DE112007000985T5 - Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einem Motor mit Kompressionszündung - Google Patents

Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einem Motor mit Kompressionszündung Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotors, der überstöchiometrisch arbeitet, wobei der Motor einen Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung umfasst, wobei der Motor in sich wiederholenden Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus Einlass-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakte umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass:
mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingerichtet werden, um während jedes Zyklus eine erste und eine zweite Masse Kraftstoff direkt in jeden Zylinder einzuspritzen;
mehrere Druckerfassungseinrichtungen eingerichtet werden, um während des fortwährenden Betriebes einen Zylinderinnendruck zu überwachen;
die erste Masse Kraftstoff in einen der Zylinder eingespritzt wird;
der Zylinderinnendruck unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ermittelt wird; und
die erste Masse Kraftstoff auf der Basis des ermittelten Zylinderinnendrucks eingestellt wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft den Betrieb und die Steuerung von Motoren mit Kompressionszündung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
  • Es ist eine Vielfalt von eindringenden und nicht eindringenden Druckerfassungsmitteln zum Erfassen eines Drucks in einem Verbrennungsmotorzylinder bekannt, wenn der Motor angetrieben wird, und während des Zündens des Motors.
  • Es sind verschiedene Aspekte von Verbrennungsmotorensteuerungen bekannt, die auf Zylinderinnendruckmesswerten beruhen, im Besonderen die Lage des Spitzendrucks (LPP), der Kalibrierwert des indizierten effektiven Mitteldrucks (IMEP) und der absolute Spitzendruck.
  • Bekanntlich ist das Klopfen eines Dieselmotors störend. Es ist auch bekannt, dass eine gewisse Abhilfe durch Piloteinspritztechniken geschaffen wird. Jedoch stellt eine genaue Piloteinspritzung weiterhin eine Heraus forderung dar, und bekannte Systeme können eine unannehmbare Schwankung zeigen.
  • Bekannte Systeme wenden eine Geräuschdetektionsprozedur unter Verwendung von Signalinformationen von an dem Block montierten Beschleunigungsmessern an, um Blockschwingung zu erfassen. Die Hauptmängel der existierenden Systeme betreffen die Robustheit und Genauigkeit der Korrekturen.
  • Es ist bekannt, dass mehrfache Kraftstoffeinspritzungen pro Zylinderereignis in Motoren mit Kompressionszündung erwünscht sind, um unerwünschte Verbrennungseigenschaften und Begleiterscheinungen davon, die z. B. Geräusch umfassen, zu mildern. In einer solchen Situation führt das Steuerungssystem eine Piloteinspritzung vor einem Hauptkraftstoffeinspritzereignis aus, um die Brennkammer vorzuwärmen. In derartigen Systemen umfasst die Piloteinspritzung eine minimale Kraftstoffmenge, die bevorzugt bei oder in der Nähe etwa des oberen Totpunkts (OT) des Kolbenhubes eingespritzt wird, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzung nach dem OT abhängig von der Motorenlast erfolgt.
  • Das zuverlässige und genaue Abgeben von Pilotkraftstoff stellt für viele Kraftstoffsysteme eine Herausforderung dar, und ein Verfahren zum Detektieren von Auswirkungen der Piloteinspritzung und zum Einstellen der Einspritzung während des fortwährenden Betriebes ist wünschenswert. Zylinderdruckmesswandler können eine Feinabstimmung der Piloteinspritzung ermöglichen. Jedoch sind typischerweise relativ hohe Datenabtastraten erforderlich.
  • Daher wird hierin ein Verfahren beschrieben, das einen hohen Grad an Genauigkeit bereitstellt und Probleme lindert, die mit der Verwendung von kalibrierten Drucksensoren in Beziehung stehen. Dies macht sie anpassbar an Verfahren für Steuerungssysteme mit Zylinderdrucksensoren, die nicht kalibriert sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind ein Verfahren und System zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotors, der überstöchiometrisch arbeitet, vorgesehen. Der Motor umfasst einen Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung, wobei der Motor in sich wiederholenden Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus Einlass-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakte umfasst. Das Verfahren umfasst, dass mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingerichtet werden, um während jedes Zyklus eine erste und eine zweite Masse Kraftstoff direkt in die Zylinder einzuspritzen. Druckerfassungseinrichtungen überwachen während des fortwährenden Betriebes den Zylinderinnendruck in den Zylindern. Die erste Masse Kraftstoff wird in einen der Zylinder eingespritzt. Im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff wird ein Zylinderdruckverhältnis in dem Zylinder auf der Basis des überwachten Drucks ermittelt. Die erste Masse Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, wird während eines nachfolgenden Zyklus auf der Basis des Zylinderdruckverhältnisses eingestellt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
  • Die Erfindung kann physikalische Formen in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind, die einen Teil hiervon bilden und in denen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 2 ein Datengraph gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen lediglich zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht dazu, selbige einzuschränken, umfasst 1 ein schematisches Diagramm, das einen Verbrennungsmotor, ein Steuerungsmodul 5 und ein Abgasnachbehandlungssystem 15 darstellt, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.
  • Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung, der hin- und hergehende Kolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle 24 angebracht und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Brennkammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle 24 ist funktional an einem Fahrzeuggetriebe und einem Endantrieb angebracht, um Traktionsdrehmoment darauf in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung (DM_ANFORD) abzugeben. Der Motor wendet bevorzugt einen Viertaktbetrieb an, wobei jeder Verbrennungsmotorzyklus 720 Grad eines Drehwinkels der Kurbelwelle 24 umfasst, die in 180 Grad Stufen von Einlass-Verdichtung-Arbeit-Auslass unterteilt sind, die eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 beschreiben. Ein mehrzahniges Impulsgeberrad 26 ist an der Kurbelwelle angebracht und rotiert mit dieser. Der Motor umfasst Erfassungseinrichtungen, um den Motorbetrieb zu überwachen, und Aktoren, die den Motorbetrieb steuern. Die Erfas sungseinrichtungen und Aktoren sind signaltechnisch oder funktional mit einem Steuerungsmodul 5 verbunden.
  • Der Motor weist bevorzugt einen Luft-/Kraftstoffbetriebszustand auf, der primär überstöchiometrisch ist. Fachleute verstehen, dass Aspekte der Erfindung auf andere Motorausgestaltungen anwendbar sind, die primär überstöchiometrisch arbeiten, z. B. fremdgezündete Motoren mit Magerbetrieb. Während eines normalen Betriebes des Motors mit Kompressionszündung erfolgt während jedes Motorzyklus ein Verbrennungsereignis, wenn eine Kraftstofffüllung in die Brennkammer eingespritzt wird, um mit der Einlassluft die Zylinderfüllung zu bilden. Die Zylinderfüllung wird anschließend während des Verdichtungstaktes durch deren Kompressionswirkung verbrannt.
  • Erfassungseinrichtungen sind an oder in der Nähe des Motors eingebaut, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsparametern in Korrelation gebracht werden können. Die Erfassungseinrichtungen umfassen einen Kurbelwellenrotationssensor mit einem Kurbelwinkelsensor 44 zum Überwachen der Kurbelwellendrehzahl (U/MIN) durch Erfassen von Flanken an den Zähnen des mehrzahnigen Impulsgeberrades 26. Der Kurbelwinkelsensor ist bekannt und kann z. B. einen Hall-Effekt-Sensor, einen induktiven Sensor oder einen Magnetwiderstandssensor umfassen. Der Signalausgang von dem Kurbelwinkelsensor 44 (U/MIN) wird in das Steuerungsmodul 5 eingegeben. Es gibt einen Verbrennungsdrucksensor 30, der eine Druckerfassungseinrichtung umfasst, die eingerichtet ist, um den Zylinderinnendruck (VERBR_DRUCK) zu überwachen. Der Verbrennungsdrucksensor 30 umfasst bevorzugt eine nicht eindringende Einrichtung, die einen Kraftmesswandler umfasst, der einen ringförmigen Querschnitt aufweist und eingerichtet ist, um in den Zylinderkopf an eine Öffnung für eine Glühkerze 28 eingebaut zu sein. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist in Verbindung mit der Glühkerze 28 eingebaut, wobei der Verbrennungsdruck mechanisch durch die Glühkerze auf den Sensor 30 übertragen wird. Das Ausgangssignal (VERBR_DRUCK) des Erfassungselements des Sensors 30 ist proportional zu dem Zylinderdruck. Das Erfassungselement des Sensors 30 umfasst eine Piezokeramik oder eine andere als solche anpassbare Einrichtung. Andere Erfassungseinrichtungen umfassen bevorzugt einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen des Krümmerdrucks (MAP) und des Umgebungsluftdrucks (BARG), einen Luftmassendurchsatzsensor zum Überwachen des Einlassluftmassendurchsatzes (MAF) und der Einlasslufttemperatur (Tin) und einen Kühlmittelsensor 35 (KÜHLMITTEL). Das System kann einen Abgassensor (nicht gezeigt) zum Überwachen von Zuständen von einem oder mehreren Abgasparametern (z. B. Temperatur, Luft-/Kraftstoffverhältnis und Bestandteile) umfassen. Der Fachmann versteht, dass es andere Erfassungseinrichtungen und -verfahren zu Zwecken der Steuerung und Diagnose geben