-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung,
bei dem ein in einem Kraftstoffspeicher der Brennkraftmaschine herrschender
Kraftstoffdruck mit einem Drucksensor gemessen wird, um einen Druckistwert
zu erhalten, wobei bei einem Drucksensorfehler der Druckistwert
durch einen Drucksollwert ersetzt wird.
-
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
ein Steuergerät
für eine
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung sowie ein Computerprogramm
für ein Steuergerät einer
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
-
Bekannte Betriebsverfahren der eingangs genannten
Art schalten bei einem Drucksensorfehler von einer Regelung auf
eine Steuerung des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher um, wobei
eine präzise
Kraftstoffzumessung von aus dem Kraftstoffspeicher in einen Brennraum
der Brennkraftmaschine einzuspritzendem Kraftstoff aufgrund des unbekannten
tatsächlichen
Kraftstoffdrucks nicht möglich
ist.
-
Darüber hinaus besteht bei manchen
bekannten Betriebsverfahren die Gefahr, dass bereits kleine Abweichungen
einer den Kraftstoffdruck beeinflussenden Steuergröße zu großen Abweichungen
in der tatsächlich
zugemessenen Kraftstoffmenge führen,
wodurch Sprünge
des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Antriebsmoments hervorgerufen
werden.
-
Andere bekannte Verfahren deaktivieren beim
Auftreten eines Drucksensarfehlers ein den Kraftstoffdruck beeinflussendes
Stellglied und sehen einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine
mit einem sich dabei ergebenden Staudruck des Kraftstoffs vor. In
diesem Notlaufbetrieb ist die Leistung der Brennkraftmaschine stark
vermindert.
-
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein gattungsgemäßes Betriebsverfahren sowie
ein Steuergerät
und ein Computerprogramm hierfür
derart zu verbessern, dass der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher
auch bei einem Drucksensorfehler genau eingestellt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
eine Regelgröße eines
Gemischreglers der Brennkraftmaschine verwendet wird, um den Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher auf den Drucksollwert einzustellen.
-
Als Regelgröße des Gemischreglers kann beispielsweise
eine Abweichung des tatsächlich
in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine vorhandenen, auch mit
der Luftzahl Lambda bezeichneten, Luft-/Kraftstoff-Massenverhältnisses
von einem im Gemischregler festgelegten Sollwert für Lambda
verwendet werden. Dies ist möglich,
weil bei der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine eine in den Brennraum
eingespritzte Kraftstoffmenge und damit auch die Luftzahl Lambda
im Brennraum bzw. im Abgastrakt abhängig ist von dem Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher, so dass von Lambda auf den tatsächlich im
Kraftstoffspeicher herrschenden Kraftstoffdruck geschlossen werden
kann.
-
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der eine Ansteuergröße für ein den Kraftstoffdruck beeinflussendes
Druckstellglied aus einem Vorsteuerwert und der Regelgröße des Gemischreglers
erhalten wird. Der Vorsteuerwert ergibt sich hierbei aus einem Betriebspunkt
der Brennkraftmaschine, d.h. der Vorsteuerwert ist u.a. last- und
drehzahlabhängig.
Die Regelgröße des Gemischreglers
bewirkt eine Korrektur des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher
der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von Lambda.
-
Eine ganz besonders vorteilhafte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass die Regelgröße in einem
Integrierer integriert wird, um eine integrierte Regelgröße zu erhalten,
und dass die integrierte Regelgröße zu dem
Vorsteuerwert addiert wird, um die Ansteuergröße zu erhalten. Auf diese Weise
ist eine schrittweise Anpassung des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffspeicher möglich, wobei
ein sich aus der Regelgröße ergebender
Korrekturwert für
die Ansteuerung des Druckstellglieds sich durch die Integration
auch auf nachfolgende Betriebszyklen der Brennkraftmaschine auswirkt.
