Beschreibung
Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge eines Einspritzventils während einer Abstellzeit eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge, welche aus einem Lecka¬ ge-behafteten Einspritzventil während einer Abstellzeit eines Kraftfahrzeugs in einen Ansaugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffgemisch hinzugefügt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung zum Schätzen einer Lecka- ge-Kraftstoffmenge sowie ein Computerprogramm zum Steuern des oben genannten Verfahrens. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer mittels eines Leckage-behafteten Einspritzventils im Verlauf eines Startvorgangs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs einzuspritzenden Kraftstoffmenge .
Bei sog. Multi Point Injection (MPI ) -Motoren mit einem oder mit mehreren Einspritzventilen pro Zylinder oder auch bei Direkteinspritzmotoren kann es durch eine Verschmutzung der Einspritzventile, durch eine Produktionstoleranz und/oder durch einen Verschleiß im Bereich des Dichtsitzes der Einspritzventile zu einer Erhöhung der Leckage der Einspritzventile kommen. Eine Verschmutzung der Einspritzventile kann sich beispielsweise durch einen Betrieb mit wenig additivierten Kraftstoffen (zu wenig Zusätze im Kraftstoff zur Reinigung) über einen längeren Zeitraum ergeben. Die entstehenden Ablagerungen am Dichtsitz können sowohl zu einer Verminderung der Durchflussmenge als auch zu einer Erhöhung der Leckage der Einspritzventile führen.
Eine Verminderung des Durchflusses der Einspritzventile wird typischerweise mit einer Lambdaregelung erkannt und ausgeregelt bzw. kompensiert. Eine Kraftstoff-Leckage führt jedoch im abge¬ stellten Zustand des Motors bzw. der Brennkraftmaschine dazu,
dass Kraftstoff im Saugrohr (oder in dem Zylinder) in Form von gasförmigem Kraftstoffdampf bzw. flüssigen Kraftstoff vorliegt.
Bei einem Startvorgang einer Brennkraftmaschine bemisst eine Motorsteuerung die für einen möglichst reibungslosen und damit zügigen Start erforderliche Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von verschiedenen Kenngrößen wie Luftmenge, Motortemperatur, Umgebungstemperatur etc. Dabei kann durch eine erhöhte Ein- spritzventil-Leckage während des Startvorgangs eine Überfettung des Kraftstoff/Luft-Gemisches hervorgerufen werden. Diese Uber- fettung kann je nach Stärke der Leckage bis zum Vorliegen von einem nicht zündfähigen Kraftstoff/Luft-Gemisch führen. Dies wiederum verursacht einen deutlich verzögerten Start, indem in Abhängigkeit der Parameter Motor-Hubvolumen und Saugrohrvolumen eine bestimmte Anzahl von Motorumdrehungen benötigt wird, bis der Motor tatsächlich startet. Abgesehen von einer daraus resultierenden Verschlechterung der Schadstoffemissionen hat somit insbesondere bei einer längeren Abstellzeit auch der Fahrer einen deutlichen Komfortverlust.
Um u.a. das Startverhalten einer Brennkraftmaschine zu ver¬ bessern sind Verfahren zur Kraftstoffqualitätsadaption bekannt, die zum Beispiel den Drehzahlgradient (= zeitliche Änderung der Motordrehzahl) beim Motorstart auswerten. Diese Verfahren bewirken eine Korrektur der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bzw. -masse für den gesamten Startvorgang des Motors mit dem Ziel die gasförmig vorliegende Kraftstoffmenge bzw. -masse im Zylin¬ der des Motors zu adaptieren, um auf alle Fälle ein zündfähiges Gemisch zu erlangen und einen vorgegebenen Drehzahlhochlauf bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl einzustellen. Dabei sind je nach Kraftstoffqualität für den Startvorgang globale Korrekturen mit erhöhender bzw. vermindernder Wirkung möglich. Verfahren zur Kraftstoffqualitätsadaption werden vorrangig nach Tankerkennung und bei warmem Motor angewandt. Eine ggf. vorhandene Ein- spritzventil-Leckage bewirkt, wenn überhaupt von der Adaption erfasst, einen fehlerbehafteten Korrekturwert der Kraft¬ stoffqualitätsadaption .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge anzugeben, welche aus einem Leckage-behafteten Einspritzventil während einer Abstell¬ zeit eines Kraftfahrzeugs in einen Ansaugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffge- misch hinzugefügt ist. Eine weitere der Erfindung zugrunde lie¬ gende Aufgabe besteht darin, im Verlauf eines Startvorgangs den Effekt einer Einspritzventil-Leckage zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Aus führungs formen der vorlie¬ genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge beschrieben, welche aus einem Leckage-behafteten Einspritzventil während einer Abstell¬ zeit eines Kraftfahrzeugs in einen Ansaugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffge- misch hinzugefügt ist. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Messen eines ersten Startindex, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der Brennkraftmaschine während eines ersten Startvorgangs, (b) Bestimmen einer ersten eingespritzten Kraftstoffmenge während des ersten Startvorgangs, (c) Messen eines zweiten Startindex, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der Brennkraftmaschine während eines zweiten Startvor¬ gangs, (d) Bestimmen einer zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge während des zweiten Startvorgangs und (e) Schätzen der Leckage-Kraftstoffmenge basierend auf dem gemessenen ersten Startindex, der bestimmten ersten eingespritzten Kraftstoffmenge, dem gemessenen zweiten Startindex und der bestimmten zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge. Dem beschriebenen Schätzverfahren für Leckage-Kraftstoffmengen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Auswertung zweier typischerweise von einem Anlasser veranlassten Startvorgänge des Kraftfahrzeugs die Leckage-Kraftstoffmenge, welche über dem An-
saugtrakt dem Verbrennungsprozess zugeführt wird und damit das zu verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch fetter macht, zumindest näherungsweise ermittelt werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Schätzen der Leckage-Kraftstoffmenge ein Aufstellen eines Gleichungssys¬ tems mit zumindest zwei Gleichungen auf. Dabei betrifft eine erste Gleichung den ersten Startvorgang und ist derart gewählt, dass sie einen linearen Zusammenhang zwischen dem ersten Startin- dex und der zu schätzenden Leckage-Kraftstoffmenge zeigt. Ferner betrifft eine zweite Gleichung den zweiten Startvorgang und ist derart gewählt, dass sie einen linearen Zusammenhang zwischen dem zweiten Startindex und der zu schätzenden Leckage-Kraftstoff¬ menge zeigt. Dabei hat ein Proportionalitätsfaktor in beiden Gleichungen denselben Wert und eine Konstante in beiden
Gleichungen hat denselben Wert. Bei der Lösung des Gleichungssystems wird der Proportionalitätsfaktor und/oder die Konstante aus einem vorbekannten Kennfeld einer Motorsteuerung für die Brennkraftmaschine bestimmt.
Dies kann bedeuten, dass mit den beiden Gleichungen zwei unbekannte Größen zumindest näherungsweise bestimmt werden können. Die erste zumindest näherungsweise zu bestimmende Größe ist die gesuchte Leckage-Kraftstoffmenge. Die zweite zu bestimmende Größe ist entweder der Proportionalitätsfaktor oder die Konstante, je nachdem welche Größe in dem vorbekannten Kennfeld der Motorsteuerung als Parameter hinterlegt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass in dem Kennfeld auch sowohl der Proportionalitätsfaktor als auch die Konstante hinterlegt sein können. In diesem Fall ist das die beiden Gleichungen aufweisende Gleichungssystem überbestimmt. Die zu schätzende Leckage-Kraft- stoffmenge kann dann ggf. durch eine Mittelwertbildung mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Bevorzugt wird in den linearen Gleichungen auch die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge derart berücksichtigt, dass sie mit demselben Proportionalitätsfaktor multipliziert wird. Dies
bedeutet, dass für beide Gleichungen jeweils die Summe aus (a) der zu schätzenden Leckage-Kraftstoffmenge und (b) der jeweils bestimmten tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge mit dem genannten Proportionalitätsfaktor multipliziert wird.
Für die Lösung des beschriebenen Gleichungssystems sind abhängig von den jeweiligen Genauigkeitsanforderungen und/oder der verfügbaren Rechnerkapazität entweder analytische oder Reg¬ ressionsverfahren einsetzbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Kennfeld der Motorsteuerung zumindest ein nominaler Grundverlauf der Leckage-Kraftstoffmenge als Funktion der Abstellzeit des Kraftfahrzeugs gespeichert. Ferner wird der nominale Grund- verlauf bei der Schätzung der Leckage-Kraftstoffmenge be¬ rücksichtigt .
Der genannte nominale Grundverlauf kann lediglich ein relativer Verlauf der Leckage-Kraftstoffmenge sein, welcher sich bei einer Abstellzeit von 0 (Brennkraftmaschine wird sofort nach einem Stillstand wieder angelassen) von 0% bis auf 100% (bei einer im Prinzip unendlich langen Abstellzeit) erstreckt.
