DE10238241A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied (58) angetriebenen Einspritzventil (30). DOLLAR A Ein das piezoelektrische Stellglied (58) steuerndes Ansteuersignal wird während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine (10) um einen vorgebbaren Anhebungsfaktor erhöht (115), um unabhängig von stellgliedindividuellen Abweichungen, z. B. des Hubvermögens und damit unterschiedlichen Durchflusseigenschaften einzelner Einspritzventile (30a, 30b, 30c) einen sicheren Start der Brennkraftmaschine (10) zu ermöglichen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied angetriebenen Einspritzventil.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied angetriebenen Einspritzventil.
  • Bei derzeitigen Einspritzsystemen mit piezoelektrischen Stellgliedern zur Betätigung der Einspritzventile gibt es beträchtliche Streuungen hinsichtlich des Hubvermögens der piezoelektrischen Stellglieder, die dazu führen, dass verschiedene Einspritzventile stark voneinander abweichende Durchflusseigenschaften trotz gleicher Ansteuerung aufweisen. Besonders große Abweichungen dieser Art können zu Problemen beim Start einer Brennkraftmaschine führen.
  • Noch schwieriger stellt sich die Situation bei längerer Betriebszeit des piezoelektrischen Stellglieds dar. Mit der Zeit verliert das Stellglied nämlich aktive Schichten, so dass die vom Stellglied erzeugte Antriebswirkung und damit die Durchflusseigenschaft des betroffenen Einspritzventils weiter vermindert bzw. beeinträchtigt wird.
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass trotz unterschiedlicher Eigenschaften der piezoelektrischen Stellglieder ein sicherer Start der Brennkraftmaschine ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied angetriebenen Einspritzventil dadurch gelöst, dass ein das piezoelektrische Stellglied steuerndes Ansteuersignal während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine um einen vorgebbaren Anhebungsfaktor erhöht wird.
  • Der Anhebungsfaktor wird dabei so gewählt, dass sich in allen Zylindern der Brennkraftmaschine ein zur Verbrennung, insbesondere unter Kaltstartbedingungen, geeignetes Gemisch ausbildet. Aufgrund der bereits erwähnten Streuungen bei dem Hubvermögen der piezoelektrischen Stellglieder und den daraus resultierenden abweichenden Durchflusseigenschaften der Einspritzventile untereinander kann es hierbei vorkommen, dass manche Zylinder mit einem fetten Gemisch (Lambda < 1) und manche Zylinder mit einem mageren Gemisch (Lambda > 1) aus Luft und Kraftstoff betrieben werden. Dies ist jedoch insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine nicht maßgebend, solange nur alle Zylinder mit einem zündfähigen Gemisch beaufschlagt werden, so dass überhaupt ein sicherer Start der Brennkraftmaschine erfolgt.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Erhöhung des Ansteuersignals bei der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine, weil zu diesem Zeitpunkt noch keine Informationen über das unterschiedliche Hubvermögen der Stellglieder bzw. die Durchflusseigenschaften der einzelnen Einspritzventile vorliegen. Während des weiteren Betriebs der Brennkraftmaschine ermittelte Abgleich- bzw. Adaptionswerte zur Kompensation von individuellen Abweichungen der einzelnen Einspritzventile können nach einem erfolgreichen Kaltstart bzw. nach einer erfolgreichen Erstinbetriebnahme jedoch z.B. in einem nichtflüchtigen Speicher eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine wie beispielsweise einem EEPROM oder einem batteriegepufferten RAM abgespeichert werden.
  • Allerdings können die in dem nichtflüchtigen Speicher abgelegten Adaptionswerte auch verloren gehen, weswegen in einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen ist, das Ansteuersignal nach einem Stromausfall und/oder Verlust gespeicherter Adaptionswerte in einem das piezoelektrische Stellglied mit dem Ansteuersignal beaufschlagenden Steuergerät zu erhöhen.
