DE19909955B4

DE19909955B4 - Verfahren und Vorrichtung zum transienten Betrieb einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19909955B4
Application number: DE19909955.3A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-03-06
Filing date: 1999-03-06
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2019-03-07
Also published as: IT1316647B1; DE19909955A1; ITMI20000313A1; ITMI20000313A0; BR0001004A; JP2000265876A; FR2790515B1; US6308685B1; FR2790515A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff mittels einer Förderpumpe (5) einem Druckspeicher (6) zugeführt und in diesem ein entsprechender auf den Kraftstoff einwirkender Druck aufgebaut wird, bei dem der in dem Druckspeicher (6) auf den Kraftstoff einwirkende Druck gemessen wird, bei dem der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (6) in Abhängigkeit von dem gemessenen auf den Kraftstoff einwirkenden Druck mittels wenigstens eines Einspritzventils (11) direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (1) eingespritzt wird, und bei dem eine Änderung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) mit einem Übergang von einem ersten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck auf einen zweiten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten in dem Druckspeicher (6) auf den Kraftstoff einwirkenden Druck der jeweils tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck rechnerisch ermittelt und eine entsprechende Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) an den tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck vorgenommen wird; dass der jeweils auf den Kraftstoff einwirkende Druck anhand einer Modellrechnung ermittelt wird; und dass der in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck aus einem zeitlichen Verlauf des Druckaufbaus bzw. Druckabbaus mittels der Eingangsgrößen erster und zweiter auf den Kraftstoff einwirkender Druck, dem Fördervolumen der Förderpumpe (5), und dem Volumen des Druckspeichers (6) ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff mittels einer Förderpumpe einem Druckspeicher zugeführt und in diesem ein entsprechender auf den Kraftstoff einwirkender Druck aufgebaut wird, bei dem der in dem Druckspeicher auf den Kraftstoff einwirkende Druck gemessen wird, bei dem der Kraftstoff aus dem Druckspeicher in Abhängigkeit von dem gemessenen auf den Kraftstoff einwirkenden Druck mittels wenigstens eines Einspritzventils direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, und bei dem eine Änderung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mit einem Übergang von einem ersten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck auf einen zweiten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck erfolgt. Die Erfindung betrifft zudem ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die einen Druckspeicher aufweist, dem Kraftstoff unter einem von einer Förderpumpe bereitgestellten Druck zuführbar ist und aus dem der Kraftstoff mittels eines Einspritzventils direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, und die einen Drucksensor (8) zur Messung des in dem Druckspeicher auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes aufweist, wobei die Brennkraftmaschine im Bereich zwischen mindestens zwei Betriebspunkten, bei denen von einem ersten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck auf einen zweiten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck übergegangen wird, betreibbar ist.
Ferner betrifft die Erifndung ein Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine mit einem entsprechenden Verfahren gesteuerte Brennkraftmaschine.
Ein solches Verfahren ist bereits aus der JP 05-106 495 A und der JP 10-246 144 A bekannt.
Bei Fahrzeugmotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bspw. beim Dieselmotor oder beim jüngst entwickelten Benzin-Direkteinspritzer, wird der Kraftstoff in einem Druckspeicher auf einen Druck verdichtet und dann mittels Einspritzventilen den einzelnen Brennkammern zugeteilt. Der Kraftstoffdruck wird dabei nach den Gegebenheiten konstant eingestellt.
Bei der Benzindirekteinspritzung (BDE) allerdings gewinnt der Kraftstoffdruck zunehmend an Bedeutung, da er maßgeblich für die Güte der Aufbereitung des Kraftstoffes während der Einspritzung sowie die Eindringtiefe des Kraftstoffes in den Brennraum verantwortlich ist. Um das gesamte Potential einer Benzin direkt-einspritzenden Brennkraftmaschine ausnutzen zu können, insbesondere im sog. 'Schichtbetrieb', bei dem der Kraftstoff im Brennraum innerhalb von Kanälen oder Schichten verteilt ist, werden je nach Betriebspunkt unterschiedliche Kraftstoffdrücke eingestellt. Dabei wird der Kraftstoffdruck in aller Regel in Abhängigkeit von der Last, mit der die Brennkraftmaschine beaufschlagt ist, sowie der Drehzahl, variiert. Dabei wird somit transient von einem Druckniveau zu einem anderen Druckniveau gewechselt.
