DE102021211658A1

DE102021211658A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der kraftstoffeinspritzung einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102021211658A1
Application number: DE102021211658.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Jörg
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2023-04-20
Also published as: CN118019904A; WO2023063191A1; DE112022003501T5

Abstract

Der vorliegende Gegenstand bezieht sich auf ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Verringern von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Partikelemissionen einer Brennkraftmaschine, insbesondere unter den Bedingungen einer kalten Kraftmaschine. Dies wird durch das Steuern der Kraftstoffeinspritzung mittels eines Einspritzprofils erreicht, das mehrere Kraftstoffeinspritzungen umfasst. Das Profil wird durch das Setzen eines Einspritzsignals zu vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen eine berechnete Sprüheindringlänge kleiner als ein oder gleich einem Sprüheindringlängenschwellenwert ist, auf einen positiven Wert und das Rücksetzen des Einspritzsignals zu vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt, auf null erzeugt, bis eine auf der Grundlage des zuvor erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils berechnete Kraftstoffmenge eine vorgegebene Kraftstoffmenge übersteigt.

Description

Der vorliegende Gegenstand bezieht sich auf ein Verfahren und eine Steuervorrichtung einer Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mittels eines mehrere Kraftstoffeinspritzungen umfassenden Einspritzprofils, das abhängig von einer berechneten Sprüheindringlänge des einzuspritzenden Kraftstoffs erzeugt wird.
Die künftigen strengen gesetzlichen Bestimmungen erfordern eine weitere Verringerung der Emissionen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in der Kaltstartphase. Dies erfordert sowohl eine Verringerung der Rohemissionen als auch eine frühe Betriebsbereitschaft des Katalysators. Das schnelle Erwärmen des Katalysators erfordert einen späten Zündzeitpunkt und die Einspritzung einer geringen Kraftstoffmenge kurz vor der Zündung. Um die Rohemissionen, insbesondere die Kohlenwasserstoff- und Partikelemissionen, gleichzeitig zu verringern, ist es zwingend erforderlich, eine Wandbenetzung in der Verbrennungskammer zu vermeiden. Dies ist nicht nur in der Kaltstartphase erforderlich, sondern ist eine allgemeine Anforderung an die Kraftstoffeinspritzung. Die Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff ist als wichtige Maßnahme bekannt, um die oben beschriebenen Herausforderungen zu bewältigen. Es erfordert jedoch einen hohen Kalibrierungsaufwand, um das optimale Einspritzprofil unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu definieren. Folglich gibt es einen Bedarf an einer automatischen Bestimmung des Einspritzzeitpunkts von Mehrfacheinspritzungen im Zusammenhang mit verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten, die im gesamten Kraftmaschinenkennfeld verwendet werden.
Patentschrift 1: US 7770813 B2
Die Patenschrift 1 beschreibt ein Verfahren zum Verringern des Sprüheindringens unter Verwendung von Mehrfacheinspritzungen und Bereitstellen einer Haltezeit zwischen den aufeinanderfolgenden Einspritzereignissen, das es ermöglicht, dass jedes aufeinanderfolgende Einspritzereignis von anderen aufeinanderfolgenden Einspritzereignissen unabhängig ist, so dass das gesamte Sprüheindringen der gesamten Einspritzereignisses bezüglich desjenigen eines einzelnen Fluideinspritzereignisses verringert ist.
Die Lehre der Patentschrift 1 sieht jedoch weder eine automatische Erzeugung des Einspritzprofils vor, noch berücksichtigt sie unterschiedliche Verbrennungsbetriebsarten, die es erfordern, dass der Einspritzzeitpunkt auf den Zündzeitpunkt ausgerichtet ist.
Es ist eine Aufgabe des beschriebenen Gegenstandes, eine modellbasierte Erzeugung eines Einspritzprofils zu schaffen, das die Anforderungen verschiedener Verbrennungsbetriebsarten an verschiedenen Arbeitspunkten einer Brennkraftmaschine berücksichtigt.
Die oben beschriebene Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere bevorzugte Entwicklungen sind durch die abhängigen Ansprüche beschrieben.
Der beanspruchte Gegenstand umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine (im Folgenden außerdem kurz „Kraftmaschine“). Vorzugsweise kann die Kraftmaschine eine fremdgezündete Kraftmaschine sein. Am bevorzugtesten kann die Kraftmaschine eine fremdgezündete Kraftmaschine mit einer direkten Kraftstoffeinspritzung sein.
Die Brennkraftmaschine umfasst wenigstens einen Zylinder, in dem eine Verbrennungskammer durch eine Zylinderwand, einen Zylinderkopf und eine Oberseite eines Kolbens ausgebildet ist. Der Kolben bewegt sich, angetrieben durch eine Kurbelwelle, in dem Zylinder hin und her. Der Kolben kann über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden sein. Vorzugsweise kann sich der Kolben um den Kolbenhub s von einem unteren Totpunkt (UTP) zu einem oberen Totpunkt (OTP) bewegen. Der kurbelwinkelabhängige Kolbenhub s kann mit der folgenden Formel bestimmt werden, wobei j den Kurbelwinkel bezeichnet, r die Hublänge der Kurbelwelle bezeichnet und λ_s das Pleuelverhältnis bezeichnet: $s (φ) = r \cdot [(1 - c o s φ) + \frac{1}{λ_{s}} (1 - \sqrt{1 - λ_{s}^{2} \cdot sin φ})]$
Die Kraftmaschine umfasst ferner wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse, die konfiguriert ist, Kraftstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen. Vorzugsweise kann die wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse eine Hochdruckeinspritzdüse sein, die konfiguriert ist, Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer einzuspritzen. Die Hochdruckeinspritzdüse kann durch ein Solenoidventil oder ein Piezoelement angetrieben sein.
Weiterhin umfasst die Kraftmaschine wenigstens eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, die Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Vorzugsweise kann die Steuervorrichtung die Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) sein. Die Steuervorrichtung kann in die Brennkraftmaschine integriert sein oder kann alternativ an einer von der Brennkraftmaschine entfernten Stelle innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei die Steuervorrichtung und die Kraftmaschine über eine oder mehrere Signalleitungen verbunden sein können. Die Steuervorrichtung kann die Kraftmaschinensteuervorrichtung (ECU) oder eine oder mehrere separate Steuervorrichtungen sein.
Gemäß dem beanspruchten Gegenstand wird die Kraftstoffeinspritzung durch das Vergleichen einer berechneten Sprüheindringlänge des in die Verbrennungskammer einzuspritzenden Kraftstoffs mit einem Sprüheindringlängenschwellenwert zu vorgegebenen Zeitpunkten eines Einspritzzyklus gesteuert.
Um eine Wand- und Kolbenbenetzung in der Verbrennungskammer zu vermeiden, muss die Sprüheindringlänge des einzuspritzenden Kraftstoffs kürzer als der Abstand zwischen der Sprühöffnung und der Zylinderwand und der Abstand zwischen der Sprühöffnung und dem Kolben sein. Der Abstand der Sprühstrahlen von der Zylinderwand wird berücksichtigt, wenn eine Einspritzdüse für eine spezielle Kraftmaschine durch das Ausführen eines sogenannten Sprühzielens ausgewählt wird, das die Stelle der Sprühstrahlen in der Verbrennungskammer veranschaulicht. Folglich kann der erforderliche Schwellenwert für die Eindringlänge des Sprühstrahls auf den Abstand zwischen der Sprühöffnung und der Oberseite des Kolbens verringert werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Die Sprüheindringlänge des einzuspritzenden Kraftstoffs kann von mehreren Parametern abhängen. Die wichtigsten Parameter können der Kraftstoffdruck und der Druck und die Temperatur in der Verbrennungskammer sein. Diese Parameter können in dem im Folgenden beschriebenen physikalischen Modell zum Berechnen der Sprüheindringlänge berücksichtigt werden.
