{2} \end{matrix}) \cdot f a c L a m A d p n + (\begin{matrix} 1 \\ 1 \end{matrix}) r a t L a m A d p n$
Durch Umformung erhält man: $(\begin{matrix} r a t M F u_{g e s,1} \\ r a t M F u_{g e s,2} \end{matrix}) = (\begin{matrix} r a t M A i r_{1} \\ r a t M A i r_{2} \end{matrix} \begin{matrix} 1 \\ 1 \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} f a c L a m A d p n \\ r a t L a m A d p n \end{matrix})$
Dies entspricht der allgemeinen Schreibweise für ein lineares Gleichungssystem der Form: $b = A x \Leftrightarrow x = A^{- 1} b$
Für eine verbesserte Anpassung auf den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 100, können die Adaptionswerte nicht nur aus zwei Messwerten, sondern aus n-Messwerten ermittelt werden. $(\begin{matrix} r a t M F u_{g e s,1} \\ ⋮ \\ r a t M F u_{g e s, n} \end{matrix}) = (\begin{matrix} r a t M A i r_{1} & 1 \\ ⋮ & ⋮ \\ r a t M A i r_{n} & 1 \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} f a c L a m A d p n \\ r a t L a m A d p n \end{matrix})$
Somit liegt ein überbestimmtes Gleichungssystem vor, welches wie folgt gelöst werden kann: $x = {(A^{T} A)}^{- 1} A^{T} b .$
Um zeitliche Effekte im Einspritz- bzw. Luftsystem ausgleichen zu können und die Funktionalität ressourceneffizienter auf einem Steuergerät 115 berechnen zu können, werden anstatt Einzelmesswerte Mittelwerte in unterschiedlichen Last-Drehzahlbereichen, 1 bis n, für die Berechnung verwendet: $(\begin{matrix} {\bar{r a t M F u}}_{g e s,1} \\ ⋮ \\ {\bar{r a t M F u}}_{g e s, n} \end{matrix}) = (\begin{matrix} {\bar{r a t M A i r}}_{1} & 1 \\ ⋮ & ⋮ \\ {\bar{r a t M A i r}}_{n} & 1 \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} f a c L a m A d p n \\ r a t L a m A d p n \end{matrix})$
In einem System mit Dualeinspritzsystem, d.h. mit Saugrohr- und Direkteinspritzung PFI;GDI in die Zylinder, wird die relative Kraftstoffmenge ratMFu_ges auf die beiden Einspritzpfade GDI;PFI aufgeteilt: $r a t M F u_{g e s} = r a t M F u_{P F I} + r a t M F u_{G D I},$
mit ratMFu_ges der gesamten relativen Kraftstoffmasse, ratMFu_PFI der relativen Kraftstoffmasse des Kraftstoffniederdrucksystem (PFI) und ratMFu_GDI der relativen Kraftstoffmasse des Kraftstoffhochdrucksystem (GDI), respektive der Saugrohrdruck- und Direkteinspritzung. Entsprechend lässt sich der gesamte Luftpfad virtuell aufteilen zu: $r a t M A i r_{g e s} = r a t M A i r_{P F I} + r a t M A i r_{G D I},$
mit ratMAir_ges der relativen Luftmasse, ratMAir_PFI der relativen Luftmasse des Kraftstoffniederdrucksystem (PFI) und ratMAir_GDI der relativen Kraftstoffmasse des Kraftstoffhochdrucksystem (GDI).