kann. Die Bedienereingabe in der Form der Bedienerdrehmomentanforderung DM_ANFORD wird typischerweise durch ein Gaspedal und ein Bremspedal neben anderen Einrichtungen erhalten. Der Motor ist bevorzugt mit anderen Sensoren (nicht gezeigt) zum Überwachen des Betriebes und zu Zwecken der Systemsteuerung ausgestattet. Jede der Erfassungseinrichtungen ist signaltechnisch mit dem Steuerungsmodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die von dem Steuerungsmodul in Informationen umgeformt werden können, die den jeweiligen überwachten Parameter darstellen. Es ist zu verstehen, dass diese Ausgestaltung veranschaulichend und nicht einschränkend ist, wobei eingeschlossen ist, dass die verschiedenen Erfassungseinrichtungen durch funktional gleichwertige Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind und dennoch in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
  • Die Aktoren sind an dem Motor angebaut und werden von dem Steuerungsmodul 5 in Ansprechen auf Bedienereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Aktoren umfassen eine elektronisch gesteuerte Drosselklappeneinrichtung, die die Drosselklappenöffnung für einen befohlenen Eingang (EDC) steuert, und mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 12 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jede der Brennkammern in Ansprechen auf einen befohlenen Eingang (EIN-SPRITZ_PW), die alle in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanforderung (DM_ANFORD) gesteuert werden. Es gibt ein Abgasrückführventil 32 und einen Abgaskühler (nicht gezeigt), der die Strömung von extern rückgeführtem Abgas zu dem Motoreinlass in Ansprechen auf ein Steuerungssignal (AGR) von dem Steuerungsmodul steuert. Die Glühkerze 28 umfasst eine bekannte Einrichtung, die in jeder der Brennkammern eingebaut ist und zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor 30 eingerichtet ist.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 ist ein Element eines Kraftstoffeinspritzsystems, das mehrere Hochdruckkraftstoffeinspritzvorrichtungen umfasst, die jeweils eingerichtet sind, um eine Kraftstofffüllung, die eine Masse Kraftstoff umfasst, direkt in eine der Brennkammern in Ansprechen auf das Befehlssignal, EINSPRITZ_PW, von dem Steuerungsmodul einzuspritzen. Jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 12 wird mit unter Druck gesetztem Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem (nicht gezeigt) versorgt und weist Betriebseigenschaften auf, die eine minimale Pulsweite und einen zugehörigen minimalen steuerbaren Kraftstoffdurchsatz und einen maximalen Kraftstoffdurchsatz umfassen. Das Kraftstoffeinspritzvorrichtungsbefehlssignal umfasst einen Befehl für eine Piloteinspritzung, eine Haupteinspritzung und jede nachfolgende Nacheinspritzung in Abhängigkeit von dem spezifischen verwendeten Betriebssystem. In der beispielhaften Ausführungsform spritzt jede Kraftstoffeinspritzvor richtung während jedes Zyklus eine erste Pilotmasse Kraftstoff bei etwa 20 Grad vor OT und eine zweite Hauptmasse Kraftstoff bei etwa 0 Grad vor OT ein. Die Summe aus der Pilotmasse und der Hauptmasse Kraftstoff, die möglicherweise einen Anteil irgendeiner nachfolgenden Nacheinspritzung enthält, ist ausreichend, um den Motor derart mit Leistung zu beaufschlagen, dass der Bedienerdrehmomentanforderung nachgekommen wird.
  • Der Motor kann mit einem steuerbaren Ventilstrang ausgestattet sein, der dazu dient, Öffnungen und Schließungen der Einlass- und Auslassventile von jedem der Zylinder einzustellen, was eines oder mehreres von Ventilzeiten, Phasenlage (d. h. Zeiten bezüglich des Kurbelwinkels und der Kolbenposition) und Größe des Hubes der Ventilöffnungen einschließt. Ein beispielhaftes System umfasst eine variable Nockenwellenphasenlage, die auf Motoren mit Kompressionszündung, Motoren mit Fremdzündung und Motoren mit homogener Kompressionszündung anwendbar ist.