Im Gegensatz zum Otto-Motor, bei dem der Kraftstoff im Wesentlichen mit einem konstanten Druck beaufschlagt ist, wird bei den sog. direkteinspritzenden Diesel- oder Benzinmotoren der Kraftstoffdruck je nach Betriebspunkt zwischen etwa 40 bar und 120 bar eingestellt. Beim direkteinspritzenden Benzinmotor entsprechen die Betriebspunkte bspw. dem genannten Schichtladungsbetrieb, einem Homogenbetrieb oder einem Leerlaufbetrieb.
Einen weiteren Betriebsparameter stellt dabei die jeweils vorgesehene Spritzgeometrie der Einspritzdüsen dar, d. h. ihre Rolle bei der Eindringgeometrie des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs. Da diese Geometrie und die Eigenschaften der Spritzdüse als konstant anzunehmen sind, ist die Spritzgeometrie, d. h. der detaillierte Verlauf des Kraftstoffes in der Brennkammer, nahezu ausschließlich von dem an der Einspritzdüse anliegenden Kraftstoffdruck abhängig.
Bei bekannten Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art, bspw. der in der US 4 777 921 A beschriebenen Dieseleinspritzanlage, wird der Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe einem Druckspeicher, dem sog. ”fuel rail”, zugeführt. Der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird dann aus dem Druckspeicher mittels elektrisch angesteuerter Einspritzventile in Abstimmung mit den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in Brennkammern eingespritzt. Die Hochdruckpumpe wird dabei ebenfalls mittels einer Steuereinheit in Abstimmung mit den jeweiligen Betriebsbedingungen angesteuert.
Die Hochdruckpumpe wird nun, bedingt durch die Anforderungen an Kosten und Bauraum, zunehmend kleiner. Im Gegensatz dazu geht bei den Druckspeichern die Tendenz eher dahin, deren Fassungsvolumen zu vergrößern, da hierdurch insbesondere eine Bildung von Dampfblasen in dem unter Druck stehenden Kraftstoff während des Heißbetriebs oder Heißstarts entgegengewirkt wird. Dies rührt insbesondere daher, dass ein großvolumiger Druckspeicher, der möglichst nahe an die Zylinderköpfe der jeweiligen Brennkammern heranreicht, auf Grund der Konvektion des Kraftstoffes in dem Druckspeicher eine Blasenbildung in der Nähe des Zylinderkopfes wirksam vorbeugt. Die bei etwa vorzunehmenden Änderungen des Kraftstoffdrucks im Druckspeicher erforderlichen Druck-Aufbauzeiten werden somit zunehmend länger. Transient ergeben sich somit Fehlabweichungen vom gewünschten Druck.