Da es sich bei einem Ottomotor um ein luftgeführtes System handelt, wird der gewünschte Aufteilungsfaktor (Splitfaktor) zunächst auf den Luftpfad eingerechnet und darauf für die jeweiligen Einspritzpfade die notwendige Kraftstoffmenge ermittelt: $r a t M A i r_{P F I} = r a t M A i r_{G e s} \cdot f a c S p l t$
$r a t M A i r_{G D I} = r a t M A i r_{G e s} \cdot (1 - f a c S p l t)$
,wobei für den Splitfaktor 1 > facSplt > 0 gilt. Im Vorwärtspfad wird daraus dann die jeweilige Kraftstoffmasse bestimmt: $r a t M F u_{P F I} = r a t M A i r_{P F I} \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n_{P F I} + r a t L a m A d p n_{P F I}$
$r a t M F u_{G D I} = r a t M A i r_{G D I} \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n_{G D I} + r a t L a m A d p n_{G D I}$
$\begin{matrix} r a t M F u_{g e s} = (r a t M A i r_{G D I} \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n_{G D I} + r a t L a m A d p n_{G D I} \\ + r a t M A i r_{P F I} \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n_{P F I} + r a t L a m A d p n_{P F I}) \end{matrix}$
Mit ratMFu_PFI der Kraftstoffmasse für die Saugrohrdruckeinspritzung PFI, facLamAdpn_PFI dem Adaptionswert für die Saugrohrdruckeinspritzung PFI, ratLamAdpn_PFI dem Offsetwert für die Saugrohrdruckeinspritzung, ratMFu_GDI der Kraftstoffmasse für die Direkteinspritzung GDI, facLamAdpn_GDI dem Adaptionswert für die Direkteinspritzung GDI und dem Offsetwert ratLamAdpn_GDI für die Direkteinspritzung.
Mit dem zuvor beschriebenen Ansatz kann nun für diesen Zusammenhang ein überbestimmtes Gleichungssystem aufgebaut und gelöst werden. Da die beiden Offsetkorrekturen gleichermaßen in die Berechnungskette eingehen und es keinen Abhängigkeit vom Splitfaktor facSplt gibt, können diese zunächst zu einem einheitlichen Adaptionswert ratLamAdpn_ges zusammengefasst werden und es ergibt sich folgendes Gleichungssystem: $(\begin{matrix} {\bar{r a t M F u}}_{g e s,1} \\ ⋮ \\ {\bar{r a t M F u}}_{g e s, n} \end{matrix}) = (\begin{matrix} {\bar{r a t M A i r}}_{P F I,1} & {\bar{r a t M A i r}}_{G D I,1} & 1 \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ {\bar{r a t M A i r}}_{P F I, n} & {\bar{r a t M A i r}}_{G D I, n} & 1 \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} f a c L a m A d p n_{P F I} \\ f a c L a m A d p n_{G D I} \\ f a c L a m A d p n_{g e s} \end{matrix})$
mit ratMFu _ges dem Mittelwert des Kraftstoffmasse, ratMAir _PFI dem Mittelwert der relativen Luftmasse des Saugrohrdrucks PFI, ratMAir _GDI dem Mittelwert der relativen Luftmasse für die Direkteinspritzung GDI, den Adaptionswerten facLamAdpn_PFI und facLamAdpn_GDI, sowie dem gemeinsamen Offsetwert ratLamAdpn_ges.
Damit stehen für die beiden Einspritzarten die Faktoradaptionswerte facLamAdpn_PFI und facLamAdpn_GDI direkt aus der Adaption im Splitbetrieb zur Verfügung. Für die Offsetadaption steht nur ein gemeinsamer Adaptionswert ratLamAdpn_ges bereit. Wird anschließend beispielsweise rein GDI gefahren, kann ein individueller Offset für den GDI-Pfad bestimmt werden, da in diesem Fall keine Einspritzung aus dem PFI-Pfad stattfindet. Hierfür reicht eine einzelne Gleichung und damit ein einzelner Betriebspunkt zur Bestimmung aus: $r a t M F u_{G D I} = r a t M A i r_{G D I} \cdot f a c L a m A d p n_{G D I} + r a t L a m A d p n_{G D I}$