  • Das Steuerungsmodul 5 ist bevorzugt ein Universaldigitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien mit nichtflüchtigem Speicher, der Nur-Lese-Speicher (ROM) und elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) einschließt, und Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltung und eine Eingabe-/Ausgabeschaltung und -Einrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung umfasst. Das Steuerungsmodul weist einen Satz Steuerungsalgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierwerte umfassen, die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers zu erfüllen. Die Algorithmen werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen werden von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von den vorstehend erwähnten Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebes der Aktoren unter Verwendung voreingestellter Kalibrierwerte auszuführen. Schleifenzyklen werden während des fortwährenden Motor- und Fahrzeugbetriebes typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden. Ereignisbasierte Algorithmen und der Motorbetrieb umfassen eine Drucküberwachung von dem Verbrennungssensor 30, wobei Messwerte entsprechend jedem an dem Kurbelwinkelrad 26 vorbeitretenden Zahn aufgenommen werden. Wenn somit das Kurbelwellen-Impulsgeberrad ein 60X-2X-Rad umfasst, erfolgt eine Verbrennungserfassung alle sechs Grad der Kurbelrotation, wobei ein Zahn und Messwert einer Kurbelwinkeleinstellung bei 0 OT für jeden Kolben entspricht.
  • Das Steuerungsmodul 5 führt einen Algorithmuscode aus, der darin gespeichert ist, um die vorstehend erwähnten Aktoren zum Steuern des Motorbetriebes, einschließlich der Drosselklappenposition, der Kraftstoffeinspritzmasse und -zeit, der AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung von rückgeführten Abgasen, des Glühkerzenbetriebes zu steuern und um die Einlass- und/oder Auslassventilzeit, -phasenlage und -hub an derart ausgestatteten Systemen zu steuern. Das Steuerungsmodul ist eingerichtet, um Eingangssignale von dem Bediener (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition), um die Bedienerdrehmomentanforderung, DM_ANFORD, zu ermitteln, und von den Sensoren zu empfangen, die die Motordrehzahl (U/MIN) und die Einlasslufttemperatur (Tin) und die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen ange ben. Das Steuerungsmodul 5 ermittelt momentane Steuerungseinstellungen für die Kraftstoffeinspritzmasse und -zeit, die AGR-Ventilposition und die Einlass- und Auslassventilphasenlagen- und -hubsollwerte aus Nachschlagetabellen in einem Speicher.
  • Die hierin beschriebene Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotors, der überstöchiometrisch arbeitet, z. B. der oben anhand von 1 beschriebene Motor. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen spritzen während jedes Zyklus eine erste Pilotmasse Kraftstoff und eine zweite Hauptmasse Kraftstoff direkt in jeden der Zylinder ein. Die Druckerfassungseinrichtungen überwachen in dieser Ausführungsform während des fortwährenden Betriebes, bevorzugt alle drei oder sechs Grad Kurbelrotation, einen Zylinderinnendruck in jedem Zylinder. Die erste Masse Kraftstoff wird in jeden der Zylinder eingespritzt, und ein Zylinderdruckverhältnis wird für jeden Zylinder unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff bevorzugt auf der Basis des überwachten Drucks bei einem vorbestimmten geeigneten Kurbelwinkel ermittelt. Der überwachte Druck und das Zylinderdruckverhältnis werden bevorzugt nach einem verstrichenen Zeitraum ermittelt, der ausreicht, um eine Zündverzögerung der eingespritzten ersten Masse Kraftstoff auszugleichen. Die zweite Hauptmasse Kraftstoff wird in den Zylinder zur rechten Zeit gemäß vorbestimmten Kalibrierwerten eingespritzt. Die erste Masse Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, wird eingestellt, um die erste Pilotmasse Kraftstoff, die während eines nachfolgenden Zyklus eingespritzt wird, auf der Basis des ermittelten Zylinderdruckverhältnisses zu erhöhen oder zu verringern. Dies wird nun ausführlich beschrieben.