Der nominale Grundverlauf kann in Form einer kontinuierlichen Funktion (beispielsweise einem Polynom) oder in Form von diskreten Werten, die jeweils einer bestimmten Abstellzeit zugeordnet sind, in dem Kennfeld hinterlegt sein. Bevorzugt entspricht der nominale Grundverlauf dem zeitlichen Verlauf der Lecka- ge-Kraftstoffmenge, wie er bei bestimmten Umwelt- und/oder Betriebsbedingungen (eine bestimmte Motortemperatur beim Abstellen des Kraftfahrzeugs, eine bestimmte Außentemperatur, etc.) vorkommt. Ausgehend von diesem nominalen Grundverlauf wird dann unter Berücksichtigung des gemessenen ersten Startindex, der bestimmten ersten eingespritzten Kraftstoffmenge, des gemes- senen zweiten Startindex und der bestimmten zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge die Leckage-Kraftstoffmenge für die jeweili¬ gen Betriebs- und/oder Abstellbedingungen geschätzt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Einspritzventil-Leckage typischerweise stark zeitabhängig ist und insbesondere von der Temperatur (bzw. der Viskosität) des Kraftstoffs und einem Diffe¬ renzdruck an einem Dichtsitz des Einspritzventils abhängt. Typi- scherweise steigt während der ersten Stunden des Abstellens eines Fahrzeugs die Leckage-Kraftstoffmenge annähernd linear an, bis die Kraftstofftemperatur gleich ist wie die Umgebungstemperatur und ein Differenzdruck am Dichtsitz abgebaut worden ist. Um eine optimale Verbrennung mit niedrigen Emissionswerten zu erreichen, sollte die Einspritzmenge, welche durch die Einspritzventile eingespritzt werden muss, dann um diejenige Kraftstoffmenge ver¬ mindert werden, die durch die Einspritzventil-Leckage in das Kraftstoff/Luft-Gemisch eingebracht worden ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die erste Gleichung ferner einen Zusammenhang höherer Ordnung zwischen dem ersten Startindex und der zu schätzenden Le- ckage-Kraftstoffmenge und auch die zweite Gleichung zeigt ferner einen Zusammenhang höherer Ordnung zwischen dem zweiten Startin- dex und der zu schätzenden Leckage-Kraftstoffmenge. Der Zu¬ sammenhang höherer Ordnung kann z.B. ein quadratischer Term sein, so dass die beiden Gleichungen ein Polynom zweiter Ordnung darstellen . Die Berücksichtigung höherer Ordnungen hat den Vorteil, dass die Leckage-Kraftstoffmenge mit einer größeren Genauigkeit ge¬ schätzt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Berücksichtigung von zumindest einer höheren Ordnung das Gleichungssystem typischerweise zusätzlich freie Parameter hat, die beispielsweise ebenfalls aus dem vorbekannten Kennfeld einer Motorsteuerung entnommen werden können. Alternativ oder in Kombination (z.B. zur Realisierung eines überbestimmten Gleichungssystems) kann eine entsprechende dritte Gleichung angesetzt werden, die einen drit¬ ten Startvorgang betrifft. Bei der Durchführung des dritten Startvorgangs wird dann ebenfalls der entsprechende dritte Startindex gemessen sowie die entsprechende dritte eingespritzte
Kraftstoffmenge bestimmt. Ferner sind die Werte der freien Parameter der dritten Gleichung gleich wie die der ersten und der zweiten Gleichung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der jeweilige Startindex eine Funktion von dem Verhältnis zwischen einer tatsächlichen Ist-Zeitdauer für den jeweiligen Startvorgang und einer vorbestimmten Soll-Zeitdauer für den jeweiligen Startvorgang. Alternativ ist der jeweilige Startindex eine Funktion von dem Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Ist-Drehzahlgradient für den jeweiligen Startvorgang und einem vorbestimmten Soll-Drehzahlgradient für den jeweiligen
Startvorgang .
Die beschriebene Funktion des jeweiligen Verhältnisses bzw. des jeweiligen Quotienten kann beispielsweise eine lineare Funktion oder ein Polynom höherer Ordnung sein. Die Funktion kann auch gleich "1" sein, so dass sich der jeweilige Startindex einfach aus dem genannten Verhältnis bzw. Quotienten ergibt. In diesem Fall ist der Startindex "1", wenn der Ist-Wert gleich dem Soll-Wert ist.