Der zunächst aus dieser Gleichung resultierende Offsetwert ratLamAdpn_GDI kann aufgrund der physikalischen Eigenschaften sowohl einen Luftfehler als auch einen Kraftstofffehler enthalten. Der Luftfehler sowie die Summe der physikalischen Kraftstofffehler ist auch in ratLamAdpn_ges enthalten: $r a t L a m A d p n_{g e s} = r a t L a m A d p n_{p h y, P F I} + r a t L a m_{p h y, G D I} + r a t L a m A d p n_{p h y, A i r}$
$r a t L a m A d p n_{G D I} = r a t L a m A d p n_{p h y, G D I} + r a t L a m A d p n_{p h y, A i r}$
Aus diesen beiden Formeln lässt sich also folglich der eigentliche physikalische Offsetfehler des PFI-Pfads ermitteln: $r a t L a m A d p n_{p h y, P F I} = r a t L a m A d p n_{g e s} - r a t L a m A d p n_{G D I}$
Entsprechend kann bei reinem PFI-Betrieb der physikalische Offsetfehler des GDI-Pfads ermittelt werden: $r a t L a m A d p n_{p h y, G D I} = r a t L a m A d p n_{g e s} - r a t L a m A d p n_{P F I}$
Sobald die beiden physikalischen Fehler der Kraftstoffpfade ermittelt sind, kann außerdem der relative Luftfehler ermittelt werden: $\begin{matrix} r a t L a m A d p n_{p h y, A i r} \\ = r a t L a m A d p n_{g e s} - r a t L a m A d p n_{p h y, G D I} - r a t L a m A d p n_{p h y, A I R} \end{matrix}$
Sobald die drei Fehler ermittelt sind, können die Adaptionswerte an die Fehler angepasst werden und im Vorwärtspfad der Kraftstoffbestimmung folgender Zusammenhang verwendet werden: $\begin{matrix} r a t M F u_{g e s} = (r a t M A i r_{G D I} \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n_{G D I} + r a t L a m A d p n_{G D I} \\ + r a t M A i r_{P F I} \cdot f a c L a m \cdot f a c L a m A d p n_{P F I} + r a t L a m A d p n_{P F I} \end{matrix}$
Mit ratMAir_ges = ratMAir_PFI + ratMAir_GDI - ratLamAdpn_Air
Und folglich: $r a t M A i r_{P F I} = (r a t M A i r_{g e s} + r a t L a m A d p n_{A i r}) \cdot f a c S p l t$
$r a t M A i r_{G D I} = (r a t M A i r_{g e s} + r a t L a m A d p n_{A i r}) \cdot (1 - f a c S p l t)$
2 zeigt ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens. In einem ersten Schritt 500 wird eine Freigabedingung für das Verfahren abgeprüft. Eine Freigabe für das Adaptionsverfahren wird erteilt, wenn ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebsmodus bzw. Betriebspunkt für die Brennkraftmaschine 100 festgestellt wird. Ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebsmodus bzw. Betriebspunkt für die Brennkraftmaschine 100 liegt z. B. dann vor, wenn sich eine Drehzahländerung und/oder eine Luftmassenstromänderung und/oder eine Motormomentänderung und/oder eine Gaspedalstellungsänderung in einem vorgegebenen Zeitintervall im Wesentlichen nicht ändert. Vorteilhafterweise wird für vorgestellte Verfahren überprüft, ob eine geringe Änderung der relativen Luftmasse (ratMAir) in einem vorgegebenen Zeitintervall vorliegt. Überschreitet die Änderung der relative Luftmasse (ratMAir) einen vorgebbaren Schwellenwert im Zeitintervall nicht, so kann von einem stationären bzw. quasi-stationären Betriebspunkt für die Brennkraftmaschine 100 ausgegangen werden und es wird eine Freigabe erteilt.
Ein weiteres notwendiges Kriterium für das Verfahren ist, dass ein Splitfaktor facSplt zwischen eins und null liegt. Der Splitfaktor gibt die Aufteilung für die eingespritzte Kraftstoffmenge über das Saugrohr- und Direkteinspritzventil vor.
Der Vorteil des Verfahrens im Vergleich mit den bekannten Verfahren des Stands der Technik liegt darin, dass die Diagnose des Saugrohr- und des Direkteinspritzpfad bei gleichzeitigem Betrieb von Saugrohr- und Direkteinspritzung durchgeführt werden kann. Keiner der Pfade muss für die Diagnose abgeschaltet werden (intrusive test).