  • Druckverhältnisse werden während des fortwährenden Betriebes bei jeder Messung des Zylinderdrucks ermittelt. Ein Druckverhältnis umfasst ein Verhältnis eines gemessenen Drucks, wenn der Motor zündet, im Ver gleich mit einem Druck in dem Zylinder, wenn der Motor angetrieben wird, d. h. nicht mit Kraftstoff beaufschlagt wird, bei dem spezifischen Kurbelwinkel. Ein beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Druckverhältnisses umfasst, dass der erste Hauptsatz der Wärmelehre verwendet wird, der für eine Mischung mit konstanten Eigenschaften wie in Gleichung 1 beschrieben ist, um das Druckverhältnis bei einem Kurbelwinkel, kw, zu berechnen: P(kw)/Pmot(kw) = 1,0 + mf·hc/(mtot·cv·Tint) integral[d(mbf – qwf)/d(kw)·(V(kw)/Vint)(gamma-1)]d(kw)wobei:
    mf die Masse verbrannten Kraftstoffes ist;
    hc die Verbrennungswärme ist;
    mtot die Gesamtmasse ist;
    cv die spezifische Wärme bei konstantem Volumen ist;
    Tint die Anfangsfüllungstemperatur beim Start der Verdichtung ist;
    d(mbf – qwf)/d(kw) die Nettowärmezufuhrrate als Bruchteil der Gesamtkraftstoffenergie ist;
    gamma das Verhältnis der spezifischen Wärmen (cp/cv) ist;
    V(kw) das Zylindervolumen als Funktion des Kurbelwinkels ist;
    Pmot der adiabatische Druck bei Antrieb ist, der unter Verwendung eines polytropen Prozesses ermittelt wird und während des Zyklus oder während einer Reihe von Zyklen berechnet wird; und Pmot(kw) = Pint (Vint/V(kw))gamma.
  • Nun unter Bezugnahme auf 2 sind beispielhafte Druckverhältniskurven für einen Dieselmotor, der in einem herkömmlichen Betriebszustand arbeitet, gezeigt. Für jede der Kurven A, B und C erfolgt der Start der Haupt-, d. h. zweiten, Einspritzung bei einem Kurbelwinkel von 0 OT oder gerade bei dem oberen Totpunkt. Für beiden Kurven B und C, die die Piloteinspritzung und Haupteinspritzung zeigen, erfolgt der Start der Einspritzung der ersten, d. h. Pilot-, Einspritzung bei 20 Grad vor OT. Ohne die Piloteinspritzung erzeugt die Haupteinspritzung eine plötzliche Druckzunahme, wie es durch Kurve A gezeigt ist. Das Hinzufügen der Pilotmengen erwärmt die Füllung, in die die Hauptmenge eingespritzt wird, wodurch ein glatterer Übergang in die Hauptverbrennung geschaffen wird, wie es durch die Kurven B und C angegeben ist, welche bei zunehmender Masse der ersten Pilotkraftstoffmasse zusammenfallen. Es kann eine Schwankung bei der genauen Abgabe einer richtigen Pilotmasse Kraftstoff sowohl hinsichtlich der Dosierung als auch der Einspritzzeit geben. Quellen der Schwankung umfassen: Kraftstoffleitungsdruckschwankungen und -schwingungen; Abweichungen von Teil zu Teil der Einspritzvorrichtung und deren Alterung; Kraftstoffqualität und weitere.
  • Für ein System, bei dem ein Zylinderdrucksignal verfügbar ist, ist es erwünscht, das Druckverhältnis zu überwachen, um zwischen unerwünscht rauen Ereignissen (z. B. Kurve A) und stärker erwünschten Ereignissen (z. B. Kurve B) zu unterscheiden. Es ist jedoch anzumerken, dass ein deutlicher Hochfrequenz- oder Klingelsignalanteil bei verschiedenen Ab schnitten der unterschiedlichen Kurven beobachtet wird. Diese Signale liegen im Allgemeinen in einem akustischen Bereich und können als akustische Signale bezeichnet werden. Beispielsweise zeigt das Ergebnis, das anhand von Kurve A dargestellt ist, ein deutliches Klingen mit beträchtlicher Dauer im Anschluss an das Kraftstoffeinspritzereignis, wenn keine Piloteinspritzung beobachtet wird. Im Gegensatz zeigen die Ergebnisse, die in beiden Kurven B und C dargestellt sind, wobei variierende Piloteinspritzungen beobachtet werden, ein deutliches Klingeln im Wesentlichen unmittelbar nach dem Piloteinspritzereignis. In beiden Kurven B und C wird ferner beobachtet, dass das Klingeln schnell gedämpft wird und die Dauer beträchtlich stärker begrenzt ist als die des Klingelns, das mit der Kurve A in Beziehung steht. Wie zwischen Kurve B, bei der ein geringer Betrag an Pilotkraftstoffeinspritzung vorhanden ist, und Kurve C, bei der ein größerer Betrag an Piloteinspritzung vorhanden ist, zeigt darüber hinaus Kurve B Klingeln mit charakteristisch kleinerer Amplitude im Vergleich mit dem von Kurve C.