Bei den vorgenannten Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung unterliegen die Betriebspunkte ständigen Änderungen und somit befinden sich diese Maschinen fortwährend im transienten Bereich. Bspw. auf Grund der Konvertierung von Stickoxiden, liegt ständig ein Wechsel zwischen Homogen- und Schichtbetrieb vor. Dieser Wechsel ist insbesondere unabhängig von dem jeweiligen Fahrerwunsch. Hinzu kommen Änderungen des Betriebspunktes auf Grund von geänderten Fahrerwünschen.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer eingangs erwähnten Brennkraftmaschine, ein Steuerelement, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine sowie eine entsprechende Brennkraftmaschine anzugeben, bei denen auch innerhalb der transienten Bereiche eine möglichst genaue Kontrolle des Einspritzvorganges gewährleistet ist. Auch soll innerhalb der transienten Bereiche ein genügender Fahrkomfort bereitgestellt werden, wobei bspw. ein Momentenruck auf Grund eines unzureichend genau vorhergesagten oder angenommenen Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher vermieden wird. Darüber hinaus sollen auch beim Betrieb der Brennkraftmaschine innerhalb eines transienten Bereichs die vom Gesetzgeber geforderten Emissionswerte eingehalten werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 5, 6 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten in dem Druckspeicher auf den Kraftstoff einwirkenden Druck der jeweils auf den Kraftstoff einwirkende Druck rechnerisch ermittelt wird und dass eine entsprechende Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an den tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck vorgenommen wird. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird somit eine Einstellung eines bedarfsgerechten Kraftstoffdrucks mittels einer Prädiktion des Ist-Wertes des Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher ermöglicht. Bei entsprechender Kenntnis dieses Kraftstoffdrucks wird danach eine Anpassung des aktuellen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an diesen Ist-Wert durchgeführt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine auch während des Betriebs innerhalb eines vorbeschriebenen transienten Bereichs vollständig kontrollierbar ist und damit insbesondere auch dort am optimalen Betriebspunkt betrieben werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der jeweils auf den Kraftstoff einwirkende Druck an Hand einer Modellrechnung ermittelt wird. An Wand einer solchen Modellrechnung lässt sich der Kraftstoffdruck auch innerhalb des transienten Bereichs mit relativ großer Genauigkeit angeben und somit der entsprechende Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entsprechend genau einstellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck aus einem zeitlichen Verlauf des Druckaufbaus bzw. Druckabbaus mittels der Eingangsgrössen erster und zweiter auf den Kraftstoff einwirkender Druck, dem Fördervolumen der Förderpumpe, und dem Volumen des Druckspeichers ermittelt wird. Aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck kann somit innerhalb des transienten Bereichs der vorliegenden Druckaufbau bzw. Druckabbau entsprechend modelliert werden. Dabei ist das Fördervolumen der Förderpumpe als bekannt vorauszusetzen und stellt im Allgemeinen eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängige Funktion dar. Ferner ist das Füllvolumen des Druckspeichers als feste Größe vorzugeben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung des in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes der Druckabbau aufgrund der aus dem Druckspeicher in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse berücksichtigt wird. Der Druckabbau auf Grund der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse innerhalb des transienten Bereichs stellt bei angenommenen relativ großen Füllvolumen des Druckspeichers einen Effekt zweiter Ordnung dar, der somit als Korrekturfaktor zweiter Ordnung die Einstellung des genauen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine weiter zu präzisieren ermöglicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass die Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an den in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck durch Änderung mindestens eines für die Verbrennung relevanten Parameters erfolgt. Eine entsprechende Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine kann bspw. durch eine Veränderung der Stellung einer bei der Brennkraftmaschine etwa vorgesehenen Drosselklappe, oder durch eine Anpassung der Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit der Drosselklappe oder durch eine Veränderung einer bei der Brennkraftmaschine etwa vorgesehenen Drallklappe, oder durch eine Veränderung einer etwa vorhandenen Abgasrückführung, oder durch eine Veränderung eines Zündmittels eines oder mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine, oder durch eine Veränderung der Füllung des Brennraumes, oder aber durch eine Veränderung der Gemischzusammensetzung des eingespritzten Kraftstoffes erfolgen. Durch eine zeitliche Koordination lässt sich bspw. die Drosselklappe bzw. die Füllung so einstellen, dass sie dem Kraftstoffdruck auch im transienten Übergangsbereich entspricht. Dadurch lassen sich das Fahrverhalten, insbesondere