Eine Freigabe zur Fortführung des Verfahrens in Schritt 510 wird also dann erteilt, wenn ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebszustand erkannt wird. Eine weitere Freigabebindung ist vorzugsweise das Überschreiten einer vorgebbaren Temperatur durch die aktuelle Motortemperatur. Die Motortemperatur wird vorzugsweise durch einen Temperatursensor oder durch ein auf Sensorwerten basierendes Temperaturmodell durch das Steuergerät 115 ermittelt.
In einem Schritt 510 wird der aktuelle Wert für die relativen Luftmasse ratMAir, die relative Einspritzmenge ratMFu_ges und der Splitfaktor facSplt im Steuergerät 115 eingelesen und abgespeichert. Vorzugsweise kann anstelle der relativen Einspritzmenge ratMFu_ges auch die notwendige Einspritzmenge ratMFu_not verwendet werden, wobei die notwendige Einspritzmenge ratMFu_not der Einspritzmenge entspricht, die zur Erreichung des durch den Lambdakoordinator vorgegebenen Soll-Lambdas entspricht.
Der Splitfaktor facSplt wird dabei in Abhängigkeit des aktuellen Motorbetriebspunkts aus einem oder mehreren Kennfeldern im Steuergerät 115 ermittelt. Das Einlesen dieser Größen wird vornehmlich mit jeder Einspritzung von Kraftstoff vorgenommen.
Die im Schritt 510 zum jeweiligen Einspritzvorgang ermittelten Größen bilden eine entsprechende aktuelle Datenbasis. Vorzugsweise werden mit dem Splitfaktor facSplt noch die Größen für die relativen Luftmasse ratMAir_GDI des Direkteinspritzpfads GDI und die relative Luftmasse ratMAir_PFI des Saugrohreinspritzpfads PFI ermittelt. Bei einem Splitfaktor facSplt von Eins erfolgt der Einspritzbetrieb vollständig über die Saugrohreinspritzung (PFI). Bei einem Splitfaktor facSplt von Null hingegen erfolgt ein vollständiger Direkteinspritzbetrieb, bei Werten zwischen Null und Eins handelt es sich um den bekannten Splitbetrieb. Hierbei erfolgt die Einspritzung über beide Einspritzpfade. Die virtuellen relativen Luftmassen ratMAir_PFI; ratMAir_GFI werden anhand folgender Formeln im Steuergerät 115 ermittelt: $r a t M A i r_{P F I} = r a t M A i r_{g e s} \cdot f a c S p l t$
$r a t M A i r_{G D I} = r a t M A i r_{g e s} \cdot (1 - f a c S p l t)$
In einem Schritt 520 wird anschließend die aktuelle Datenbasis ratMFu_Ges; ratMAir_Ges; ratMAir_PFI; ratMAir_GDI; facSplt für eine Gemischadaption herangezogen und in einem Kennfeld K₁ abgespeichert. Vorzugsweise wird in Abhängigkeit der ermittelten relativen Luftmasse ratMAir_ges und dem aktuellen Splitfaktor facSplt ein in einem Kennfeld K₁ vorgebbarer Bereich ermittelt und anschließend die Datenbasis gespeichert. Die Anzahl an Bereichen ist dabei frei konfigurierbar und wird im Vorfeld einer Applikationsphase in Abhängigkeit von Lastbereichen und Splitfaktoren im Steuergerät 115 definiert. Das Kennfeld K₁ enthält dabei die Größen der relativen Einspritzmenge ratMFu_ges, der relativen Luftmasse ratMAir_Ges und dem Splitfaktor facSplt. Vorzugsweise können zusätzlich zur relativen Luftmasse ratMAir_Ges auch die relative Luftmassen ratMAir_PFI; ratMAir_GDI des Saugrohrdruckpfads PFI oder des Direkteinspritzungspfads GDI verwendet werden. Das Kennfeld K₁ weist vorzugsweise mindestens drei Bereiche auf.