Gemäß dem beanspruchten Verfahren ist der erste vorgegebene Zeitpunkt zum Ausführen des Vergleichs ein Ende des Einspritzzyklus. Der Begriff „Einspritzzyklus“ soll als der (die) Bereich(e) des Kraftmaschinenarbeitszyklus verstanden werden, in dem (denen) die Einspritzung stattfinden sollte, um ein Drehmoment zu erzeugen und die Anforderungen der vorgegebenen Verbrennungsbetriebsart zu erfüllen. Ein vollständiger Einspritzzyklus, der unabhängig von der Verbrennungsbetriebsart sein kann, kann kurz nach dem Schließen der Auslassventile beginnen und kurz vor dem Zündzeitpunkt enden. Abhängig von der Verbrennungsbetriebsart kann der Einspritzzyklus jedoch variieren, z. B. kann der Einspritzzyklus in der Betriebsart homogener Verbrennung vor dem Ende des Einlasstakts enden, um eine homogene Zylinderladung zu erreichen. Dies bedeutet, dass sich in der Betriebsart homogener Verbrennung das Ende des Einspritzzyklus z. B. vor dem unteren Totpunkt befinden kann. Im Gegensatz kann in der Schichtbetriebsart das letzte Einspritzereignis z. B. kurz vor dem Zündzeitpunkt enden. Das Beginnen der Berechnung am Ende des Einspritzzyklus berücksichtigt die Bedingungen der verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten, die eine Ausrichtung der letzten Einspritzung auf die Zündung erfordern.
Basierend auf dem Vergleich der berechneten Sprüheindringlänge mit dem Sprüheindringlängenschwellenwert wird ein Kraftstoffeinspritzprofil erzeugt, das mehrere Einspritzungen umfasst. Dies wird durch das Setzen eines Einspritzsignals zu den vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge kleiner als der oder gleich dem Sprüheindringlängenschwellenwert ist, auf einen positiven Wert und das Rücksetzen des Einspritzsignals zu den vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt, auf null ausgeführt. Mit anderen Worten, der Einspritzzeitpunkt und die Dauer der Mehrfacheinspritzungen können erzeugt werden, indem eine Einspritzung nur zugelassen wird, falls die Sprüheindringlänge kleiner als der oder gleich dem Sprüheindringlängenschwellenwert ist, der die maximal zulässige Sprüheindringlänge repräsentiert. Durch das Setzen eines Einspritzsignals auf einen beliebigen positiven Wert, z. B. auf eins, falls eine Sprüheindringlänge zulässig ist, und das Rücksetzen des Einspritzsignals auf null, wenn eine Sprüheindringlänge nicht zulässig ist, kann ein durch die Steuervorrichtung an die Einspritzdüse auszugebendes Signal erzeugt werden, das das Kraftstoffeinspritzprofil repräsentiert. Falls die Zeit zwischen dem Setzen und Rücksetzen des Einspritzsignals kleiner als die minimale Betätigungszeit der Einspritzdüse ist, wird das Einspritzsignal in diesem Bereich auf null gesetzt.
Die Erzeugung des Kraftstoffeinspritzprofils wird ausgeführt, bis eine auf der Grundlage des zuvor erzeugten Einspritzprofils berechnete Kraftstoffmenge eine vorgegebene Kraftstoffmenge übersteigt. Die vorgegebene Kraftstoffmenge kann die Gesamtkraftstoffmenge sein, die erforderlich ist, um den Drehmoment- und/oder Lambdasteueranforderungen zu entsprechen. Nach dem Abschließen der Erzeugung des Kraftstoffeinspritzprofils wird dieses an die Einspritzdüse zum Ausführen der Einspritzung gesendet.
Das beanspruchte Verfahren berechnet automatisch das vollständige Einspritzprofil, d. h., die Anzahl der Einspritzungen und den Start- und Endzeitpunkt jeder Einspritzung für den anschließenden Einspritzzyklus. Die Berechnung wird rückwärts beginnend von dem Ende eines Einspritzzyklus ausgeführt, wobei die Berechnung am Beginn eines Einspritzereignisses beendet wird. Dies ermöglicht das Anpassen der Mehrfacheinspritzungen an unterschiedliche Verbrennungsbetriebsarten, so dass die Emissionen und der Kraftstoffverbrauch gleichzeitig optimiert werden können.
Gemäß einem Aspekt kann der Sprüheindringlängenschwellenwert abhängig von einer Position des Kolbens und einer vorgegebenen Verbrennungsbetriebsart bestimmt werden.
Wie oben erklärt worden ist, nimmt das beanspruchte Verfahren eine an die Verbrennungskammer angepasste Einspritzdüse an, so dass nur der Abstand zwischen der Sprühöffnung und der Oberseite des Kolbens berücksichtigt werden muss, wenn der Sprüheindringlängenschwellenwert bestimmt wird. Ein geometrischer Schwellenwert für die Eindringlänge des Sprühstrahls kann unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: $S P L_{t h r e s,0} (φ) = \frac{1}{sin (α)} \cdot d (φ)$
In Formel (2) bezeichnet a den Winkel zwischen einer Mittelachse eines Sprühstrahls und der Mittelachse des Zylinders und bezeichnet d den Abstand zwischen der Sprühöffnung der Einspritzdüse und der Oberseite des Kolbens, der gemäß Formel (1) vom Kolbenhub s abhängig ist und folglich vom Kurbelwinkel j abhängig ist:
Um jedoch die Anforderungen verschiedener Verbrennungsbetriebsarten, die im Kraftmaschinenkennfeld vorgegeben sind, zusätzlich zu berücksichtigen, muss der Sprüheindringlängenschwellenwert angepasst werden.
Die vorgegebenen Verbrennungsbetriebsarten können z. B. eine Magerverbrennung mit einer geschichteten Zylinderladung, eine Magerverbrennung mit einem Gemisch aus einer homogenen und einer geschichteten Zylinderladung und eine homogene Verbrennung mit einer stöchiometrischen Zylinderladung sein.
Es ist das Prinzip des Schichtladungsbetriebs, ein Gemisch zu liefern, das für die Verbrennung in der Nähe der Zündkerze ausreichend fett ist, während der Rest des Zylinders ein sehr mageres Gemisch empfängt. Der Schichtladungsbetrieb ermöglicht einen verringerten Kraftstoffverbrauch, wenn bei niedrigeren Lasten aufgrund verringerter Pumpverluste und einer insgesamt mageren Verbrennung gefahren wird. Um eine stabile Zündung des Gemischs in der Nähe der Zündkerze zu erreichen, werden mehrere Einspritzungen während des Verdichtungstakts ausgeführt, wobei die letzte Einspritzung kurz vor der Zündung stattfindet. Dies bedeutet, dass der Sprüheindringlängenschwellenwert z. B. während des Einlasstakts und während der ersten Hälfte des Verdichtungstakts auf null gesetzt sein kann, um die Anforderungen der Verbrennungsbetriebsart in die Erzeugung des Kraftstoffeinspritzprofils einzubeziehen.
Um die Vorteile der Magerverbrennung sogar bei mittleren Lasten zu nutzen, wird in diesem Bereich des Kraftmaschinenkennfeldes eine Magerverbrennung mit einer Mischung aus einer homogenen und einer geschichteten Zylinderladung verwendet. Um eine homogene Ladung zu erreichen, werden eine oder mehrere Einspritzungen während des Einlasstaktes ausgeführt. Das geschichtete Gemisch wird dann durch eine oder mehrere weitere Einspritzungen während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts bis kurz vor der Zündung erzeugt. Folglich kann der Sprüheindringlängenschwellenwert z. B. während der ersten Hälfte des Verdichtungstakts auf null gesetzt sein.
Für eine homogene Verbrennung ist keine Einspritzung während des Verdichtungstakts erforderlich, so dass der Sprüheindringlängenschwellenwert z. B. während des Verdichtungstakts auf null gesetzt sein kann.
Gemäß einem Aspekt kann die Sprüheindringlänge des einzuspritzenden Kraftstoffs unter Verwendung eines physikalischen Modells berechnet werden, das alle relevanten Einflüsse, wie z. B. den Kraftstoffdruck und den Druck und die Temperatur in der Verbrennungskammer, berücksichtigt. Das Modell wird durch die folgende Formel dargestellt, in der k einen Kalibrierungsparameter bezeichnet, der vom Druck p_cyl, der Temperatur T_cyl und der Gaskonzentration x_cyl in der Verbrennungskammer abhängt, Dp die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Zylinderdruck bezeichnet, t die Zeit nach dem Beginn der Einspritzung bezeichnet und a, b Gewichtungskoeffizienten der Druckdifferenz Dp und der Zeit t bezeichnen: $\begin{array}{l} S P L = k \cdot {(Δ p)}^{a} \cdot t^{b} \\ mit k = ƒ (p_{c y l}, T_{c y l}, x_{c y l}) . \end{array}$
Die Verwendung eines physikalischen Modells zum Bestimmen der Sprüheindringlänge verbessert die Berechnungsrobustheit und das Extrapolationsverhalten im Vergleich zu einer kennfeldbasierten Kalibrierung.