-
Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante wird
ein den Kraftstoffdruck regelnder Druckregler der Brennkraftmaschine
bei einem Drucksensorfehler deaktiviert. Hierdurch ergeben sich
Zykluszeiteinsparungen in einem die Brennkraftmaschine steuernden
Steuergerät,
in dem der Druckregler in Form eines Computerprogramms realisiert
ist.
-
Noch eine weitere sehr vorteilhafte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass der Integrierer permanent mit einer Regelabweichung
des Druckreglers initialisiert wird, solange kein Drucksensorfehler
auftritt. Dadurch ist gewährleistet,
dass keine Unstetigkeit bei der Ansteuerung des Druckstellglieds
auftritt, sobald sich ein Drucksensorfehler einstellt.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass die
Brennkraftmaschine bei einem Drucksensorfehler in einem Homogenbetrieb
und/oder mit einem Lambda-Sollwert von Eins betrieben wird.
-
Als eine weitere Lösung der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist bei einem Steuergerät der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, dass eine Regelgröße eines Gemischreglers der
Brennkraftmaschine verwendbar ist, um den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher
auf den Drucksollwert einzustellen.
-
Von besonderer Bedeutung ist die
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Form eines Computerprogramms, das für ein Steuergerät einer
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung vorgesehen ist. Dabei
ist das Computerprogramm insbesondere auf einem Mikroprozessor ablauffähig und zur
Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
In diesem Fall wird also die Erfindung durch das Computerprogramm
realisiert, so dass dieses Computerprogramm in gleicher Weise die
Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das
Computerprogramm geeignet ist. Das Computerprogramm kann auf einem
elektrischen Speichermedium abgespeichert sein, beispielsweise auf
einem Flash-Memory oder einem Read-Only-Memory.
-
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
ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
und
-
2 zeigt
einen Signalflussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
In der 1 ist
eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt,
bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin-
und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen,
der unter anderem durch den Kolben 2, ein Einlassventil 5 und
ein Auslassventil 6 begrenzt ist. Mit dem Einlassventil 5 ist
ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslassventil 6 ist
ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
-
Im Bereich des Einlassventils 5 und
des Auslassventils 6 ragen ein Einspritzventil 9 und
eine Zündkerze 10 in
den Brennraum 4. Über
das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt
werden. Mit der Zündkerze 10 kann
der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.
-
In dem Ansaugrohr 7 ist
eine drehbare Drosselklappe 11 untergebracht, über die
dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Menge der zugeführten. Luft
ist abhängig
von der Winkelstellung der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 ist
ein Katalysator 12 untergebracht, der der Reinigung der durch
die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase dient. Zwischen
dem Auslassventil 6 und dem Katalysator 12 befindet
sich ferner eine Lambdasonde 8a in dem Abgasrohr 8,
aus deren Meßsignal
auf ein auch als Luftzahl Lambda bezeichnetes Verhältnis aus
Luftmasse und Kraftstoffmasse in dem Abgasrohr 8 geschlossen
werden kann.
-
Das Einspritzventil 9 ist über eine
Druckleitung mit einem Kraftstoffspeicher 13 verbunden.
In entsprechender Weise sind auch die Einspritzventile der anderen
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 mit dem Kraftstoffspeicher 13 verbunden.
Der Kraftstoffspeicher 13 wird über eine Zuführleitung
mit Kraftstoff versorgt. Hierzu ist eine Kraftstoffpumpe vorgesehen, die
dazu geeignet ist, den erwünschten
Druck in dem Kraftstoffspeicher 13 aufzubauen.
-
Weiterhin ist an dem Kraftstoffspeicher 13 ein
Drucksensor 14 angeordnet, mit dem der Druck in dem Kraftstoffspeicher 13 messbar
ist. Bei diesem Druck handelt es sich um denjenigen Druck, der auf den
Kraftstoff ausgeübt
wird, und mit dem deshalb der Kraftstoff über das Einspritzventil 9 in
den Brennraum 3 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt
wird. Der mit Hilfe des Drucksensors 14 ermittelte Druck wird
im folgenden als Druckistwert bezeichnet.