Die genannten Zeitdauern können insbesondere eine Zeitspanne von dem Beginn bis zum Ende eines von einem Anlasser veranlassten Startvorgangs sein. Der Beginn kann z.B. derjenige Zeitpunkt sein, zu dem der Anlasser beginnt die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu drehen. Der Endzeitpunkt kann z.B. derjenige Zeitpunkt sein, zu dem die Brennkraftmaschine eine bestimmte Drehzahl erreicht hat.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verfahren für verschiedene Betriebsbedingungen und/oder Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeugs durchgeführt und die ent¬ sprechenden Werte für die Leckage-Kraftstoffmenge zusammen mit Parametern, welche die verschiedenen Betriebsbedingungen und/oder Umgebungsbedingungen beschreiben, werden in einem Kennfeld innerhalb eines Speichers einer Motorsteuerung für die Brennkraftmaschine abgelegt. Auf diese Weise wird es möglich, für
verschiedene Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen die jeweiligen Leckage-Kraftstoffmengen abzuspeichern und bei Bedarf, wenn zu einem späteren Zeitpunkt die gleichen oder zumindest ähnliche Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen vorliegen, die jeweiligen Leckage-Kraftstoffmengen bei der Bemessung der einzuspritzenden Kraftstoffmengen zu berücksichtigen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Ermitteln, ob eine Leckage-Kraft- stoffmenge aus einem Leckage-behafteten Einspritzventil vorliegt. Das Verfahren wird lediglich dann durchgeführt, wenn die Leckage-Kraftstoffmenge einen vorbestimmten Leckage-Schwellenwert überschreitet. Das Vorhandensein einer gewissen Mindest-Leckage-Kraftstoff- menge kann beispielsweise durch folgendes Startverhalten der Brennkraftmaschine erkannt werden: Nach dem Beginn der Akti¬ vierung eines Anlassers ( Zustand "Anlasser dreht") dreht sich die Brennkraftmaschine zwar, geht aber für eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen (Zyklenanzahl) nicht über die durch den Anlasser vorgegebene Startdrehzahl hinaus. Nach der Absaugung einer definierten Luftmasse aus dem Saugrohr springt die Brennkraftmaschine dann verzögert an, geht über die durch den Anlasser vorgegebene Startdrehzahl hinaus und erreicht eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl . Dabei können die genannte Anzahl von Umdrehungen (Zyklenanzahl) und die genannte Luftmasse von dem Hubvolumen und/oder von dem Saugrohrvolumen abhängig sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass dieses Startverhalten, welches auf eine anfängliche Überfettung des Kraftstoff/Luft-Gemisches infolge einer Leckage-Kraftstoffmenge aus einem Lecka¬ ge-behafteten Einspritzventil zurückgeht, bei einer Brenn¬ kraftmaschine mit mehren Zylindern auch mehreren Zylindern zugeordnet werden kann.
Bei der Beobachtung eines derartigen verzögerten Startverhaltens der Brennkraftmaschine kann dann bei einem nächsten Start die einzuspritzende Kraftstoffmenge derart reduziert werden, dass
auf jeden Fall gleich zu Beginn des nächsten Startvorgangs ein zündfähiges Gemisch (0,8 < λ < 1,3) vorliegt.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass eine Einspritzventil-Leckage auch durch einen bekannten Algorithmus zur Adaption der Kraftstoffqualität ermittelt werden kann. Dabei kann bei¬ spielsweise die Zündfähigkeit und/oder die Flüchtigkeit der Kraftstoff/Luft-Gemisches über die motorische Wirkung bewertet werden. Auch damit kann eine Einspritzventil-Leckage infolge der reduzierten motorischen Wirkung eines überfetteten Gemisches erkannt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer mittels eines Leckage-behafteten Einspritzventils im Verlauf eines Startvorgangs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs einzuspritzenden Kraftstoffmenge be¬ schrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Ermitteln einer für einen optimalen Start der Brennkraftmaschine ge¬ eigneten Gesamt-Kraftstoffmenge, (b) Schätzen einer Le- ckage-Kraftstoffmenge mittels eines o.g. Schätzverfahrens und (c) Bestimmen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge aus der Differenz zwischen der Gesamt-Kraftstoffmenge und der Le- ckage-Kraftstoffmenge .
Dem beschriebenen Verfahren zum Bestimmen einer im Rahmen eines Startvorgangs einzuspritzenden Kraftstoffmenge liegt die Er¬ kenntnis zugrunde, dass im Falle eines signifikanten Anteils einer Leckage-Kraftstoffmenge an einem den Zylinder (n) der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemisches der Anteil an Kraftstoff, welcher regulär über die Einspritzventile zugeführt werden muss, entsprechend reduziert werden kann. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Überfettung des Kraft¬ stoff/Luft-Gemisches, welches für einen Startvorgang der Brennkraftmaschine insbesondere nach einer längeren Abstellzeit der Brennkraftmaschine verwendet wird, zuverlässig vermieden wer¬ den. Dadurch kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine deutlich verbessert und zudem unerwünschte und erhöhte Emissio-
nen während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine reduziert werden .