Gemäß einem Aspekt kann ein Beginn einer Einspritzung durch eine Rückwärtsberechnung zu einem Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt. Der Zeitraum/Abstand zwischen dem Beginn der Einspritzung und dem Zeitpunkt, zu dem der Sprühnebel den Sprüheindringlängenschwellenwert erreicht hat, kann unter Verwendung eines Kennfeldes identifiziert werden, das zuvor über die Testdaten aus Einspritzdüsensprühexperimenten kalibriert worden sein kann.
Gemäß einem Aspekt kann ein Zeitraum des Kraftstoffeinspritzprofils zwischen einer Abfallflanke durch das Rücksetzen des Einspritzsignals auf null und einer anschließenden Anstiegsflanke durch das Setzen des Einspritzsignals auf den positiven Wert länger als ein vorgegebener Zeitschwellenwert sein. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen dem Ende einer Einspritzung und dem Beginn einer anschließenden Einspritzung kann länger als ein vorgegebener Zeitschwellenwert sein. Der vorgegebene Zeitschwellenwert kann die Haltezeit der Einspritzdüse sein, oder es kann, falls erforderlich, ein zusätzlicher Ausgleich zur Haltezeit hinzugefügt werden, um den Abstand zwischen zwei Einspritzereignissen ferner zu vergrößern oder zu verkleinern.
Gemäß einem Aspekt kann das Ende des Einspritzzyklus abhängig von der vorgegebenen Verbrennungsbetriebsart in Bezug auf einen Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Wie oben erklärt worden ist, kann die Dauer eines Einspritzzyklus im Sinne des beanspruchten Gegenstands von der Verbrennungsbetriebsart abhängen. Um eine optimale Zündfähigkeit und Verbrennungsstabilität sicherzustellen, kann das Ende des Einspritzzyklus ferner in Bezug auf einen Zündzeitpunkt bestimmt werden. Dies bedeutet, dass, falls sich der Zündzeitpunkt verschiebt, das vollständige Einspritzprofil automatisch ebenfalls verschoben wird, um einen konstanten Abstand zwischen dem Ende der letzten Einspritzung und der Zündung aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem Aspekt wird das Einspritzprofil durch eine am Ende des Einspritzzyklus beginnende Rückwärtsberechnung erzeugt. Eine Anstiegsflanke, die als die erste bestimmt wird, kann ein Ende einer letzten Einspritzung kennzeichnen, während eine Abfallflanke, die als die letzte bestimmt wird, einen Beginn einer ersten Einspritzung kennzeichnen kann. Mit anderen Worten, aufgrund der am Ende des Einspritzzyklus beginnenden Rückwärtsberechnung kann ein erstes Festlegen des Einspritzsignals (eine erste Anstiegsflanke) das Ende einer letzten Einspritzung repräsentieren, während eine letzte Abfallflanke des Einspritzsignals den Beginn der ersten Einspritzung repräsentieren kann. Die letzte Abfallflanke des Einspritzsignals kann abhängig von der vorgegebenen Kraftstoffmenge bestimmt werden, wie im Folgenden erklärt wird.
Gemäß einem Aspekt wird die auf der Grundlage des zuvor erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils berechnete Kraftstoffmenge/Gesamtkraftstoffmenge jedes Mal bestimmt, wenn das Einspritzsignal rückgesetzt wird. Zuerst kann unter Verwendung eines physikalischen Hydraulikmodells eine Kraftstoffmenge/Kraftstoffmenge einer Einspritzung berechnet werden, die einer Zeitdauer zwischen einer letzten Abfallflanke und einer vorherigen Anstiegsflanke des Kraftstoffeinspritzprofils entspricht. Mit anderen Worten, die Kraftstoffmenge der letzten Einspritzung, deren Einspritzdauer durch die Zeit zwischen der letzten Abfallflanke und der vorhergehenden Anstiegsflanke definiert ist, kann berechnet werden. Dann kann die berechnete Kraftstoffmenge zu einer Summe der zuvor berechneten Kraftstoffmengen addiert werden, bis die Summe der zuvor berechneten Kraftstoffmengen die vorgegebene Kraftstoffmenge übersteigt.
Es wird ein physikbasiertes Modell verwendet, um die Massendurchflussmenge (MFR) jedes Einspritzereignisses zu berechnen. Das Modell kann durch die folgende Formel dargestellt werden: $M F R = C_{d} \cdot A \cdot \sqrt{2 \cdot ρ_{ƒ} \cdot Δ p}$
In Formel (4) bezeichnet C_d den Strömungskoeffizienten der Einspritzdüse, bezeichnete den Öffnungsquerschnitt der Einspritzdüse, bezeichnet r_f die Kraftstoffdichte und bezeichnet Dp für die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Zylinderdruck. Die Kraftstoffmenge jeder Einspritzung kann durch Integrieren der Massendurchflussmenge (MFR) über die zuvor bestimmte Einspritzdauer berechnet werden.
Gemäß einem Aspekt kann der Beginn der ersten Einspritzung basierend auf einer Differenz zwischen der auf der Grundlage des zuvor erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils berechneten Kraftstoffmenge und der vorgegebenen Kraftstoffmenge bestimmt werden.
Wie oben erklärt worden ist, stellt das beanspruchte Verfahren sicher, dass die Gesamtkraftstoffmenge (Summe aller einzelnen Einspritzereignisse) einer vorgegebenen Kraftstoffmenge, die z. B. von der Lambda- oder Drehmomentsteuerung benötigt wird, entspricht. Deshalb überprüft das Verfahren die Gesamtkraftstoffmenge nach jedem Berechnungsschritt und stoppt die Berechnung, falls die vorgegebene Kraftstoffmenge erreicht ist. In dieser Weise wird nur das früheste Einspritzereignis für die Einstellung/Steuerung der vorgegebenen Kraftstoffmenge verwendet. Dies ist vorteilhaft, weil das früheste Einspritzereignis den größten Abstand vom Funkenereignis hat und deshalb keine Störung des Zündverhaltens verursacht.
Gemäß einem Aspekt sind die vorgegebenen Zeitpunkte des Einspritzzyklus, zu denen das Kraftstoffeinspritzprofil bestimmt wird, in äquidistanten Intervallen bezüglich eines Kurbelwellenwinkels der Brennkraftmaschine angeordnet.
Die äquidistanten Intervalle können abhängig von den Rechenbetriebsmitteln und der erforderlichen Rechengenauigkeit z. B. 1 °KW, 0,5 ° KW, 0,1 ° KW betragen. Mit anderen Worten, das Verfahren wird auf der Grundlage einer kurbelwinkelaufgelösten Berechnung ausgeführt, was bedeutet, dass es von der Kraftmaschinendrehzahl unabhängig ist.
Der beanspruchte Gegenstand enthält ferner eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die konfiguriert ist, das oben beschriebene Verfahren oder dessen Aspekte auszuführen, und eine Brennkraftmaschine, die die Steuervorrichtung umfasst. In diesem Kontext bedeutet „die Steuervorrichtung umfassen“, dass die Steuervorrichtung in die Brennkraftmaschine integriert sein kann oder alternativ an einer von der Brennkraftmaschine entfernten Position im Fahrzeug angeordnet sein kann und die Steuervorrichtung und die Kraftmaschine über eine oder mehrere Signalleitungen verbunden sein können.
Weiterhin enthält der beanspruchte Gegenstand sowohl ein in einem Speicher speicherbares Computerprogrammprodukt, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch einen Computer oder eine Recheneinheit ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das oben beschriebene Verfahren oder dessen Aspekte auszuführen, als auch ein computerlesbares [Speicher-] Medium, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren oder dessen Aspekte auszuführen.
Zusammenfassend ermöglicht der beanspruchte Gegenstand, die Emissionen einer Brennkraftmaschine und gleichzeitig deren Kalibrierungsaufwand durch das Ausführen einer Mehrfacheinspritzung auf der Grundlage eines modellbasierten automatisch erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils zu verringern. Weiterhin werden die Anforderungen unterschiedlicher Verbrennungsbetriebsarten für die Mehrfacheinspritzung berücksichtigt, wenn das Kraftstoffeinspritzprofil erzeugt wird.