-
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird Kraftstoff
in den Kraftstoffspeicher 13 gefördert. Dieser Kraftstoff wird über die
Einspritzventile 9 der einzelnen Zylinder 3 in
die zugehörigen
Brennräume 4 eingespritzt.
Die eingespritzte Kraftstoffmenge hängt dabei im wesentlichen von
der Einspritzzeit und von dem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 13 ab.
-
Mit Hilfe der Zündkerzen 10 werden
Verbrennungen in den Brennräumen 3 erzeugt,
durch die die Kolben 2 in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden. Diese
Bewegungen werden auf eine nicht-dargestellte Kurbelwelle übertragen
und üben
auf diese ein Drehmoment aus.
-
Ein Steuergerät 15 ist von Eingangssignalen 16 beaufschlagt,
die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise
ist das Steuergerät 15 mit
dem Drucksensor 14, einem Luftmassensensor, der Lambda-Sonde 8a,
einem Drehzahlsensor und dergleichen verbunden. Des Weiteren ist
das Steuergerät 15 mit
einem Fahrpedalsensor verbunden, der ein Signal erzeugt, das die
Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit
das angeforderte Drehmoment angibt. Das Steuergerät 15 erzeugt
Ausgangssignale 17, mit denen über Aktoren bzw. Steller das
Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann.
Beispielsweise ist das Steuergerät 15 mit
dem Einspritzventil 9, der Zündkerze 10 und einem
den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 13 steuernden
Druckstellglied (nicht gezeigt) und dergleichen verbunden und erzeugt
die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale. Das Druckstellglied
kann als Kraftstoffpumpe oder auch als eine Zumesseinheit ausgebildet
sein, die z.B. mittels eines Magnetventils einen saugseitigen Kraftstoffstrom
in eine Kraftstoffpumpe steuert.
-
Unter anderem ist das Steuergerät 15 dazu vorgesehen,
die Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise
wird die von dem Einspritzventil 9 in den Brennraum 4 eingespritzte
Kraftstoffmasse von dem Steuergerät 15 insbesondere
im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine
geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem
Zweck ist das Steuergerät 15 mit
einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere
in einem Flash-Memory ein Computerprogramm abgespeichert hat, das
dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.
-
Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1, d.h.
solange kein Fehler des Drucksensors 14 vorliegt, wird
der mit Hilfe des Drucksensors 14 ermittelte Druckistwert
von einem Druckregler des Steuergeräts 15 ausgewertet.
Ferner wird aus dem Signal des Fahrpedalsensors ein auch als Fahrerwunschmoment
bezeichnetes, vom Fahrer angefordertes Drehmoment ermittelt, und
zusammen mit weiteren Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 wird in dem Steuergerät 15 daraufhin
ein Drucksollwert berechnet, der durch eine entsprechende Ansteuerung
des Druckstellglieds mit einer Ansteuergröße A_Stgl eingestellt wird.
-
Die Ansteuergröße A_Stgl setzt sich hierbei zusammen
aus einem Vorsteuerwert V_Stgl, der einen vom Betriebspunkt der
Brennkraftmaschine 1 abhängigen, d.h. im wesentlichen
last- und drehzahlabhängigen Anteil
der Ansteuergröße A_Stgl
darstellt, und aus einem vom Druckregler aus der Differenz von Druckistwert
und Drucksollwert gebildeten Korrekturwert, der auch als Regelabweichung ΔD bezeichnet
wird.
-
Sobald ein Fehler des Drucksensors 14 festgestellt
wird, wird der Druckregler deaktiviert, da eine fehlerfreie Druckregelung
auf der Basis des mit Hilfe des möglicherweise defekten Drucksensors 14 ermittelten
Druckistwerts nicht mehr sichergestellt ist.