Andererseits können im Falle einer Anwendung des beschriebenen Verfahrens auch Einspritzventile mit einer höheren Leckage Startemissions- und Startzeitoptimiert betrieben werden. Da¬ durch kann die Lebensdauer der Einspritzventile unter für Leckage ungünstigen Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen verlängert werden. Außerdem müssen bei der Herstellung von Einspritzventilen auch vergleichsweise stark leckagebehaftete Einspritzven¬ tile nicht als untauglich verworfen werden, so dass sich die Produktionsausbeute entsprechend erhöht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfah¬ ren ferner auf (a) Berechnen des Anteils der Leckage-Kraftstoff¬ menge an der Gesamt-Kraftstoffmenge, und (b) , falls dieser Anteil eine vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, Reinigen des Einspritzventils .
Der Anteil der Leckage-Kraftstoffmenge kann dabei auf ver¬ schiedenen Weisen berechnet werden. Beispielsweise kann einfach das Verhältnis zwischen der Leckage-Kraftstoffmenge und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge berechnet werden. Auch eine Berechnung des Anteils der einzuspritzenden Kraftstoffmenge an der Gesamt-Kraftstoffmenge ist möglich, wobei in letzterem Fall die Reinigungsprozedur gestartet wird, wenn dieser Anteil einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Das Reinigen des Einspritzventils, oder im Falle von mehreren Einspritzventilen das Reinigen aller Einspritzventile kann beispielsweise durch einen Zusatz zum Kraftstoff während eines Services zur Reinigung der Einspritzventil (e) erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge beschrieben, welche aus einem Leckage-behafteten Einspritzventil während einer Abstellzeit eines Kraftfahrzeugs in einen Ansaugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs
eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffgemisch hinzugefügt ist. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Messeinrichtung zum Messen eines ersten Startindex, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der Brennkraftmaschine während eines ersten Startvorgangs und zum Messen eines zweiten Startindex, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der Brennkraftmaschine während eines zweiten Startvorgangs, (b) eine Einrichtung zum Bestimmen einer ersten eingespritzten Kraftstoffmenge während des ersten Startvorgangs und zum Bestimmen einer zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge während des zweiten Startvorgangs, und (c) eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Schätzen der Lecka- ge-Kraftstoffmenge basierend auf dem gemessenen ersten
Startindex, der bestimmten ersten eingespritzten Kraftstoffmenge, dem gemessenen zweiten Startindex und der bestimmten zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge.
Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Auswertung zweier typischerweise von einem Anlasser veranlassten Startvorgänge des Kraftfahrzeugs die Leckage-Kraftstoffmenge, welche über dem Ansaugtrakt dem Verbrennungsprozess zugeführt wird, zumindest näherungsweise ermittelt werden kann.
Die beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise durch einen Mikroprozessor, welcher bevorzugt ein Teil einer Motorsteuerung für die Brennkraftmaschine ist, realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge be¬ schrieben, welche aus einem Leckage-behafteten Einspritzventil während einer Abstellzeit eines Kraftfahrzeugs in einen An¬ saugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffgemisch hinzugefügt ist. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge eingerichtet.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro¬ gramm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen .
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für eine Brennkraft¬ maschine bzw. einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart pro¬ grammieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Aus führungs formen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Er-
findungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Aus führungs formen . Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Schätzen einer Lecka- ge-Kraftstoffmenge .
Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches in Abhängigkeit der Ab¬ stellzeit eines Kraftfahrzeugs für verschiedene Einspritzventil-Leckage-Raten das Verhältnis zwischen
(a) der regulär über Einspritzventil (e) zugeführten Kraftstoffmenge und (b) der mittels einer Ein- spritzventil-Leckage eingebrachten Kraftstoffmenge veranschaulicht .
Figur 3 zeigt den Verlauf eines für das Startverhalten einer
Brennkraftmaschine charakteristischen Startindexes in Abhängigkeit des Lambda Wertes des zugeführten
Kraftstoff/Luft-Gemisches .
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Schätzen einer Lecka- ge-Kraftstoffmenge, welche aus einem Leckage-behafteten Ein¬ spritzventil während einer Abstellzeit eines Kraftfahrzeugs in einen Ansaugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffgemisch hinzugefügt ist. Die Schätzvorrichtung 100 kann insbesondere in einer Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges integriert sein.