  • Während des fortwährenden Betriebes misst das hierin beschriebene Steuerungssystem fortwährend den Zylinderdruck und berechnet Druckverhältnisse bei geeigneten Intervallen, z. B. alle drei oder sechs Grad Kurbelwellenrotation. Innerhalb eines zulässigen Zeitraums im Anschluss an die Piloteinspritzung, primär, um eine Zündverzögerung des eingespritzten Pilotkraftstoffs auszugleichen, und vor der Haupteinspritzung, die den Zylinderinnendruck beeinflusst, wird das Druckverhältnis für jeden Zylinder ermittelt. In den anhand von 2 gezeigten Ergebnissen erfolgt die erste Einspritzung bei etwa 20 Grad vor OT, und die Haupteinspritzung erfolgt bei etwa 0 Grad OT mit einer Zündverzögerung im Bereich von etwa zehn Grad Kurvenwellenrotation für die erste Einspritzung. Deshalb wird der Zylinderinnendruck bevorzugt zwischen etwa zehn Grad vor OT und etwa fünf Grad nach OT gemessen. Wenn das Druckverhältnis für einen der Zylinder unter einem Schwellenwert liegt, z. B. kleiner ist als 1,15, wird der Einspritzbefehl, EINSPRITZ_PW, für die Piloteinspritzung für den nachfolgenden Motorzyklus für den spezifischen Zylinder inkrementiert. Während nachfolgender Motorzyklen wird der Einspritzbefehl, inj_pw, inkrementiert, typischerweise indem die Pulsweite des Einspritzventils um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird, bis das Druckverhältnis für den Zylinder einen zweiten Schwellenwert übersteigt, z. B. größer ist als 1,30. Der erste und zweite Schwellenwert werden auf der Basis von Druckverhältnissen ermittelt, die das gewünschte Fehlen von Klingeln oder akustischem Geräusch erreichen und stehen mit einer Rauheit des Motorbetriebes in Beziehung. Es ist zu verstehen, dass sich in Bezug auf die unmittelbar folgende Beschreibung hinsichtlich der Piloteinspritzung ein Drucksignal als geeignet erweisen kann und von dem Standpunkt reduzierter Prozessordurchsatzanforderungen bevorzugt ist.
  • Alternativ können die rohen Drucksignale unter Verwendung eines analogen Signals gefiltert werden, wobei das Drucksignal auf eine Weise analysiert wird, die analog zu der ist, die bei einem Klopfsensor an einem fremdgezündeten Motor ausgeführt wird. Die analoge oder digitale Bandpass- oder Hochpassfilterung kann angewandt werden, um die niedrigeren Frequenzen des Druckverhältnisses oder der Drucksignale zurückzuweisen und nur ein Signal bereitzustellen, dass den akustischen Gehalt darstellt. In einem Fall, bei dem der analysierte Signalbereich im Anschluss an die Haupteinspritzung liegt, gibt ein Fehlen eines Klingelns oder ein minimales Klingeln ein Piloteinspritzereignis an, das die unerwünschte raue Verbrennung von z. B. Kurve A erfolgreich vermeidet. Es folgt dann, dass ein Vorhandensein oder ein Schwellenpegel eines Klingelns im Anschluss an eine Haupteinspritzung ein Piloteinspritzereignis oder dessen Fehlen angibt, was eine unerwünscht grobe Verbrennung von z. B. Kurve A erzeugt. In einem anderen Fall, bei dem der Signalbereich unmittelbar nach der Verbrennung der Piloteinspritzung analysiert wird und einer Verbrennung der Haupteinspritzung entspricht, gibt eine hohe Änderungsrate des Druckverhältnisses, ein Piloteinspritzereignis oder ein Fehlen davon an, was eine unerwünscht raue Verbrennung von z. B. Kurve A erzeugt. Es folgt dann, dass ein Vorhandensein einer hinreichend niedrigen Änderungsrate des Druckverhältnisses ein Piloteinspritzereignis angibt, das die unerwünscht raue Verbrennung von z. B. Kurve A erfolgreich vermeidet. Die Änderungsrate kann mit einem Abtasten des Druckverhältnisses bei einem geeigneten erwarteten Bereich für das Einleiten einer Wärmefreigabe der Haupteinspritzung mit einer ausreichenden Abtastung geschätzt werden, um die Steigung der Druckverhältniskurve aufzulösen. Wahlweise kann ein Abtastwert bei einem festen Kurbelwinkel in der Nähe der erwarteten anfänglichen Wärmefreigabe der Haupteinspritzung aufgezeichnet und mit dem Wert für einen nachfolgenden Zyklus verglichen werden, wobei die Haupteinspritzungszeit um etwa ein Grad verschoben ist, um die Hauptwärmefreigabe relativ zu der Abtastlage zu verschieben, wodurch eine Abtastung mit effektiv höherer Auflösung bereitgestellt wird, als sie sonst praktisch durchführbar wäre. Anschließend könnte eine Pilotmenge derart eingestellt werden, dass sie auf der Begrenzung der gemessenen Änderungsrate basiert.