Im Folgenden wird der Gegenstand basierend auf wenigstens einem bevorzugten Beispiel bezüglich der beigefügten beispielhaften und schematischen Zeichnungen weiter erklärt, Es zeigen:

1 ein Beispiel einer fremdgezündeten Einzylinder-Kraftmaschine schematisch;
2a-2f eine Erzeugung eines Einspritzprofils gemäß dem beanspruchten Verfahren schematisch;
3 einen Ablaufplan, der die Verfahrensschritte des beanspruchten Verfahrens beispielhaft beschreibt;
4 ein Beispiel eines Kraftmaschinenkennfeldes;
5 unterschiedliche Sprühlängeneindringschwellenwerte abhängig von der jeweiligen Verbrennungsbetriebsart gemäß dem beanspruchten Verfahren beispielhaft; und
6a, 6b ein Beispiel der erreichten Emissionsverringerung unter Verwendung verschiedener Einspritzprofile gemäß dem beanspruchten Verfahren.

In 1 ist ein Beispiel für eine fremdgezündete Einzylinder-Kraftmaschine schematisch dargestellt, um den Hintergrund des beanspruchten Gegenstands zu erklären. Es ist für die Fachleute auf dem Gebiet klar, dass der beanspruchte Gegenstand nicht auf eine Einzylinder-Kraftmaschine eingeschränkt ist, sondern auf Kraftmaschinen mit irgendeiner Anzahl von Zylindern angewendet werden kann.
Die dargestellte Einzylinder-Kraftmaschine umfasst eine Verbrennungskammer 1, die durch die Zylinderwand 1a, die Oberseite des Kolbens 2 und einen (nicht dargestellten) Zylinderkopf, in dem das Einlassventil 3, das Auslassventil 4, die Kraftstoffeinspritzdüse 5 und die Zündkerze 6 angeordnet sind, ausgebildet ist. Der Kolben 2 kann sich im Zylinder durch den Kolbenhub s von einem unteren Totpunkt UTP zu einem oberen Totpunkt OTP bewegen.
Die Einspritzdüse 5 und die Zündkerze 6 sind elektrisch mit der Steuervorrichtung 7 verbunden. Die Steuervorrichtung 7 kann das Kraftstoffeinspritzprofil gemäß dem beanspruchten Verfahren bestimmen und es an die Einspritzdüse 5 senden. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 7 den Zündzeitpunkt der Zündkerze 6 steuern. Die Steuervorrichtung 7 kann in die Brennkraftmaschine integriert sein oder alternativ an einer von der Brennkraftmaschine entfernten Position innerhalb eines Fahrzeugs angeordnet sein, wobei die Steuervorrichtung 7 und die Kraftmaschine über eine oder mehrere Signalleitungen verbunden sein können. Die Steuereinrichtung 7 kann die Kraftmaschinensteuervorrichtung (ECU) oder eine oder mehrere separate Steuervorrichtungen sein.
In 1 ist der Kolben am UTP positioniert. Aus 1 kann abgeleitet werden, dass, falls der Kolben nah beim OTP positioniert ist, was der Fall ist, wenn die Einspritzung in der Nähe des Zündzeitpunkts stattfindet, nur eine kleine Kraftstoffeindringlänge zulässig ist, um eine Kolbenbenetzung zu vermeiden.
Das Phänomen der Wand- und Kolbenbenetzung ist in 2a in Verbindung mit dem resultierenden Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres,0 schematisch dargestellt. Solange wie sich der Kolben nah beim UTP befindet, kann keine Kolbenbenetzung, aber eine Wandbenetzung auftreten, die durch ein optimiertes Sprühzielen der Einspritzdüse verhindert werden kann, wie oben erklärt worden ist. Wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt nähert, kann der Sprühnebel anfangs auf die Außenseite des Kolbens auftreffen, wobei, wenn sich der Kolben weiterhin dem oberen Totpunkt nähert, sich der Auftreffpunkt in Richtung der Kolbenmitte bewegen kann. Das beschriebene Auftreffen des Kraftstoffs auf die Kolbenoberfläche definiert den geometrischen Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres,0, der durch Formel (2) ausgedrückt wird. Die Parameter der Formel (2) sind in 2b dargestellt, die ein Beispiel einer Verbrennungskammer 1 mit einem Kolben 2, einer Zündkerze 6 und einer Einspritzdüse 5 schematisch zeigt. Wie in 2b zu sehen ist, hängt die maximal zulässige Sprüheindringlänge SPL_thres,0 vom Winkel a zwischen einer Mittelachse eines Sprühstrahls 7 und der Mittelachse des Zylinders und dem Abstand d zwischen der Sprühöffnung der Einspritzdüse und der Oberseite des Kolbens ab, der vom Kolbenhub s abhängig ist.
2c zeigt ein Beispiel des Vergleichs der schrittweise berechneten Sprüheindringlänge SPL mit dem geometrischen Sprühberechnungslängenschwellenwert SPL_thres,0, der zu den Sprüheindringlängen der Mehrfacheinspritzungen führt. Das dargestellte Beispiel bezieht sich auf eine Verbrennungsbetriebsart mit Katalysatorerwärmung, bei der der Zündzeitpunkt nach dem oberen Zündtotpunkt OTPz stattfindet. Die Berechnung der Sprüheindringlänge SPL beginnt beim Zündzeitpunkt, um das Kraftstoffeinspritzprofil der späten Mehrfacheinspritzungen zu bestimmen, die erforderlich sind, um die Katalysatorerwärmung zu beschleunigen.
2d zeigt, dass die durch das Modell gemäß Formel (3) berechnete Sprüheindringlänge SPL sehr gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt, wobei die durchgezogene Linie die Modelldaten angibt und die gestrichelte Linie die experimentellen Daten angibt. Ferner kann basierend auf 2d gezeigt werden, wie der Beginn einer Einspritzung über eine Rückwärtsberechnung zu bestimmen ist. Zuerst wird der Abstand Δφ zwischen dem Beginn der hydraulischen Einspritzung φ_start,k und der aktuellen Position φ_act, an der der Sprühnebel eine bestimmte Sprühlänge SPL_k erreicht hat, identifiziert. Die Position φ_act ist in 2d durch eine vertikale gestrichelte Linie angegeben, die die x-Achse an der Position schneidet, an der die SPL-Kurve den Wert SPL_k erreicht hat. Der Beginn der hydraulischen Einspritzung φ_start,k ist außerdem durch eine gestrichelte vertikale Linie angegeben, die die x-Achse an der Position schneidet, an der die SPL-Kurve anzusteigen beginnt. Die Differenz zwischen den beiden Positionen ist der Abstand Δφ. Dieser Abstand Δφ kann z. B. unter Verwendung eines Kennfeldes, z. B. Δφ = Kennfeld(SPL_k, RP usw.), identifiziert werden, das zuvor über die Testdaten aus Einspritzdüsensprühexperimenten kalibriert worden ist. Dann kann basierend auf der Kenntnis der aktuellen Position φ_actual und dem Abstand Δφ der Beginn der Einspritzung z. B. durch das Subtrahieren des Abstandes Δφ von der aktuellen Position φ_actual, d. h., φ_start,k = φ_actual - Δφ, berechnet werden.
2e zeigt schematisch den Zeitpunkt und die Menge der späten Mehrfacheinspritzungen, die sich aus der Berechnung der in 2c gezeigten zulässigen Sprüheindringlänge ergeben. Es ist ein Kraftstoffeinspritzprofil dargestellt, das sechs Einspritzungen im Bereich um den OTP umfasst, um die Katalysatorerwärmung zu verbessern. Das Kraftstoffeinspritzprofil kann durch das Setzen des Einspritzsignals S_inj zu den vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge kleiner als der oder gleich dem Sprüheindringlängenschwellenwert ist, auf einen positiven Wert und das Rücksetzen des Einspritzsignals zu den vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt, auf null erzeugt werden. Aus 2f kann abgeleitet werden, dass die gemäß Formel (4) berechnete Kraftstoffmassenrate MFR außerdem sehr gut mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmt.