Die Schätzvorrichtung 100 weist eine Messeinrichtung 102 auf, welche eingerichtet ist (i) zum Messen eines ersten Startindex, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der
Brennkraftmaschine während eines ersten Startvorgangs und (ii) zum Messen eines zweiten Startindex, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der Brennkraftmaschine während eines zweiten Startvorgangs. Die Messeinrichtung 102 kann dazu mit geeigneten Sensoren (nicht dargestellt) zur Ermittlung des jeweiligen Startindexes gekoppelt sein. Alternativ oder in Kombination kann die Messeinrichtung 102 ferner auf zumindest einige Steuergrößen zurückgreifen, welche in der Motorsteuerung verarbeitet werden.
Die Schätzvorrichtung 100 weist ferner eine Einrichtung 104 (i) zum Bestimmen einer ersten eingespritzten Kraftstoffmenge während des ersten Startvorgangs und (ii) zum Bestimmen einer zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge während des zweiten Startvorgangs auf.
Außerdem umfasst die Schätzvorrichtung 100 eine Datenverarbeitungseinrichtung 106 zum Schätzen der Lecka- ge-Kraftstoffmenge basierend auf dem gemessenen ersten
Startindex, der bestimmten ersten eingespritzten Kraftstoffmenge, dem gemessenen zweiten Startindex und der bestimmten zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge. Eine bevorzugte Art der Bestimmung der Leckage-Kraftstoffmenge anhand eines Glei¬ chungssystems mit zwei Gleichungen wird nachstehend genauer erläutert .
Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches in Abhängigkeit der Ab¬ stellzeit eines Kraftfahrzeugs für verschiedene Einspritz¬ ventil-Leckage-Raten das Verhältnis zwischen (a) der regulär über Einspritzventil (e) zugeführten Kraftstoffmenge und (b) der mittels einer Einspritzventil-Leckage eingebrachten Kraft- stoffmenge veranschaulicht.
Die obere in guter Näherung gerade und leicht schräg verlaufende Linie zeigt die für einen reibungslosen Startvorgang im Zylinder
einer Brennkraftmaschine erforderliche Kraftstoffmenge als Funktion der Abstellzeit. Infolge einer Abkühlung der Brennkraftmaschine sollte für einen reibungslosen Startvorgang mit zunehmender Abstelldauer das der Brennkraftmaschine zuzufüh- rende Kraftstoffgemisch fetter werden. Die erforderliche
Kraftstoffmenge steigt damit mit der Abstellzeit leicht an.
Die untere nach einem kurzen Anstieg ebenfalls in guter Näherung gerade Linie verdeutlicht eine effektive zusätzliche Ein- spritzmenge, welche aus einem niedrigen Dampfdruck des
Kraftstoffes resultiert. Mit zunehmendem Dampfdruck und damit als Funktion der Temperatur nimmt diese zusätzliche Einspritzmenge zu. Die beiden vertikalen Doppelpfeile geben für einen bestimmten Leckage-Verlauf 214 die Kraftstoffmenge an, (a) die durch die Einspritzventil-Leckage in des Kraftstoff/Luft-Gemisch eingebracht wird (unterer Doppelpfeil) und (b) die durch eine gewollte Einspritzung in des Kraftstoff/Luft-Gemisch einge- bracht wird (oberer Doppelpfeil) . Für einen Leckage-Verlauf 216 mit einer höheren Leckage-Rate würde sich ein anderes Verhältnis zwischen der Einspritzmenge des Injektors und der Lecka- ge-Kraftstoffmenge mit einem höheren Anteil an Lecka- ge-Kraftstoffmenge ergeben. Für einen Leckage-Verlauf 212 mit einer niedrigeren Leckage-Rate würde sich ebenfalls ein anderes Verhältnis zwischen der Einspritzmenge des Injektors und der Leckage-Kraftstoffmenge mit einem niedrigeren Anteil an Le- ckage-Kraftstoffmenge ergeben. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Schätzen einer Leckage-Kraftstoffmenge beschrieben, welche aus einem Leckage-behafteten Einspritzventil während einer Abstellzeit eines Kraftfahrzeugs in einen Ansaugtrakt oder in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs eindringt und bei einem Startvorgang einem zu verbrennenden Kraftstoffgemisch hinzugefügt ist. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Leckage für jedes einzelne Einspritzventil in einem Motor unterschiedlich ist. Auf Grund der jedoch tendenziell
langen Abstellzeiten wird beobachtet, dass sich dampfförmiger Kraftstoff gleichmäßig im Saugrohr verteilt und dass damit die Anfettung auf Grund der Einspritzventil-Leckage gleichmäßig auf alle Zylinder des Motors wirkt.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zwei Schritte auf. Ein erster Schritt (A) ist die prinzipielle Erkennung von Leckage. Ein zweiter Schritt (B) ist die Berechnung bzw. Schätzung der Leckage-Kraftstoffmenge bzw. eines Adaptionswertes zur Kompensation der Lecka- ge-Kraftstoffmenge .