  • Das Verfahren ist rechentechnisch sehr einfach und erfordert keine kalibrierten Sensoren, da die Druckverhältnisberechnung eine solche Notwendigkeit für Linearität beseitigt und eine Notwendigkeit der Kenntnis der Verstärkung des Sensorausgangs eliminiert.
  • Im Allgemeinen ist das Verfahren für Korrekturen an Bord zur Verwendung mit Regelungssystemen auf Druckbasis vorgesehen. Die ermittelten Fehler könnten dazu verwendet werden, Maße von abgetasteten Drücken einzustellen und den Kalibrierwert nachzustellen, da er von dem Verdich tungsverhältnis und der Einspritzabgabezeitnachstellung beeinflusst sein könnte. Das Verfahren könnte in situ angewandt werden, einschließlich die Ermittlung des Drucks bei Antrieb, indem die Kraftstoffbeaufschlagung einzelner Zylinder oder aller Zylinder zu geeigneten Zeiten und unter den richtigen Bedingungen, wie etwa einer Verzögerung, unterbrochen wird. Die Referenz bei Antrieb kann für jede Bedingung, die in geeigneter Weise auferlegt werden würde, ermittelt werden.
  • Obgleich die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Gedankens und Schutzumfangs des beschriebenen erfinderischen Konzepts vorgenommen werden könnten. Dementsprechend ist es erwünscht, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sie soll den vollen Schutzumfang haben, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche zugelassen wird.
  • Zusammenfassung
  • Es ist ein Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotors, der überstöchiometrisch arbeitet, beschrieben. Der Motor umfasst einen Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung, wobei der Motor in sich wiederholenden Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus Einlass-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakte umfasst. Das Verfahren umfasst, dass mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingerichtet werden, um während jedes Zyklus eine erste und eine zweite Masse Kraftstoff direkt in die Zylinder einzuspritzen. Druckerfassungseinrichtungen überwachen während des fortwährenden Betriebes einen Zylinderinnendruck in den Zylindern. Die erste Masse Kraftstoff wird in einen der Zylinder eingespritzt. Es wird im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ein Zylinderdruckverhältnis in dem Zylinder auf der Basis des überwachten Drucks ermittelt. Die erste eingespritzte Masse Kraftstoff wird während eines nachfolgenden Zyklus auf der Basis des Zylinderdruckverhältnisses eingestellt.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotors, der überstöchiometrisch arbeitet, wobei der Motor einen Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung umfasst, wobei der Motor in sich wiederholenden Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus Einlass-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakte umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingerichtet werden, um während jedes Zyklus eine erste und eine zweite Masse Kraftstoff direkt in jeden Zylinder einzuspritzen; mehrere Druckerfassungseinrichtungen eingerichtet werden, um während des fortwährenden Betriebes einen Zylinderinnendruck zu überwachen; die erste Masse Kraftstoff in einen der Zylinder eingespritzt wird; der Zylinderinnendruck unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ermittelt wird; und die erste Masse Kraftstoff auf der Basis des ermittelten Zylinderinnendrucks eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die erste Masse Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, auf der Basis des Zylinderinnendrucks eingestellt wird, der unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff in den Zylinder ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen der ersten Masse Kraftstoff, die in den einen Zylinder eingespritzt wird, umfasst, dass die erste Masse Kraftstoff erhöht wird, wenn der Zylinderinnendruck, der unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ermittelt wird, unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass die erste Masse Kraftstoff, die in den Zylinder während eines nachfolgenden Zyklus eingestellt wird, eingespritzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen der ersten Masse Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, umfasst, dass die erste Masse Kraftstoff verringert wird, wenn der ermittelte Zylinderinnendruck größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des Zylinderinnendrucks unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff umfasst, dass: der Zylinderinnendruck einen verstrichenen Zeitraum nach dem Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ermittelt wird, um eine Zündverzögerung der ersten Masse Kraftstoff auszugleichen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass der Zylinderinnendruck vor dem Zünden der zweiten Masse Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: ein Druckverhältnis für jeden Zylinder auf der Basis des Zylinderinnendrucks, der unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ermittelt wird, ermittelt wird; und die erste Masse Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, auf der Basis des Zylinderdruckverhältnisses für den Zylinder eingestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln des Zylinderdruckverhältnisses für jeden Zylinder im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff umfasst, dass ein Verhältnis zwischen dem überwachten Druck und einem Druck bei Antreiben bei der Motorposition, die durch eine Kurbelwinkelposition bestimmt wird, ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einrichten mehrerer Druckerfassungseinrichtungen, um während des fortwährenden Betriebes den Zylinderinnendruck in den Zylindern zu überwachen, umfasst, dass Druckerfassungseinrichtungen auf Glühkerzenvorsprüngen an einem Zylinderkopf eingesetzt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner einen Motor und ein Steuerungsmodul umfasst, das dazu dient, das Verfahren auszuführen.