der Fahrkomfort, der Brennkraftmaschine und die aus den Brennräumen nach der Verbrennung austretenden Emissionen verbessern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann schließlich vorgesehen sein, dass bei der Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an den in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff in dem Druckspeicher einwirkenden Druck eine von dem tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck abhängige Geometrie der Einspritzung berücksichtigt wird. Die in dem Brennraum vorliegenden Verbrennungsbedingungen hängen empfindlich von der Geometrie der jeweils verwendeten Einspritzdüse ab, und dabei insbesondere von dem an der Einspritzdüse anliegenden Kraftstoffdruck, d. h. dem Druck, mit dem der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird bzw. einschießt. Daher können bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Modellrechnung auf diese geometrischen Effekte bei der Anpassung des Betriebspunktes an den jeweils vorliegenden Kraftstoffdruck vorgenommen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen, insbesondere für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Steuergerät wird die vorliegende Aufgabe insbesondere dadurch gelöst, dass Prozessormittel zur Ermittlung des in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebspunkt tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes vorgesehen sind. Bei den Prozessormitteln kann gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass der in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebspunkt tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck anhand einer Modellrechnung aus einem zeitlichen Verlauf des Druckaufbaus bzw. Druckabbaus mittels der Eingangsgrößen erster und zweiter auf den Kraftstoff einwirkender Druck, Fördervolumen der Förderpumpe, und Volumen des Druckspeichers ermittelbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Steuergerätes kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsmittel zur Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an den in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck Mittel zur Änderung mindestens eines für die Verbrennung relevanten Parameters aufweisen. Mittels der Steuerungsmittel kann hierbei eine Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine durch eine Veränderung der Stellung einer etwa vorgesehenen Drosselklappe, oder durch Anpassung der Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit der Drosselklappe, oder durch Veränderung einer bei der Brennkraftmaschine etwa vorgesehenen Drallklappe, oder durch eine Veränderung einer etwa vorhandenen Abgasrückführung, oder durch eine Veränderung des Zündwinkels einer der Zylinder der jeweiligem Brennkammern, oder durch eine Veränderung der Füllung des Brennraumes, oder aber durch eine Veränderung der Gemischzusammensetzung des eingespritzten Kraftstoffes erfolgen.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen, insbesondere für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Steuergerätes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, bei der ein Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen näher beschrieben wird.
Im Einzelnen zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
2 einen exemplarischen zeitlichen Kraftstoffdruckverlauf in einem transienten Bereich gemäß der Erfindung.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird an Hand der 1 beschrieben. Im Besonderen ist in dieser Figur ein Kraftstoffversorgungssystem 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt, das für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine weist vier Zylinder und damit vier Brennräume auf. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der der Kraftstoff, vorzugsweise Benzin, direkt in die Brennräume eingespritzt wird.
Der Kraftstoff wird von einer Vorförderpumpe 2 aus einem Behälter 3 über einen Filter 4 zu einer Hauptförderpumpe 5 transportiert, von der der Kraftstoff in eine Druckkammer 6 gepumpt wird. Mit Hilfe der Pumpen 2, 5 liegt in der Druckkammer 6 ein relativ hoher, auf den Kraftstoff einwirkender Druck vor. An die Druckkammer 6 ist ein Drucksteuerventil 7 und ein Drucksensor 8 angeschlossen, wobei mit letzterem der in der Druckkammer 6 vorhandene und auf den Kraftstoff einwirkende Druck gemessen werden kann. Der Drucksensor 8 erzeugt ein elektrisches Signal PRALL, das dem gemessenen Druck entspricht, und das über eine Leitung 9 ein elektrisches Steuergerät 10 beaufschlagt. Mit Hilfe des Drucksteuerventils 7 und des Drucksensors 8 kann der Druck in der Druckkammer 6, also der auf den Kraftstoff einwirkende Druck, von dem Steuergerät 10 auf einen hohen und etwa konstanten Ausgangswert geregelt werden.
Bei dem Steuergerät 10 handelt es sich um einen programmierbaren Mikroprozessor, der mit Speichern und sonstigen erforderlichen Bauteilen versehen ist, und der in das Kraftfahrzeug eingebaut ist. Das Steuergerät 10 erhält dabei die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Signale, u. a. von den jeweiligen Sensoren, bspw. von dem Drucksensor 8, und erzeugt daraus nach dem beschriebenen Verfahren die erforderlichen Signale zur Ansteuerung bspw. von Aktoren, so z. B. zur Ansteuerung von Einspritzventilen 11 oder des Drucksteuerventils 7.