3 zeigt einen Ablaufplan, der die Prozessschritte des beanspruchten Verfahrens beispielhaft beschreibt. In einem ersten Schritt S100 kann der Sprüheindringschwellenwert SPL_thres gemäß Formel (2) bestimmt werden. Zusätzlich kann die Verbrennungsbetriebsart berücksichtigt werden, wie im Folgenden in Kombination mit 5 beschrieben wird. In Schritt S101 wird der Einspritzzähler k auf null gesetzt, so dass der Kurbelwinkel j, bei dem die Berechnung beginnen kann, auf den spätestmöglichen Kurbelwinkel j_latest, nämlich auf den Kurbelwinkel, der das Ende des Einspritzzyklus ist, gesetzt wird (S102). Im Fall des Einspritzzählers k > 0 kann der Kurbelwinkel zum Bestimmen der nächsten Einspritzung auf einen Kurbelwinkel j gesetzt werden, dessen Abstand vom aktuellen Kurbelwinkel j_act der Haltezeit des Einspritzdüse entspricht. Dies stellt sicher, dass der komponentenbezogene Abstand zwischen zwei Einspritzungen aufrechterhalten wird. Es kann außerdem möglich sein, den Kurbelwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen zu vergrößern oder zu verkleinern. Im Schritt S104 wird der Zähler der äquidistanten Intervalle zwischen den Berechnungsschritten auf i = 1 gesetzt, wobei im Schritt S105 die Sprüheindringlänge beim Kurbelwinkel j - 1, d. h., bei dem Kurbelwinkel vor dem aktuellen Kurbelwinkel, wenn das äquidistante Intervall auf 1 °KW gesetzt ist, berechnet wird.
Falls die berechnete Sprüheindringlänge SPL_k kleiner als der Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres ist, wird das Einspritzsignal S_inj auf 1 gesetzt (S106), wobei das Verfahren über den Schritt S106 zum nächsten Kurbelwellenwinkel übergeht, um dort die Sprüheindringlänge zu berechnen.
Falls die berechnete Sprüheindringlänge SPL_k gleich dem oder größer als der Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres ist, wird die Sprüheindringlängenberechnung für die aktuelle Einspritzung beendet und das Einspritzsignal S_inj auf 0 gesetzt (S108). Anschließend wird basierend auf der berechneten Sprüheindringlänge SPL_k der Beginn des aktuellen Einspritzereignisses bestimmt. Um den Beginn des aktuellen Einspritzereignisses zu berechnen, wird ein Modell verwendet, um den Abstand Δφ zwischen dem Beginn der hydraulischen Einspritzung φ_Start,k und der aktuellen Position φ_act zurückzuschicken, an der der Sprühnebel eine bestimmte Sprühlänge SPL_k erreicht hat, die vorzugsweise ein vorgegebener Wert oder dergleichen ist. Das Modell, das verwendet wird, kann eine kennfeldbasierte Struktur sein, die über die Testdaten aus Einspritzdüsensprühexperimenten kalibriert wird. Der hydraulische Beginn der Einspritzung SOI_k kann dann über die Gleichung: φ_start,k = φ_actual - Δφ bestimmt werden, (S109), die außerdem im Zusammenhang mit 2d beschrieben worden ist. Weil die gesamte Dauer des hydraulischen Sprühens bekannt ist, kann dann die Kraftstoffmenge Q_model,k gemäß Formel (4) (S110) basierend auf der Einspritzdauer berechnet werden, wie zuvor erklärt worden ist. Falls die berechnete Kraftstoffmenge Q_model,k kleiner als eine minimale Kraftstoffmenge Q_min der Einspritzdüse ist, wird keine Einspritzung erzeugt, wobei das Verfahren über den Schritt S106 zum nächsten Kurbelwinkel vorangeht.
Falls die berechnete Kraftstoffmenge Q_model,k höher als die minimale Kraftstoffmenge Q_min der Einspritzdüse ist, wird die berechnete Kraftstoffmenge Q_model,k zu den zuvor berechneten Kraftstoffmengen hinzugefügt, wobei geprüft wird, ob die Summe der berechneten Kraftstoffmengen gleich der oder größer als die vorgegebene Kraftstoffmenge Q_total ist.
Falls die Summe der berechneten Kraftstoffmengen kleiner als die vorgegebene Kraftstoffmenge Q_total ist, geht das Verfahren zum Schritt S111 voran, um die nächste Einspritzung zu berechnen. Andernfalls wird die Erzeugung des Kraftstoffeinspritzprofils beendet.
Das beanspruchte Verfahren, das in 3 beispielhaft beschrieben ist, ermöglicht die automatische Erzeugung eines vollständigen Kraftstoffeinspritzprofils, das im anschließenden Einspritzzyklus eingespritzt werden kann. Das Verfahren führt eine Rückwärtsberechnung aus und berücksichtigt sowohl die Anforderungen der verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten als auch die durch die Einspritzdüse auferlegten Einschränkungen.
In 4 ist die Verteilung der verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten über das gesamte Kraftmaschinenkennfeld gezeigt. Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen kann die Schichtverbrennungsbetriebsart C3 mit einem Gesamt-Kraftstoff-Luft-Verhältnis von I > 1 ausgeführt werden, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Bei mittleren Lasten und Drehzahlen kann die sogenannte homogene Schichtverbrennungsbetriebsart C2 ausgeführt werden, um die Vorteile eines mageren Gemischs auf höhere Lasten und Drehzahlen auszudehnen. Bei hohen Lasten und Drehzahlen kann jedoch die Betriebsart C1 der homogenen Verbrennung erforderlich sein, um die erforderliche Kraftmaschinenleistung zu erreichen.
5 stellt ein Beispiel der erforderlichen Kraftstoffeinspritzprofile, die den jeweiligen Verbrennungsarten C1 bis C3 entsprechen, und den resultierenden Sprüheindringlängenschwellenwert SPL dar. Jedes Kraftstoffeinspritzprofil kann durch das Setzen des Einspritzsignals S_inj zu den Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge kleiner als der oder gleich dem Sprüheindringlängenschwellenwert ist, auf einen positiven Wert, z. B. auf eins, und das Rücksetzen des Einspritzsignals zu den Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt, auf null erzeugt werden Zusätzlich zu irgendeiner der Verbrennungsbetriebsarten C1 bis C3 kann nach dem Kaltstart der Kraftmaschine die Katalysatorheizbetriebsart C4 ausgeführt werden, die dann zusätzlich berücksichtigt werden muss, wenn das Kraftstoffeinspritzprofil erzeugt wird.
Im dargestellten Beispiel werden beim Betreiben der Kraftmaschine in der homogenen Betriebsart drei Einspritzungen während des Einlasstaktes ausgeführt. Die letzte Einspritzung endet am UTP, so dass der Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres,C1 nach dem UTP auf null gesetzt werden kann. Das dargestellte Beispiel zeigt im Gegensatz zwei Einspritzungen während des Einlasstakts und drei Einspritzungen während des Verdichtungstakts für die homogene Schichtbetriebsart C2. Die letzte Einspritzung endet kurz vor dem Zündzeitpunkt, z. B. nah vor dem Zündzeitpunkt, was bedeutet, dass der Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres,C2 nur in der ersten Hälfte des Verdichtungstakts auf null gesetzt sein kann. Hinsichtlich der Schichtverbrennungsbetriebsart C3 werden während des Verdichtungstakts vier Einspritzungen ausgeführt, was zu einem Sprüheindringlängenschwellenwert SPL_thres,C3 führt, der während des Einlasstakts und zu Beginn des Verdichtungstakts auf null gesetzt sein kann. Hinsichtlich der Katalysatorerwärmungsbetriebsart werden eine oder mehrere Einspritzungen nach dem OTP kurz vor dem späten Zündzeitpunkt, z. B. nah vor dem Zündzeitpunkt, ausgeführt. Dies bedeutet, dass für die Katalysatorerwärmung ein separates Kraftstoffeinspritzprofil erzeugt werden kann, das abhängig von der gewählten Verbrennungsbetriebsart mit einer der anderen Kraftstoffeinspritzbetriebsarten kombiniert werden kann.
Durch das Modifizieren des geometrischen Sprüheindringlängenschwellenwerts SPL_thres,0 hinsichtlich der verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten ist es möglich, die Anforderungen jeder Verbrennungsbetriebsart spezifisch zu berücksichtigen. Weiterhin kann der Berechnungsaufwand durch das Vergleichen der berechneten Sprüheindringlänge SKL mit dem Sprüheindringlängenschwellwert SKL_thres nur in den Bereichen des Kraftmaschinenarbeitszyklus, in denen eine potentielle Einspritzung erwartet wird, stark verringert werden.