  12. Verfahren zum Steuern akustischen Geräuschs in einem Verbrennungsmotor, der überstöchiometrisch arbeitet, wobei der Motor einen Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung umfasst, wobei der Motor in sich wiederholenden Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus Einlass-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakte umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Zylinderinnendruck und eine Motorenkurbelposition überwacht werden; mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingerichtet werden, um während jedes Zyklus eine erste und eine zweite Masse Kraftstoff direkt in jeden der Zylinder einzuspritzen; mehrere Druckerfassungseinrichtungen eingerichtet werden, um während des fortwährenden Betriebes den Zylinderinnendruck zu überwachen; die erste Masse Kraftstoff in einen der Zylinder eingespritzt wird; der Zylinderinnendruck im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff überwacht wird; und die erste Masse Kraftstoff auf der Basis des überwachten Zylinderinnendrucks eingestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass: ein Zylinderdruckverhältnis unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff auf der Basis des überwachten Zylinderinnendrucks ermittelt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass: die erste Masse Kraftstoff, die während eines nachfolgenden Zyklus in den Zylinder eingespritzt wird, erhöht wird, wenn das Zylinderdruckverhältnis kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass die erste Masse Kraftstoff, die während eines nachfolgenden Zyklus in den Zylinder eingespritzt wird, verringert wird, wenn das Zylinderdruckverhältnis größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Überwachen des Zylinderinnendrucks im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff umfasst, dass: der Zylinderdruck einen verstrichenen Zeitraum nach der ersten Einspritzung auf der Basis einer Zündverzögerung der ersten Masse Kraftstoff überwacht wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst, dass der Zylinderinnendruck vor der Einspritzung der zweiten Masse Kraftstoff, die in die Zylinder eingespritzt wird, überwacht wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Überwachen des Zylinderinnendrucks im Anschluss an das Einspritzen der ersten Masse Kraftstoff ferner umfasst, dass: die zweite Masse Kraftstoff in den einen der Zylinder eingespritzt wird; der Zylinderdruck überwacht wird; und eine Änderungsrate des Zylinderdruckverhältnisses im Anschluss an das Einspritzen der zweiten Masse Kraftstoff ermittelt wird.
  19. Verfahren zum Betreiben eines Mehrzylindermotors mit Direkteinspritzung, wobei der Motor in sich wiederholenden Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus Einlass-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakte umfasst und eingerichtet ist, um in jedem Zyklus mehrfache Kraftstoffeinspritzereignisse auszuführen, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Motor überstöchiometrisch betrieben wird; mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingerichtet werden, um ein Pilotkraftstoffeinspritzereignis und ein Hauptkraftstoffein spritzereignis auszuführen, um während jedes Zyklus Kraftstoff in jeden der Zylinder einzuspritzen; mehrere nicht kalibrierte Druckerfassungseinrichtungen eingerichtet werden, um während des fortwährenden Betriebes den Zylinderinnendruck in jedem der Zylinder zu überwachen; der Pilotkraftstoff und der Hauptkraftstoff in einen der Zylinder eingespritzt werden; der Zylinderinnendruck unmittelbar im Anschluss an das Einspritzen des Hauptkraftstoffs überwacht wird; eine Änderungsrate des Zylinderdrucks im Anschluss an das Einspritzen des Hauptkraftstoffs ermittelt wird; und der Pilotkraftstoff, der während eines nachfolgenden Zyklus in den Zylinder eingespritzt wird, auf der Basis der Änderungsrate des Zylinderdrucks eingestellt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst, dass: ein Zylinderdruckverhältnis auf der Basis des überwachten Zylinderinnendrucks ermittelt wird; und eine Änderungsrate des Zylinderdruckverhältnisses im Anschluss an das Einspritzen des Hauptkraftstoffs ermittelt wird.
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