(A) Verfahren zur prinzipiellen Erkennung einer Einspritzventil-Leckage :
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf eine Einspritzventil-Leckage geschlossen, wenn beim Starten der Brennkraftmaschine folgende beiden Merkmale (1) und (2) auf¬ treten: (1) Die Brennkraftmaschine geht unmittelbar nach einer Betätigung des Anlassers nicht über die Startdrehzahl des
Anlassers hinaus. (2) Die Brennkraftmaschine springt dann nach einer Absaugung einer definierten Luftmasse (abhängig von Motor-Hubvolumen und dem Saugrohrvolumen) aus dem Saugrohr verzögert an und geht über die Starterdrehzahl bis zum Erreichen einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl hinaus.
Werden die Merkmale (1) und (2) beobachtet, dann wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auf eine durch eine Einspritzventil-Leckage verursachte Überfettung des Kraft- stoff/Luft-Gemisches geschlossen. Die eingespritzte Kraft¬ stoffmenge kann dann bei einem nächsten Start reduziert werden, so dass dann auf jeden Fall noch ein zündfähiges Gemisch mit einem Lambda-Wert im Bereich zwischen 0,8 und 1,3 vorliegt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Einspritzventil-Leckage alternativ oder in Kombination auch durch einen bekannten Algorithmus zur Kraftstoffqualitätsadaption ermittelt werden kann. Dabei wird typischerweise die Zündfähigkeit und/oder die
Flüchtigkeit des Kraftstoffes anhand der motorischen Wirkung des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff/Luft-Gemisches bestimmt.
Bei kurzen Abstellzelten des betriebswarmen Motors kann bei- spielsweise die Kraftstoffqualitätsadaption durchgeführt werden und damit der Faktor für die Flüchtigkeit des Kraftstoffes ermittelt werden. Eine Leckage eines Einspritzventils führt in der Regel zu keiner wesentlichen Erhöhung der Kraftstoffmenge im Zylinder, wenn die Abstellzeit kleiner als eine halbe Stunde ist. Bei längeren Abstellzeiten (zwischen 1 Stunde und 8 Stunden) wird der gleiche Algorithmus angewendet. Erkennt der Kraftstoff¬ qualitätsalgorithmus nun ein zu fettes Gemisch, so muss eine erhöhte Leckage eines Einspritzventils vorliegen. Bei einem nachfolgenden Startvorgang nach einer vergleichbaren Ab- stellzeit wird die Einspritzmenge dann entsprechend vermindert.
Die Tatsache, dass bei einer längeren Abstellzeit des Motors das Kühlmittel des Motors und damit der Motor selbst stärker abkühlt, wodurch sich die für einen reibungslosen Startvorgang erfor- derliche Kraftstoffmenge im Zylinder erhöht, ist aus Figur 2 ersichtlich (vgl. die obere in guter Näherung gerade und leicht schräg verlaufende Linie) .
Es wird darauf hingewiesen, dass die Kraftstoffquali- tät-Adaptionsfunktion in der Motorsteuerung die Kraftstoffqualität berücksichtigen kann, welche im Fahrzeug aktuell betankt ist.
Durch eine Einspritzventil-Leckage kommt zusätzlicher Kraft- stoff in das Saugrohr bzw. in den Zylinder. Die Einspritzventil-Leckage ist typischerweise abhängig von der Kraft¬ stofftemperatur und dem Differenzdruck am Dichtsitz des Ein- spritzventils . Während der ersten Stunden steigt die Lecka- ge-Kraftstoffmenge annähernd linear an, bis die Kraftstoff- temperatur die Umgebungstemperatur angenommen hat und der
Differenzdruck am Dichtsitz abgebaut worden ist. Wie aus Figur 2 ersichtlich, vermindert sich für eine optimale Verbrennung mit niedrigen Emissionswerten die Einspritzmenge, welche durch das
Einspritzventil bzw. durch die Einspritzventile eingespritzt werden muss, um die jeweilige Leckage-Kraftstoffmenge.
(B) Berechnung/Schätzung der Einspritzventil-Leckage:
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Berechnung der Kraftstoff-Leckagemenge mFueiLeak ein Startindex I eingeführt, welcher charakteristisch ist für ein Startverhalten der Brennkraftmaschine. Der Startindex I kann beispielhaft das Verhältnis zwischen einer tatsächlichen Ist-Zeitdauer TStartist für den jeweiligen Startvorgang und einer vorbestimmten
Soll-Zeitdauer TStartsoii für den jeweiligen Startvorgang sein. Alternativ kann der Startindex auch eine Funktion von dem Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Ist-Drehzahlgradient für den jeweiligen Startvorgang und einem vorbestimmten
Soll-Drehzahlgradient für den jeweiligen Startvorgang sein.