Die 6a, 6b stellen ein Beispiel der erreichten Emissionsverringerung unter Verwendung verschiedener Einspritzprofile gemäß dem beanspruchten Verfahren dar. In 6a sind der spezifische effektive Kraftstoffverbrauch be, die Stickstoffoxide NOx, die Kohlenwasserstoffe HC und die Partikelanzahl für Mehrfacheinspritzungen, die drei und fünf Einspritzungen umfassen, im Vergleich zu den gemessenen Werten, wenn eine einzelne Einspritzung verwendet wird, dargestellt. 6b zeigt den Zeitpunkt und die Dauer der verschiedenen Einspritzungen, die durch den Einspritzstrom repräsentiert werden. Die einzelne Einspritzung wird während des Einlasstaktes ausgeführt, wobei die drei Mehrfacheinspritzungen außerdem während des Einlasstaktes ausgeführt werden. Die fünf sehr kurzen Mehrfacheinspritzungen sind andererseits zwischen dem Einlass- und dem Verdichtungstakt verteilt, wobei drei Einspritzungen während des Einlasstakts ausgeführt werden und zwei Einspritzungen während des Verdichtungstakts ausgeführt werden. Die letzte der fünf Einspritzungen wird kurz vor dem Zündzeitpunkt ausgeführt.
Aus 6a kann abgeleitet werden, dass das Erzeugen eines Kraftstoffeinspritzprofils gemäß dem beanspruchten Verfahren es unterstützt, die Emissionen zu verringern, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinflussen. Insbesondere die Kohlenwasserstoffe HC und die Partikelanzahl können signifikant verringert werden, wenn die Mehrfacheinspritzung gemäß dem beanspruchten Gegenstand ausgeführt wird. Während die Stickstoffoxide NOx für drei bzw. fünf Einspritzungen fast die gleichen sind, können die Kohlenwasserstoffe HC und die Partikelanzahl PN für fünf Einspritzungen gemäß dem in 6b gezeigten Einspritzprofil weiter verringert werden.
Abermals zusammenfassend ermöglicht der beanspruchte Gegenstand durch das Ausführen einer Mehrfacheinspritzung auf der Grundlage eines modellbasierten automatisch erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils, die Emissionen einer Brennkraftmaschine und gleichzeitig deren Kalibrierungsaufwand zu verringern. Weiterhin werden die Anforderungen aktueller Verbrennungsprozesse für eine Mehrfacheinspritzung berücksichtig, wenn das Kraftstoffeinspritzprofil erzeugt wird, was es unterstützt, den Berechnungsaufwand signifikant zu verringern.
Wie durch einen Fachmann auf dem Gebiet erkannt wird, kann die vorliegende Offenbarung, wie sie hier oben und in den beigefügten Figuren beschrieben ist, als ein Verfahren, eine Vorrichtung (einschließlich einer Vorrichtung, einer Maschine, eines Systems, eines Computerprogrammprodukts und/oder irgendeiner anderen Vorrichtung) oder als eine Kombination aus den vorhergehenden verkörpert sein.
Entsprechend können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Form einer vollständigen Hardware-Ausführung, einer vollständigen Software-Ausführung (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder einer Ausführungsform, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, die hier allgemein als ein „System“ bezeichnet werden kann, annehmen. Weiterhin können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts in einem computerlesbaren Medium mit computerausführbarem Programmcode annehmen, der in dem Medium verkörpert ist.
Es sollte angegeben werden, dass in den Zeichnungen Pfeile verwendet werden können, um eine Kommunikation, eine Übertragung oder eine andere Aktivität darzustellen, die zwei oder mehr Einheiten einschließt. Die Doppelpfeile geben im Allgemeinen an, dass eine Aktivität in beiden Richtungen stattfinden kann (z. B. ein Befehl/eine Anfrage in einer Richtung mit einer entsprechenden Antwort zurück in der anderen Richtung oder eine Peer-zu-Peer-Kommunikation, die durch eine der beiden Entitäten eingeleitet wird), obwohl in einigen Situationen die Aktivität nicht notwendigerweise in beiden Richtungen stattfinden muss.
Pfeile mit einer Spitze können im Allgemeinen eine Aktivität ausschließlich oder überwiegend in einer Richtung angeben, obwohl angegeben werden sollte, dass in bestimmten Situationen eine derartige gerichtete Aktivität tatsächlich Aktivitäten in beiden Richtungen einschließen kann (z. B. eine Nachricht von einem Sender an einen Empfänger und eine Bestätigung vom Empfänger zurück an den Sender oder der Aufbau einer Verbindung vor einer Übertragung und die Beendigung der Verbindung nach der Übertragung). Folglich ist der Typ des Pfeils, der in einer speziellen Zeichnung verwendet wird, um eine spezielle Aktivität darzustellen, beispielhaft und sollte nicht als einschränkend angesehen werden.
Die Aspekte sind oben bezüglich der Veranschaulichungen von Ablaufplänen und/oder Blockschaltplänen der Verfahren und Vorrichtungen und bezüglich einer Anzahl von Musteransichten einer durch die Verfahren und/oder Vorrichtungen erzeugten graphischen Anwenderschnittstelle beschrieben worden. Es wird erkannt, dass sowohl jeder Block der Ablaufplanveranschaulichungen und/oder der Blockschaltpläne und/oder die Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplanveranschaulichungen und/oder den Blockschaltplänen als auch die graphische Anwenderschnittstelle durch computerausführbaren Programmcode implementiert sein können.
Der computerausführbare Programmcode kann einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine spezielle Maschine zu erzeugen, so dass der Programmcode, der über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, Mittel zum Implementieren der in dem Ablaufplan, in dem Blockschaltplan-Block oder den Blockschaltplan-Blöcken, in den Figuren und/oder in der schriftlichen Beschreibung spezifizierten Funktionen/Handlungen/Ausgaben erzeugt.
Dieser computerausführbare Programmcode kann außerdem in einem computerlesbaren Speicher gespeichert sein, der einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, in einer speziellen Weise zu arbeiten, so dass der im computerlesbaren Speicher gespeicherte Programmcode einen Herstellungsartikel erzeugt, der Anweisungsmittel enthält, die die in dem Ablaufplan, in dem Blockschaltplan-Block (den Blockschaltplan-Blöcken), in den Figuren und/oder in der schriftlichen Beschreibung spezifizierte Funktion/Handlung/Ausgabe implementieren.
Der computerausführbare Programmcode kann außerdem auf einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung geladen werden, um eine Reihe von Betriebsschritten zu veranlassen, die in dem Computer oder einer anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, um einen computerimplementierten Prozess zu erzeugen, so dass der Programmcode, der in dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt wird, Schritte zum Implementieren der in dem Ablaufplan, in dem Blockschaltplan-Block (den Blockschaltplan-Blöcken), in den Figuren und/oder in der schriftlichen Beschreibung angegebenen Funktionen/Handlungen/Ausgaben bereitstellt. Alternativ können durch ein Computerprogramm implementierte Schritte oder Handlungen mit durch eine Bedienungsperson oder Menschen implementierten Schritten oder Handlungen kombiniert werden, um eine Ausführungsform auszuführen.
Es sollte angegeben werden, dass Begriffe, wie z. B. „Server“ und „Prozessor“, hier verwendet werden können, um Vorrichtungen zu beschreiben, die in bestimmten Ausführungsformen verwendet werden können, und nicht ausgelegt werden sollten, um auf irgendeinen speziellen Vorrichtungstyp einzuschränken, wenn nicht der Kontext es anders erfordert. Folglich kann eine Vorrichtung ohne Einschränkung eine Brücke, einen Router, einen Brücken-Router (Brouter), einen Switch, einen Knoten, einen Server, einen Computer, ein Gerät oder einen anderen Typ von Vorrichtung enthalten. Derartige Vorrichtungen enthalten typischerweise eine oder mehrere Netzschnittstellen zum Kommunizieren über ein Kommunikationsnetz und einen Prozessor (z. B. einen Mikroprozessor mit einem Speicher und anderen Peripherievorrichtungen und/oder anwendungsspezifischer Hardware), der entsprechend konfiguriert ist, um die Vorrichtungsfunktionen auszuführen.
Die Kommunikationsnetze können im Allgemeinen öffentliche und/oder private Netze enthalten; sie können lokale Netze, Weitbereichsnetze, Stadtbereichsnetze, Speichernetze und/oder andere Typen von Netzen enthalten; und können Kommunikationstechniken verwenden, einschließlich, aber in keiner Weise eingeschränkt auf analoge Techniken, digitale Techniken, optische Techniken, drahtlose Techniken (z. B. Bluetooth), Vernetzungstechniken und Internetworking-Techniken.