Vier Einspritzventile 11 sind an die Druckkammer 6 angeschlossen. Jedes der Einspritzventile 11 ist direkt einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet. Durch die geschlossenen Einspritzventile 11 wird die Druckkammer 6 von dem jeweiligen Brennraum getrennt. Über elektrische Leitungen 12 sind die Einspritzventile 11 mit dem Steuergerät 10 verbunden. Zur Ansteuerung eines der Einspritzventile 11 erzeugt das das Steuergerät 10 ein elektrisches Signal ti, mit dem das entsprechende Einspritzventil in seinen geöffneten Zustand gesteuert wird. Die Länge des Signals ti entspricht der Einspritzdauer, während der Kraftstoff aus der Druckkammer 5 über das entsprechende Einspritzventil 11 in den zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Bei dem in 2 angenommenen, im Druckspeicher 6 auf den Kraftstoff einwirkenden Druckverlauf soll eine Druckerhöhung von dem Ist-Wert P1 auf den Soll-Wert P2 durchgeführt werden. Eine solche Druckänderung liegt bei einem direkteinspritzenden Benzinmotor im normalen Betriebszyklus, d. h. insbesondere nach Beendigung der Startphase, nahezu ständig vor, bspw. bei den genannten Wechseln zwischen Homogen- und Schichtbetrieb. Dieser Druck wird bei solchen Brennkraftmaschinen als Funktion des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mittels der in 1 gezeigten Steuereinheit 10 voreingestellt. Der jeweilige Betriebspunkt hängt somit empfindlich von der an der Brennkraftmaschine angreifenden Last, der vorliegenden Drehzahl, oder aber der unterschiedlichen Betriebsweise bei der Verbrennung, z. B. Schicht-, Homogen- oder Leerlaufbetrieb, ab.
Der in dem transienten Bereich vorliegende Druckanstieg von P1 nach P2 würde bei sog. idealen Bedingungen, d. h. bei relativ großer Förderleistung der Förderpumpe 5 und relativ geringem Füllvolumen des Druckspeichers 6, entlang der Linie ideal verlaufen. Bezüglich der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 kann es sich am Druckpunkt P1 bspw. um einen Homogenbetrieb, dagegen bei dem Druckpunkt P2 um ein Schichtladungsbetrieb handeln. Wie aus 2 weiter ersichtlich, stellt sich unter realen Bedingungen der Druckverlauf im transienten Bereich unterschiedlich zu der Idealkurve P_ideal dar. Dieser Unterschied resultiert insbesondere aus den realen Bedingungen für die Förderung von Kraftstoff in den Druckspeicher 6, bspw. der im Allgemeinen begrenzten Förderleistung der Förderpumpe 5 sowie des relativ großen Füllvolumens des Druckspeichers 6. Im vorliegenden Fall führen diese realen Bedingungen dazu, dass der reale Druckanstieg dem idealen Druckanstieg zeitlich nacheilt.
Der reale Druckverlauf P_real wird erfindungsgemäß an Hand einer Modellrechnung in dem transienten Bereich prädiziert. Bei dem zu Grunde gelegten Modell wird die Hochdruckpumpe 5 als Aktuator und der Druckspeicher 6 (fuel rail) als Speicher betrachtet. Ferner wird bezüglich des Kraftstoffdrucks die allgemeine Gültigkeit der Gasgleichung p × V = const. (für konstante Temperaturen) angenommen. Damit lässt sich insgesamt die folgende Gleichung aufstellen:
Bei diesem Modell wird also eine Druckdifferenz Δ_p1,p2 vorgegeben und daraus der zu einem Zeitpunkt im Druckspeicher vorliegende Kraftstoffdruck berechnet.