In einem Schritt 530 wird die im Schritt 510 ermittelte Datenbasis mit den bereits im Kennfeld K₁ gespeicherten Werten zu den jeweiligen Mittelwerten ratMFu _ges; ratMAir _ges; ratMAir _PFI ; ratMAir _GDI verrechnet und gespeichert. Im Initialzustand für das Steuergerät 115 sind hierbei noch nicht genügend Messungen für die Erstellung der Mittelwerte im Kennfeld K₁ vorhanden. Daher erfolgt hierbei eine Prüfung im Steuergerät 115, ob eine vorgebbare Anzahl von Messungen pro Bereich erfolgt ist. Wird die vorgebbare Anzahl von weniger als drei Messungen pro Bereich unterschritten, wird das Verfahren im Schritt 500 von vorne fortgesetzt. Wird die vorgebbare Anzahl von Messungen überschritten, wird das Verfahren im Schritt 540 fortgesetzt.
In einem Schritt 540 werden anschließend auf Grundlage der Datenbasis des Kennfelds K₁ ein Offsetwert ratLamAdpn_ges und jeweils ein Adaptionswert facLamAdpn_PFI für den Saugdruckeinspritzpfad PFI und ein Adaptionswert facLamAdpn_GDI für den Direkteinspritzpfad GDI ermittelt. Hierzu wird das folgende Gleichungssystem gelöst: $(\begin{matrix} {\bar{r a t M F u}}_{g e s,1} \\ ⋮ \\ {\bar{r a t M F u}}_{g e s,1} \end{matrix}) = (\begin{matrix} {\bar{r a t M A i r}}_{P F I,1} & {\bar{r a t M A i r}}_{G D I,1} & 1 \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ {\bar{r a t M A i r}}_{P F I, n} & {\bar{r a t M A i r}}_{G D I, n} & 1 \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} f a c L a m A d p n_{P F I} \\ f a c L a m A d p n_{G D I} \\ r a t L a m A d p n_{g e s} \end{matrix})$
Man erhält den einheitlichen Offsetwert ratLamAdpn_ges sowie einen ersten Adaptionswert facLamAdpn_GDI für den Direkteinspritzungspfad GDI und einen zweiten Adaptionswert facLamAdpn_PFI für den Saugrohreinspritzpfad PFI.
In einem Schritt 550 werden der erste und der zweite Adaptionswert facLamAdpn_GDI; facLamAdpn_PFI sowie der Offsetwert ratLamAdpn_ges einem auf dem Steuergerät 115 berechneten Einspritzmodell zugeführt. Das Einspritzmodell ermittelt dabei in Abhängigkeit des ersten und zweiten Adaptionswerts sowie des Offsetwerts eine adaptierte Gemischbildung und führt die Einspritzung im nächsten Einspritzvorgang aus.
In einem Schritt 560 wird überprüft, ob der erste Adaptionswert facLamAdpn_GDI für die Direkteinspritzung GDI innerhalb eines vorgebbaren Schwellenwertband S₁ liegt. Über- oder unterschreitet der erste Adaptionswert facLamAdpn_GDI das Schwellenwertband S₁, so liegt ein Defekt für die Direkteinspritzung GDI vor. Zusätzlich kann im Fall eines festgestellten Defekts, ein Fehlerkoordinator unterschiedliche Ersatzreaktionen durchführen. Das Schwellenwertband S₁ ist durch einen vorgebbaren oberen und unteren Schwellenwert definiert. Vorzugsweise wird eine Fehlerkontrollleuchte im Armaturenbrett aktiviert, oder das Fahrzeug wird in einen Notbetrieb überführt. Anschließend wird das Verfahren im Schritt 570 fortgeführt.
In einem Schritt 570 wird überprüft, ob der zweite Adaptionswert facLamAdpn_PFI für die Saugrohreinspritzung PFI innerhalb eines vorgebbaren Schwellenwertband S₂ liegt. Über- oder unterschreitet der zweite Adaptionswert facLamAdpn_PFI das Schwellenwertband S₂, so liegt ein Defekt für die Saugrohreinspritzung PFI vor.
Zusätzlich kann im Falle eines festgestellten Defekt, ein Fehlerkoordinator unterschiedliche Ersatzreaktionen durchführen. Das Schwellenwertband S₂ ist durch einen vorgebbaren oberen und unteren Schwellenwert definiert.
Vorzugsweise wird eine Fehlerkontrollleuchte im Armaturenbrett aktiviert, oder das Fahrzeug in einen Notbetrieb überführt.