Es sollte außerdem angegeben werden, dass die Vorrichtungen Kommunikationsprotokolle und Nachrichten (z. B. Nachrichten, die durch die Vorrichtung erzeugt, gesendet, empfangen, gespeichert und/oder verarbeitet werden) verwenden können, wobei derartige Nachrichten durch ein Kommunikationsnetz oder -medium transportiert werden können.
Wenn es der Kontext nicht anders erfordert, sollte die vorliegende Offenbarung nicht als auf irgendeinen speziellen Kommunikationsnachrichtentyp, irgendein spezielles Kommunikationsnachrichtenformat oder irgendein Kommunikationsprotokoll eingeschränkt ausgelegt werden. Folglich kann eine Kommunikationsnachricht im Allgemeinen ohne Einschränkung einen Rahmen, ein Paket, ein Datagramm, ein Anwenderdatagramm, eine Zelle oder einen anderen Typ von Kommunikationsnachricht enthalten.
Wenn es der Kontext nicht anders erfordert, sind Verweise auf spezifische Kommunikationsprotokolle beispielhaft, wobei erkannt werden sollte, dass alternative Ausführungsformen gegebenenfalls Variationen derartiger Kommunikationsprotokolle (z. B. Modifikationen oder Erweiterungen des Protokolls, die von Zeit zu Zeit vorgenommen werden können) oder andere Protokolle, die entweder bekannt sind oder in Zukunft entwickelt werden, verwenden können.
Es sollte außerdem angegeben werden, dass die logischen Abläufe hier beschrieben sein können, um verschiedene Aspekte zu demonstrieren, wobei sie nicht ausgelegt werden sollten, um die Offenbarung auf einen speziellen logischen Ablauf oder eine spezielle logische Implementierung einzuschränken. Die beschriebene Logik kann in verschiedene Logikblöcke (z. B. Programme, Module, Funktionen oder Unterprogramme) unterteilt werden, ohne die Gesamtergebnisse zu verändern.
Oftmals können Logikelemente hinzugefügt, modifiziert, weggelassen, in einer anderen Reihenfolge ausgeführt oder unter Verwendung anderer Logikkonstrukte (z. B. Logikgatter, Schleifengrundelemente, bedingter Logik und anderer Logikkonstrukte) implementiert werden, ohne dass sich die Gesamtergebnisse ändern.
Die vorliegende Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein, einschließlich, aber in keiner Weise eingeschränkt auf eine Computerprogrammlogik zur Verwendung mit einem Prozessor (z. B. einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller, einem digitalen Signalprozessor oder einem Universalcomputer), eine programmierbare Logik zur Verwendung mit einer programmierbaren Logikvorrichtung (z. B. einer Feldprogrammierbaren Gatteranordnung (FPGA) oder einer anderen PLD), diskrete Komponenten, eine integrierte Schaltungsanordnung (z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)) oder irgendwelche anderen Mittel einschließlich irgendeiner Kombination daraus. Eine Computerprogrammlogik, die etwas oder alles der beschriebenen Funktionalität implementiert, ist typischerweise als ein Satz von Computerprogrammanweisungen implementiert, die in eine computerausführbare Form umgesetzt werden, als solche in einem computerlesbaren Medium gespeichert werden und durch einen Mikroprozessor unter der Steuerung eines Betriebssystems ausgeführt werden. Hardwarebasierte Logik, die etwas oder alles der beschriebenen Funktionalität implementiert, kann unter Verwendung einer oder mehrerer geeignet konfigurierter FPGAs implementiert sein.
Die Computerprogrammlogik, die etwas oder alles der hier beschriebenen Funktionalität implementiert, kann in verschiedenen Formen verkörpert sein, einschließlich, aber in keiner Weise eingeschränkt auf eine Quellcodeform, eine computerausführbare Form und verschiedene Zwischenformen (z. B. Formen, die durch einen Assembler, Compiler, Binder oder Lokalisierer erzeugt werden).
Der Quellcode kann eine Reihe von Computerprogrammanweisungen enthalten, die in irgendeiner von verschiedenen Programmiersprachen (z. B. einem Objektcode, einer Assemblersprache oder einer Hochsprache, wie z. B. Fortran, C, C++, JAVA oder HTML) zur Verwendung mit verschiedenen Betriebssystemen oder Betriebsumgebungen implementiert sind. Der Quellcode kann verschiedene Datenstrukturen und Kommunikationsnachrichten definieren und verwenden. Der Quellcode kann sich in einer computerausführbaren Form (z. B. über einen Interpreter) befinden, oder der Quellcode kann (z. B. über einen Übersetzer, Assembler oder Compiler) in eine computerausführbare Form umgesetzt werden.
Der computerausführbare Programmcode zum Ausführen der Operationen der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann in einer objektorientierten, Skript- oder Nicht-Skript-Programmiersprache, wie z. B. Java, Perl, Smalltalk, C++ oder dergleichen, geschrieben sein. Der Computerprogrammcode zum Ausführen der Operationen der Ausführungsformen kann außerdem in herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen, wie z. B. der Programmiersprache „C“, oder ähnlichen Programmiersprachen geschrieben sein.
Die Computerprogrammlogik, die alles oder einen Teil der hier vorher beschriebenen Funktionalität implementiert, kann zu verschiedenen Zeiten in einem einzigen Prozessor (z. B. gleichzeitig) ausgeführt werden oder kann gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten auf mehreren Prozessoren ausgeführt werden und kann unter einem einzigen Betriebssystemprozess/-Thread oder unter verschiedenen Betriebssystemprozessen/-Threads ausgeführt werden.
Folglich kann sich der Begriff „Computerprozess“ allgemein auf die Ausführung einer Menge von Computerprogrammanweisungen beziehen, ungeachtet dessen, ob verschiedene Computerprozesse in demselben oder verschiedenen Prozessoren ausgeführt werden, und ungeachtet dessen, ob verschiedene Computerprozesse unter demselben Betriebssystemprozess/-Thread oder unter verschiedenen Betriebssystemprozessen/-Threads ausgeführt werden.
Das Computerprogramm kann in irgendeiner Form (z. B. Quellcodeform, computerausführbarer Form oder einer Zwischenform) in einem greifbaren Speichermedium, wie z. B. in einer Halbleiterspeichervorrichtung (z. B. einem RAM, ROM, PROM, EEPROM oder flash-programmierbaren RAM), einer Magnetspeichervorrichtung (z. B. einer Diskette oder einer Festplatte), einer optischen Speichervorrichtung (z. B. einem CD-ROM), einer PC-Karte (z. B. PCMCIA-Karte) oder einer anderen Speichervorrichtung, entweder permanent oder transitorisch fest sein.
Das Computerprogramm kann in irgendeiner Form in einem Signal, das unter Verwendung irgendeiner von verschiedenen Kommunikationstechniken, einschließlich, aber in keiner Weise eingeschränkt auf analoge Techniken, digitale Techniken, optische Techniken, drahtlose Techniken (z. B. Bluetooth), Vernetzungstechniken und Internetworking-Techniken, zu einem Computer übertragbar ist.
Das Computerprogramm kann in irgendeiner Form als ein abnehmbares Speichermedium mit beigefügter gedruckter oder elektronischer Dokumentation (z. B. in Schrumpffolie eingeschweißte Software) verteilt werden, bei einem Computersystem (z. B. auf einem System-ROM oder einer Festplatte) vorgeladen sein oder von einem Server oder einem elektronischen Schwarzen Brett über das Kommunikationssystem (z. B. das Internet oder World Wide Web) verteilt werden.
Die Hardware-Logik (einschließlich programmierbarer Logik zur Verwendung mit einer programmierbaren Logikvorrichtung), die alles oder einen Teil der hier vorher beschriebenen Funktionalität implementiert, kann unter Verwendung herkömmlicher manueller Verfahren entworfen werden oder kann elektronisch unter Verwendung verschiedener Werkzeuge, wie z. B. computerunterstützter Konstruktion (CAD), einer Hardware-Beschreibungssprache (z. B. VHDL oder AHDL) oder einer PLD-Programmiersprache (z. B. PALASM, ABEL oder CUPL) entworfen, erfasst, simuliert oder dokumentiert werden.
Es kann jedes geeignete computerlesbare Medium verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann z. B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitergerät, eine elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische, Infrarot- oder Halbleitervorrichtung oder ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitermedium sein, ist aber nicht darauf eingeschränkt.