  • Wie bereits angesprochen, ist es denkbar, dass während des weiteren Betriebs der Brennkraftmaschine, also nach Abschluss der Kaltstartphase, Abgleich- oder Adaptionswerte ermittelt werden. Um einen sicheren Übergang von der Kaltstartphase zur normalen Betriebsphase der Brennkraftmaschine zu gewährleisten wird vorgeschlagen, die erfindungsgemäße Erhöhung des Ansteuersignals so lange beizubehalten, bis eine außerhalb der Kaltstartphase ablaufende Adaption des Ansteuersignals aktiviert ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es auch, den erfindungsgemäßen Anhebungsfaktor in eine bestehende Warmlaufregelung der Brennkraftmaschine mit einzubeziehen, so dass kein weiterer Aufwand zur Berücksichtigung des Anhebungsfaktors beim Kaltstart erforderlich ist. Auf diese Weise kann der Anhebungsfaktor beispielsweise wie andere Korrekturfaktoren auch multiplikativ mit einem Standard- oder auch mit einem bereits anderweitig korrigierten Ansteuersignal verknüpft werden. Erfindungsgemäß wird der Wert des Anhebungsfaktors aus einem Bereich von etwa 100% bis etwa 150% gewählt.
  • Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,. den Anhebungsfaktor zu applizieren bzw. applizierbar zu machen, so dass der Anhebungsfaktor auch nach der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann.
  • Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied angetriebenen Einspritzventil vorgeschlagen, bei dem ein das piezoelektrische Stellglied steuerndes Ansteuersignal während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine um einen vorgebbaren Anhebungsfaktor erhöht werden kann.
  • Eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch ein Computerprogramm für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, die mindestens ein durch ein piezoelektrisches Stellglied angetriebenes Einspritzventil aufweist, angegeben, wobei das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgeschlagen, das Computerprogramm auf einem elektrischen Speichermedium, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Read-Only-Memory abzuspeichern.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
  • 2 zeigt ein Einspritzventil der Brennkraftmaschine aus 1, und
  • 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
  • Das in 3 schematisch in einem Flussdiagramm dargestellte erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer in 1 strichpunktiert gezeichneten Brennkraftmaschine 10 eingesetzt, die Einspritzventile 30a, 30b, 30c aufweist.
  • Die Einspritzventile 30a, 30b, 30c spritzen Kraftstoff aus einer Kraftstoff-Sammelleitung 26 (1) direkt in Brennräume 32a, 32b, 32c von Zylindern 33a, 33b, 33c der Brennkraftmaschine 10 ein. Ein Steuergerät 34 ist zur Steuerung der Einspritzventile 30a, 30b, 30c vorgesehen.
  • Der genaue Aufbau der Einspritzventile 30a, 30b, 30c ergibt sich aus 2, in der beispielhaft ein Einspritzventil 30 abgebildet ist.
  • Jedes der Einspritzventile 30a, 30b, 30c weist ein piezoelektrisches Stellglied 58 auf, das eine Ventilnadel 44 des ihm zugeordneten Einspritzventils 30 antreibt. Die Ventilnadel 44 ist zwischen einer Öffnungs- und einer Schliei3position (nicht gezeigt) hin- und herbewegbar, um eine von dem Einspritzventil 30 einzuspritzende Kraftstoffmenge zu steuern.
  • Hierzu wird das piezoelektrische Stellglied 58 von dem Steuergerät 34 (1) der Brennkraftmaschine 10 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt. Der von der Ventilnadel 44 während der Ansteuerung zurückgelegte Weg wird auch als Nadelhub bezeichnet.