An Hand der so ermittelten Druckwerte P_real können dann den realen Druckbedingungen angepasste Betriebspunkte der Brennkraftmaschine koordiniert bzw. eingestellt werden. Entsprechende Betriebspunktänderungen können bspw. durch ein Verstellen der Drosselklappe erfolgen, womit die Gemischzusammensetzung des in den Brennraum insgesamt eingeführten Luft-/Kraftstoffgemisch eingestellt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, die bei einem Abgaskatalysator vorgesehene Abgasrückführung zur entsprechenden Aufbereitung des Gemisches heranzuziehen. Ferner kann der Betriebspunkt durch Veränderung des Zündwinkels der bei der Verbrennung ablaufenden Kolbenbewegung erfolgen.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelementes, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff mittels einer Förderpumpe (5) einem Druckspeicher (6) zugeführt und in diesem ein entsprechender auf den Kraftstoff einwirkender Druck aufgebaut wird, bei dem der in dem Druckspeicher (6) auf den Kraftstoff einwirkende Druck gemessen wird, bei dem der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (6) in Abhängigkeit von dem gemessenen auf den Kraftstoff einwirkenden Druck mittels wenigstens eines Einspritzventils (11) direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (1) eingespritzt wird, und bei dem eine Änderung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) mit einem Übergang von einem ersten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck auf einen zweiten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten in dem Druckspeicher (6) auf den Kraftstoff einwirkenden Druck der jeweils tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck rechnerisch ermittelt und eine entsprechende Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) an den tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck vorgenommen wird; dass der jeweils auf den Kraftstoff einwirkende Druck anhand einer Modellrechnung ermittelt wird; und dass der in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck aus einem zeitlichen Verlauf des Druckaufbaus bzw. Druckabbaus mittels der Eingangsgrößen erster und zweiter auf den Kraftstoff einwirkender Druck, dem Fördervolumen der Förderpumpe (5), und dem Volumen des Druckspeichers (6) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes der Druckabbau aufgrund der aus dem Druckspeicher (6) in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) an den in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck durch Änderung mindestens eines für die Verbrennung relevanten Parameters erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) an den in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff in dem Druckspeicher (6) einwirkenden Druck eine von dem tatsächlich einwirkenden Druck abhängige Einspritzgeometrie berücksichtigt wird.
Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät (10) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 geeignet ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die einen Druckspeicher (6) aufweist, dem Kraftstoff unter einem von einer Förderpumpe (5) bereitgestellten Druck zuführbar ist und aus dem der Kraftstoff mittels eines Einspritzventils (11) direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (1) einspritzbar ist, und die einen Drucksensor (8) zur Messung des in dem Druckspeicher (6) auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes aufweist, wobei die Brennkraftmaschine (1) im Bereich zwischen mindestens zwei Betriebspunkten, bei denen von einem ersten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck auf einen zweiten auf den Kraftstoff einwirkenden Druck übergegangen wird, betreibbar ist, gekennzeichnet durch Prozessormittel zum Berechnen des in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebspunkt tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druckes; Steuerungsmittel zum Anpassen des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an den tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck; wobei der in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebspunkt tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkende Druck anhand einer Modellrechnung aus einem zeitlichen Verlauf des Druckaufbaus bzw. Druckabbaus mittels der Eingangsgrößen erster und zweiter auf den Kraftstoff einwirkender Druck, Fördervolumen der Förderpumpe (5), und Volumen des Druckspeichers (6) mittels der Prozessormittel berechenbar ist.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmittel zur Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine (1) an den in dem Übergangsbereich tatsächlich auf den Kraftstoff einwirkenden Druck Mittel zur Änderung mindestens eines für die Verbrennung relevanten Parameters aufweisen.
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch ein Verfahren zu ihrem Betrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, und/oder durch einen Steuereinheit (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 und 7, und/oder ein mit der Steuereinheit (10) zusammenarbeitendes Steuerelement nach Anspruch 5.