Spezifischere Beispiele des computerlesbaren Mediums enthalten, sind aber nicht eingeschränkt auf eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten oder ein anderes greifbares Speichermedium, wie z. B. eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen Kompaktplatten-Festwertspeicher (CD-ROM) oder eine andere optische oder magnetische Speichervorrichtung.
Die programmierbare Logik kann in einem greifbaren Speichermedium, wie z. B. in einer Halbleiterspeichervorrichtung (z. B. einem RAM, ROM, PROM, EEPROM oder flash-programmierbaren RAM), einer Magnetspeichervorrichtung (z. B. einer Diskette oder einer Festplatte), einer optischen Speichervorrichtung (z. B. einem CD-ROM) oder einer anderen Speichervorrichtung entweder permanent oder transitorisch fest sein.
Die programmierbare Logik kann in einem Signal fest sein, das unter Verwendung irgendeiner von verschiedenen Kommunikationstechniken zu einem Computer übertragbar ist, einschließlich, aber in keiner Weise eingeschränkt auf analoge Techniken, digitale Techniken, optische Techniken, drahtlose Techniken (z. B. Bluetooth), Vernetzungstechniken und Internetworking-Techniken.
Die programmierbare Logik kann als ein abnehmbares Speichermedium mit beigefügter gedruckter oder elektronischer Dokumentation (z. B. in Schrumpffolie eingeschweißte Software) verteilt werden, bei einem Computersystem (z. B. auf einem System-ROM oder einer Festplatte) vorgeladen sein oder von einem Server oder einem elektronischen Schwarzen Brett über das Kommunikationssystem (z. B. das Internet oder World Wide Web) verteilt werden. Selbstverständlich können einige Aspekte als eine Kombination aus sowohl Software (z. B. einem Computerprogrammprodukt) als auch Hardware implementiert sein. Noch andere Ausführungsformen können als vollständig Hardware oder vollständig Software implementiert sein.
Während bestimmte beispielhafte Aspekte in den beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind und gezeigt sind, soll erkannt werden, dass derartige Aspekte veranschaulichend sind und dass die Ausführungsformen nicht auf die spezifischen Konstruktionen und Anordnungen, die gezeigt und beschrieben sind, eingeschränkt sind, weil verschiedene andere Änderungen, Kombinationen, Auslassungen, Modifikationen und Ersetzungen zusätzlich zu jenen, die in den obigen Absätzen dargelegt sind, möglich sind.
Die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Anpassungen, Modifikationen und/oder Kombinationen der soeben beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert sein können. Deshalb soll erkannt werden, dass die Offenbarung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche anders praktiziert werden kann, als hier spezifisch beschrieben ist. Wenn es nicht ausdrücklich anders dargelegt ist, können z. B. die Schritte der hier beschriebenen Prozesse in Reihenfolgen ausgeführt werden, die von jenen verschieden sind, die hier beschrieben sind, wobei ein oder mehrere Schritte kombiniert, aufgeteilt oder gleichzeitig ausgeführt werden können.
Die Fachleute auf dem Gebiet erkennen außerdem in Anbetracht dieser Offenbarung, dass verschiedene hier beschriebene Ausführungsformen oder Aspekte kombiniert werden können, um andere Ausführungsformen zu bilden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskammer, Zylinder
2: Kolben
3: Einlassventil
4: Auslassventil
5: Einspritzdüse
6: Zündkerze
7: Sprühstrahl

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 7770813 B2 [0003]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine umfasst: wenigstens einen Zylinder (10), in dem eine Verbrennungskammer (1) durch eine Zylinderwand (1a), einen Zylinderkopf und eine Oberseite eines Kolbens (2) ausgebildet ist, wobei sich der Kolben, der durch eine Kurbelwelle angetrieben wird, in dem Zylinder (10) hin- und herbewegt, wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse (5), die konfiguriert ist, Kraftstoff in die Verbrennungskammer (1) einzuspritzen, und wenigstens eine Steuervorrichtung (7), die konfiguriert ist, die Kraftstoffeinspritzung zu steuern, wobei die Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird durch Vergleichen einer berechneten Sprüheindringlänge des in die Verbrennungskammer einzuspritzenden Kraftstoffs mit einem Sprüheindringlängenschwellenwert zu vorgegebenen Zeitpunkten eines Einspritzzyklus, wobei der erste vorgegebene Zeitpunkt ein Ende des Einspritzzyklus ist, Erzeugen eines Kraftstoffeinspritzprofils, das mehrere Kraftstoffeinspritzungen umfasst, durch Setzen eines Einspritzsignals zu den vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge kleiner als der oder gleich dem Sprüheindringlängenschwellenwert ist, auf einen positiven Wert und Rücksetzen des Einspritzsignals zu den vorgegebenen Zeitpunkten des Einspritzzyklus, zu denen die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt, auf null, bis eine auf der Grundlage des zuvor erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils berechnete Kraftstoffmenge eine vorgegebene Kraftstoffmenge übersteigt, und Senden des erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils zu der Einspritzdüse zum Ausführen der Einspritzung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sprüheindringlängenschwellenwert abhängig von einer Position des Kolbens (2) und einer vorgegebenen Verbrennungsbetriebsart bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sprüheindringlänge des einzuspritzenden Kraftstoffs unter Verwendung eines physikalischen Modells berechnet wird, das den Kraftstoffdruck, die Kraftstofftemperatur und die Bedingungen in der Verbrennungskammer berücksichtigt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Beginn einer Einspritzung durch eine Rückwärtsberechnung zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die berechnete Sprüheindringlänge den Sprüheindringlängenschwellenwert übersteigt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zeitraum des Kraftstoffeinspritzprofils zwischen einer Abfallflanke durch das Rücksetzen des Einspritzsignals auf null und einer anschließenden Anstiegsflanke durch das Setzen des Einspritzsignals auf den positiven Wert länger als ein vorgegebener Zeitschwellenwert ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ende des Einspritzzyklus abhängig von der vorgegebenen Verbrennungsbetriebsart in Bezug auf einen Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffeinspritzprofil durch eine am Ende des Einspritzzyklus beginnende Rückwärtsberechnung erzeugt wird, wobei eine als die erste bestimmte Anstiegsflanke ein Ende einer letzten Einspritzung bezeichnet und eine als die letzte bestimmte Abfallflanke einen Beginn einer ersten Einspritzung bezeichnet.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf der Grundlage des zuvor erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils berechnete Kraftstoffmenge durch das Berechnen einer Kraftstoffmenge einer Einspritzung, die einem Zeitraum zwischen einer letzten Abfallflanke und einer vorhergehenden Anstiegsflanke des Kraftstoffeinspritzprofils entspricht, unter Verwendung eines physikalischen Hydraulikmodells und das Hinzufügen der berechneten Kraftstoffmenge zu einer Summe der zuvor berechneten Kraftstoffmengen, bis die Summe der zuvor berechneten Kraftstoffmengen die vorgegebene Kraftstoffmenge übersteigt, jedes Mal bestimmt wird, wenn das Einspritzsignal rückgesetzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei der Beginn der ersten Einspritzung basierend auf einer Differenz zwischen der auf der Grundlage des zuvor erzeugten Kraftstoffeinspritzprofils berechneten Kraftstoffmenge und der vorgegebenen Kraftstoffmenge bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Zeitpunkte des Einspritzzyklus, zu denen das Kraftstoffeinspritzprofil bestimmt wird, in äquidistanten Intervallen bezüglich eines Kurbelwellenwinkels der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (100), wobei die Brennkraftmaschine umfasst: wenigstens einen Zylinder (10), in dem eine Verbrennungskammer (1) durch eine Zylinderwand (1a) und eine Oberseite eines Kolbens (2) ausgebildet ist, wobei sich der Kolben, durch eine Kurbelwelle angetrieben, in dem Zylinder (10) hin- und herbewegt, wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse (5), die konfiguriert ist, Kraftstoff in die Verbrennungskammer (1) einzuspritzen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, das Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche auszuführen.
Brennkraftmaschine, die umfasst: wenigstens einen Zylinder (10), in dem eine Verbrennungskammer (1) durch eine Zylinderwand (1a) und eine Oberseite eines Kolbens (2) ausgebildet ist, wobei sich der Kolben, der durch eine Kurbelwelle angetrieben wird, in dem Zylinder (10) hin- und herbewegt, wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse (5), die konfiguriert ist, Kraftstoff in die Verbrennungskammer (1) einzuspritzen, und die Steuervorrichtung nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt, das in einem Speicher gespeichert sein kann und das Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche 1 bis 10 auszuführen.