  • Da es bei piezoelektrischen Stellgliedern 58 beträchtliche Streuungen hinsichtlich ihres Hubvermögens gibt, kommt es zwischen verschiedenen Einspritzventilen 30a, 30b, 30c, vgl. 1, bei der Beaufschlagung der piezoelektrischen Stellglieder 58 mit demselben Ansteuersignal zu sehr unterschiedlichen Nadelhüben der jeweiligen Ventilnadel 44 und damit zu unterschiedlichen Durchflusseigenschaften der Einspritzventile 30a, 30b, 30c, die sich negativ auf den Betrieb und insbesondere auch auf den Start der Brennkraftmaschine 10 auswirken.
  • Insbesondere liegen bei der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine 10 keine Informationen über das unterschiedliche Hubvermögen der in den Einspritzventilen 30a, 30b, 30c enthaltenen Stellglieder 58 der Brennkraftmaschine 10 vor.
  • Deshalb wird bei der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine 10 das die piezoelektrischen Stellglieder 58 steuernde Ansteuersignal erfindungsgemäß um einen vcrgebbaren Anhebungsfaktor erhöht.
  • Hierzu wird gemäß 3 in einem Schritt 100 geprüft, ob es sich bei einem Start der Brennkraftmaschine 10 (1) um eine Erstinbetriebnahme bzw. um eine erneute Inbetriebnahme z.B. nach einer Reparatur oder einem Austausch eines oder mehrerer Einspritzventile 30 der Brennkraftmaschine 10 handelt. Wenn das der Fall ist, wird in Schritt 115 die Erhöhung des Ansteuersignals vorgenommen. In dem nachfolgenden Schritt 120 findet schließlich die Einspritzung statt.
  • Die Erhöhung 115 des Ansteuersignals bewirkt, dass auch Stellglieder 58 (2) mit einem verhältnismäßig geringen Hubvermögen ausreichend große Nadelhübe in den betreffenden Einspritzventilen 30 hervorrufen können, so dass eine zum erstmaligen Start der Brennkraftmaschine 10 (1) erforderliche Kraftstoffmenge in die Brennräume 32 eingespritzt wird.
  • Die obere Grenze des Anhebungsfaktors wird durch die Stellglieder 58 der Brennkraftmaschine 10 mit normalem bzw. überdurchschnittlich großem Hubvermögen bestimmt, die bereits bei einer Ansteuerung ohne den Anhebungsfaktor die Einspritzung einer ausreichenden Kraftstoffmenge ermöglichen.
  • Üblicherweise beträgt der Anhebungsfaktor etwa 110% bis 120%. Generell sind Werte zwischen 100% und 150% möglich. Der Angebungsfaktor ist frei vorgebbar bzw. applizierbar und wird gewöhnlich durch statistische Analysen einer Vielzahl von Einspritzventilen derart bestimmt, dass bei einer Mehrzahl der Zylinder 33 der Brennkraftmaschine 10 eine sichere Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs möglich ist.
  • Sobald die Brennkraftmaschine 10 nach einem erfolgreichen Start ihre Betriebstemperatur oberhalb 60° C erreicht hat, läuft ein von dem Steuergerät 34 der Brennkraftmaschine 10 gesteuerter Adaptionsvorgang (nicht gezeigt) ab, bei dem das unterschiedliche Hubvermögen der einzelnen piezoelektrischen Stellglieder 58 der Einspritzventile 30a, 30b, 30c ermittelt wird. Nach Beendigung des Adaptionsvorgangs liegen Abgleichwerte zur Ansteuerung der Stellglieder 58 vor, die deren unterschiedliches Hubverrnögen berücksichtigen.
  • Auf diese Abgleichwerte kann nachfolgend stets zugegriffen werden, da sie in einem nichtflüchtigen Speicher des Steuergeräts 34 abgelegt werden. Auf diese Weise kann bereits bei dem nächsten Start der Brennkraftmaschine 10 eine individuelle Ansteuerung der einzelnen piezoelektrischen Stellglieder 58 erfolgen, so dass eine Erhöhung 115 des Ansteuersignals mit dem Anhebungsfaktor nicht erforderlich ist.