Figur 3 zeigt einen typischen Verlauf 330 eines für das
Startverhalten einer Brennkraftmaschine charakteristischen Startindexes in Abhängigkeit des Lambda Wertes λ des zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemisches . Liegt der Startindex I über einem Schwellenwert I thc dann wird der Start der Brennkraftmaschine als nicht in Ordnung definiert. Liegt der Startindex I unter dem Schwellenwert I thc dann wird der Start der Brennkraftmaschine als in Ordnung definiert. Der horizontale Pfeil in Figur 3 zeigt den Einfluss einer Einspritzventil-Leckage an, welche, wie oben bereits erläutert, das Kraftstoff/Luft-Gemisch für einen Startvorgang fetter macht, so dass der Lambda-Wert kleiner wird. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein
Basiswert für die Kraftstoff-Leckagemenge mFueiLeak unter Ver¬ wendung des folgenden Gleichungssystems beschrieben, wobei die Gleichung (1) einen ersten Startvorgang der Brennkraftmaschine und die Gleichung (2) einen zweiten Startvorgang der Brenn- kraftmaschine betrifft. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass im Prinzip auch Gleichungssysteme höherer Ordnung verwendet werden können, die z.B. Polynome zweiter Ordnung aufweisen.
11 - F · mFuell + F · mFuelLeak + Ιθ (1)
12 = F · mFue12 + F · mFuelLeak + Io (2)
Dabei ist
- Ii der Startindex für den ersten Startvorgang,
- I2 der Startindex für den zweiten Startvorgang,
- mFueii eine während des ersten Startvorgangs injizierte
Kraftstoffmenge,
- mFuei2 eine während des zweiten Startvorgangs injizierte
Kraftstoffmenge,
- F ein Proportionalitätsfaktor, welcher die Steigung der jeweiligen Gerade beschreibt (für beide Startvorgänge gleich), und
- Io ein Offsetwert (für beide Startvorgänge gleich) .
Zur Lösung dieses Gleichungssystems werden die Werte für Ii und I2 gemessen. Ferner wird davon ausgegangen, dass die Werte für mFueii und mFuei2 beispielsweise aus der jeweiligen elektrischen Ansteuercharakteristik und dem Raildruck bekannt sind. Der Wert für Io oder der Wert für F wird aus einem vorbekannten Kennfeld entnommen. Damit können die zwei verbleibenden Unbekannten niFueiLeak und F bzw. Io bestimmt werden. Dabei können je nach Genauigkeits- und Rechenzeit-Anforderungen entweder analytische oder Regressionsverfahren eingesetzt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass das vorstehend beschriebene Gleichungssystem lediglich das Grundprinzip des Verfahrens zum Schätzen der Leckage-Kraftstoffmenge darstellt. Für eine An¬ wendung in einer Motorsteuerung kann ferner für die Korrektur der final berücksichtigten Einspritzmengen eine Modellierung des Einflusses von Betriebsparametern wie z. B. Motor- und Umgebungs¬ temperatur sowie Motor-Hubvolumen und Saugrohrvolumen berücksichtigt werden. Dies bedeutet, dass die sich aus der Lösung des o. g. Gleichungssystems ergebende Basis-Leckagemenge ab- hängig von Betriebsparametern wie die Temperatur des Ein- spritzventils und der Abstellzeit dann noch in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen der Betriebspunkte der Adaption auf einen weiteren Applikationsbereich mittels Modell umzurechnen ist.
Ferner können die Ergebnisse der Leckage-Mengen-Adaption mit den Ergebnissen der Kraftstoff-Qualitätsadaption verknüpft und betriebspunktabhängig angewendet werden. Das vorgeschlagene Verfahren gestattet es, Einspritzventile mit höheren Leckage-Werten Startemissions- und Startzeitoptimiert zu betreiben. Dadurch kann die Lebensdauer der Einspritzventile unter für Leckage ungünstigen Umgebungsbedingungen verlängert bzw. die Ausbeute beim Einspritzventil-Produktionsprozess erhöht werden.
Bezugs zeichenliste
100 Schätzvorrichtung
102 Messeinrichtung
104 Einrichtung zum Bestimmen von eingespritzten Kraft- stoffmengen
106 Datenverarbeitungseinrichtung
212 Leckage-Verlauf
214 Leckage-Verlauf
216 Leckage-Verlauf
330 Verlauf Startindex I als Funktion des Lambda-Wertes