Im Anschluss wird das Verfahren im Schritt 500 von Vorne begonnen.
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

DE 10256906 A1 [0004]
DE 102015216119 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Adaption einer Gemischbildung einer Brennkraftmaschine (115) mit einer dualen Kraftstoffzumessvorrichtung, bei der eine saugrohrbasierte und eine direkte Kraftstoffzumessung in einem Mischbetrieb durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Adaptionswert (facLamAdpn_PFI) für die Saugrohreinspritzung (PFI) und ein zweiter Adaptionswert (facLamAdpn_GFI) für die Direkteinspritzung (GDI) und ein Offsetwert (ratLamAdpn_ges) für die Einspritzmenge in einem Mischbetrieb ermittelt werden, wobei die Gemischbildung in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Adaptionswerts (facLamAdpn_GFI;facLamAdpn_PFI) und des Offsetwert (ratLamAdpn_ges) adaptiert und diagnostiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Freigabe für die Adaption der Gemischbildung erteilt wird, wenn ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebszustand für die Brennkraftmaschine (115) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein stationärer oder quasi-stationärer Zustand vorliegt, wenn in einem vorgebbaren Zeitraum eine Änderung der relativen Luftmasse (ratMAir_ges) einen vorgebbaren Schwellenwert nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Adaptionswert (facLamAdpn_PFI) für die Saugrohreinspritzung (PFI), ein zweiter Adaptionswert (facLamAdpn_GDI) für die Direkteinspritzung (GDI) und ein Offsetwert (ratLamAdpn_Ges) in Abhängigkeit einer relativen Luftmasse (ratMAir), einer Einspritzmenge (ratMFu_ges) und eines Splitfaktors (facSplt) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufteilung der relativen Luftmasse (ratMAir) in eine relative Luftmasse (ratMAir_PFI) des Saugrohrdruckpfads (PFI) und einer relativen Luftmasse (ratMAir_GDI) des Direkteinspritzungspfads (GDI) in Abhängigkeit des Splitfaktors (facSplt) durchgeführt wird, wobei die in einem aktuellen Einspritzvorgang ermittelten Werte für die relative Luftmasse (ratMAir), der Einspritzmenge (ratMFu_ges), des Splitfaktors (facSplt), der relativen Luftmasse (ratMAir_PFI) des Saugrohrdruckpfads (PFI) und der relativen Luftmasse (ratMAir_GDI) des Direkteinspritzungspfads (GDI) innerhalb eines Kennfelds (K₁) zu Mittelwerten gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein n-dimensionales lineares Gleichungssystem bestehend aus je n Mittelwerten für die Einspritzmenge (ratMFu _ges), die relative Luftmasse (ratMAir _PFI) des Saugrohrdruckpfads (PFI) und die relative Luftmasse (ratMAir _GDI) des Direkteinspritzungspfads (GDI) und den zu bestimmenden ersten Adaptionswert (facLamAdpn_PFI) für die Saugrohreinspritzung (PFI), den zweiten Adaptionswert (facLamAdpn_GFI) für die Direkteinspritzung (GDI) und den Offsetwert (ratLamAdpn_ges) für die Einspritzmenge, wobei n der Anzahl der Bereiche im Kennfeld (K₁) entspricht, gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwerte für die Einspritzmenge (ratMFu_ges), die relative Luftmasse (ratMAir _PFI) des Saugrohrdruckpfads (PFI) und die relative Luftmasse (ratMAir _GDI) des Direkteinspritzungspfads (GDI) aus mindestens drei Messwerten pro Bereich des Kennfeldes (K₁) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der erster Adaptionswert (facLamAdpn_GDI) ein vorgebbares Schwellenwertband (S₁) über- oder unterschreitet, ein Defekt für die Direkteinspritzung (GDI) erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der zweiter Adaptionswert (facLamAdpn_PFI) ein vorgebbares Schwellenwertband (S₂) über- oder unterschreitet, ein Defekt für die Saugrohreinspritzung (PFI) erkannt wird.
Recheneinheit (115), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (115) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (115) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.