-
Um ohne Kenntnis des tatsächlichen
Kraftstoffdrucks weiterhin einen bestimmten Kraftstoffdruck in dem
Kraftstoffspeicher 13 einstellen zu können, wird der Druckistwert
durch den Drucksollwert ersetzt, und die Ansteuergröße A_Stgl
zur Ansteuerung des Druckstellglieds wird gemäß 2 aus dem u.a. last- und drehzahlabhängigen Vorsteuerwert V_Stgl
sowie einer Regelgröße Δλ eines
Gemischreglers (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 1 erhalten.
-
Die Regelgröße Δλ des
Gemischreglers gibt einen Unterschied zwischen dem mit Hilfe der
Lambdasonde 8a ermittelten, in dem Abgasrohr 8 tatsächlich vorliegenden
Lambda-Istwert und einem im Gemischregler festgelegten Lambda-Sollwert
an. Aus diesem Unterschied kann wegen der Abhängigkeit der eingespritzten
Kraftstoffmenge vom Kraftstoffdruck darauf geschlossen werden, ob
der tatsächliche
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 13 zu groß oder zu
klein ist.
-
Wenn die Regelgröße Δλ den
Wert Null aufweist, stimmt der Lambda-Sollwert mit dem Lambda-Istwert überein,
und es kann davon ausgegangen werden, dass der tatsächliche
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 13 dem Drucksollwert
entspricht.
-
Besonders vorteilhaft ist es, die
Regelgröße Δλ in
einem Integrierer 20 zu integrieren. Die am Ausgang des
Integrierers 20 anliegende integrierte Regelgröße Δλ_t
stellt einen Korrekturwert dar, der additiv mit dem Vorsteuerwert
V_Stgl verknüpft
ist, um die Ansteuergröße A_Stgl
zu erhalten. Solange eine Abweichung zwischen einem Lambda-Istwert
und dem vom Gemischregler vorgegebenen Lambda-Sollwert besteht,
d.h. solange die Regelgröße Δλ ungleich
Null ist, wird die integrierte Regelgröße Δλ_t
entsprechend dem Wert der Regelgröße Δλ vergrößert bzw.
verkleinert, was solange erfolgt, bis die Regelgröße Δλ schließlich den
Wert Null annimmt. In diesem Fall hat die integrierte Regelgröße Δλ_t
genau den Wert, der zur Korrektur des Vorsteuerwerts V_Stgl erforderlich ist,
um mit dem Ansteuersignal A_Stgl den vom Gemischregler bestimmten
Drucksollwert einzustellen.
-
Um bei dem Übergang vom Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 zum
Betrieb mit Drucksensorfehler keinen Sprung in dem von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen
Antriebsmoment zu erhalten, der aufgrund einer Unstetigkeit in der
Ansteuerung des Druckstellglieds mit der Ansteuergröße A_Stgl
entstehen kann, wird der Integrierer 20 im Normalbetrieb
der Brennkraftmaschine 1 stets mit der Regelabweichung ΔD des
Druckreglers initialisiert. Dadurch ist gewährleistet, dass die integrierte Regelgröße Δλ_t
beim Auftreten eines Drucksensorfehlers zunächst den Wert aufweist, der
auch im Normalbetrieb zu dem Vorsteuerwert V_Stgl addiert wird, um
die Ansteuergröße A_Stgl
zu erhalten; d.h. die Stetigkeit der Ansteuergröße A_Stgl ist gewährleistet.
-
Besonders vorteilhaft ist es auch,
die Brennkraftmaschine 1 beim Auftreten eines Drucksensorfehlers
im Homogenbetrieb, vorzugsweise bei einem Lambda-Wert von Eins,
zu betreiben, weil das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 1 im
Homogenbetrieb im wesentlichen von einer angesaugten Luftmenge abhängt und
nicht z.B. wie in einem Schichtbetrieb direkt von einer eingespritzten
Kraftstoffmenge. Auf diese Weise ist ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine 1 auch
beim Auftreten eines Drucksensorfehlers gewährleistet, selbst wenn die Regelabweichung ΔD noch
nicht den Wert Null erreicht hat und demnach noch eine vom Sollwert
abweichende Kraftstoffmenge eingespritzt wird.