  • In diesem Fall, wenn also keine Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine 10 stattfindet und die Abgleichwerte bereits im Steuergerät 34 vorliegen, so wird in einem Schritt 110 eine weitere Abfrage durchgeführt, innerhalb der überprüft wird, ob die gespeicherten Abgleichwerte tatsächlich verfügbar oder bspw. versehentlich gelöscht worden sind.
  • Wenn die Abgleichwerte verfügbar sind, wird zu Schritt 120 übergegangen, in dem, wie bereits angesprochen, die Einspritzung stattfindet. Anschließend werden die vorhandenen Abgleichwerte ggf. ergänzt oder neu ermittelt.
  • Sind die Abgleichwerte nicht verfügbar, so wird von der Abfrage 110 zu Schritt 115 verzweigt, wobei in Schritt 115 das Ansteuersignal um den Anhebungsfaktor erhöht wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Anhebungsfaktor in eine bereits bestehende Warmlaufregelung der Brennkraftmaschine 10 miteinbezogen, die beispielsweise von dem Steuergerät 39 gesteuert wird.
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zur Gewinnung der Abgleichwerte erforderliche Adaptionsvorgang auch nach dem Deaktivieren der erfindungsgemäßen Erhöhung des Ansteuersignals mit dem Anhebungsfaktor noch hinreichend lange abläuft, um eine korrekte, von dem Anhebungsfaktor unbeeinflusste Ermittlung der Abgleichwerte für die einzelnen piezoelektrischen Stellglieder 58 sicherzustellen.
  • Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein entsprechendes Steuergerät 34 bzw. Computerprogramm für das Steuergerät 34 einen sicheren Start der Brennkraftmaschine 10 auch bei unterschiedlichem Verhalten, insbesondere unterschiedlichem Hubvermögen, der einzelnen piezoelektrischen Stellglieder 58 der Einspritzventile 30.
  • Da der Anhebungsfaktor in eine bestehende Warmlaufregelung miteinbeziehbar und applizierbar ist, stellt das vorgeschlagene Verfahren eine einfache und sichere Lösung zur Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine 10 dar.
  • Weil die Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine 10 üblicherweise während eines Fertigungsprozesses stattfindet, können durch das vorgeschlagene verfahren auch Produktionskosten gesenkt werden zumal schwierige und zeitraubende Einstell- bzw. Kalibrierungsvorgänge durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfallen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied (58) angetriebenen Einspritzventil (30), dadurch gekennzeichnet, dass ein das piezoelektrische Stellglied (58) steuerndes Ansteuersignal während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine (10) um einen vorgebbaren Anhebungsfaktor erhöht (115) wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal bei der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine (10) erhöht (115) wird.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal nach einem Stromausfall und/oder Verlust gespeicherter Adaptionswerte in einem das piezoelektrische Stellglied (58) mit dem Ansteuersignal beaufschlagenden Steuergerät (34) erhöht (115) wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung (115) des Ansteuersignals so lange erfolgt, bis eine außerhalb der Kaltstartphase ablaufende Adaption des Ansteuersignals aktiviert ist.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhebungsfaktor in eine bestehende Warmlaufregelung der Brennkraftmaschine (10) miteinbezogen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Anhebungsfaktors aus einem Bereich von etwa 100 bis etwa 150 gewählt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhebungsfaktor appliziert wird.
  8. Steuergerät (34) für eine Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem durch ein piezoelektrisches Stellglied (58) angetriebenen Einspritzventil (30), dadurch gekennzeichnet, dass ein das piezoelektrische Stellglied (58) steuerndes Ansteuersignal während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine (10) um einen vorgebbaren Anhebungsfaktor erhöht (115) werden kann.
  9. Computerprogramm für ein Steuergerät (34) einer Brennkraftmaschine (10), die mindestens ein durch ein piezoelektrisches Stellglied (58) angetriebenes Einspritzventil (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist.
  10. Computerprogramm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem elektrischen Speichermedium, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Read-Only-Memory abgespeichert ist.
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