WO2022028907A1 - Verfahren zum einbringen eines kraftstoffes in einen brennraum einer verbrennungskraftmaschine sowie verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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injector
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internal combustion
combustion engine
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Matthias Ritter
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Daimler Ag
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing a fuel, in particular a liquid fuel, into at least one combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 8.
  • DE 10 2011 082 642 A1 discloses a fuel pump for a fuel injection device of an internal combustion engine, with at least one pump element which has a pump piston which is at least indirectly driven in a lifting movement by a pump cam of a drive shaft.
  • DE 19526 885 A1 discloses a known valve-controlled injection device for an internal combustion engine.
  • the object of the present invention is to create a method for introducing a fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine and an internal combustion engine, so that the fuel can be introduced into the combustion chamber with particular precision.
  • a first aspect of the invention relates to a method for introducing a fuel, in particular a liquid fuel, into at least one combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • the internal combustion engine is designed, for example, as a reciprocating piston engine and has at least one cylinder and a piston arranged in the cylinder so that it can move in a translatory manner, the piston and the cylinder each partially delimiting the at least one combustion chamber.
  • the combustion chamber is also delimited, for example, by a combustion chamber roof, which is formed, for example, by a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the cylinder is formed, for example, by a housing element, in particular by a crankcase and preferably by a cylinder crankcase, of the internal combustion engine, the housing element and the cylinder head being formed separately from one another and connected to one another.
  • the motor vehicle is, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car or a commercial vehicle.
  • the fuel is preferably a liquid fuel such as gasoline or diesel. The introduction of the fuel into the combustion chamber can be understood to mean that the fuel is injected directly into the combustion chamber, for example.
  • the fuel is introduced, in particular injected, into an intake tract of the internal combustion engine which is arranged upstream of the combustion chamber and through which air can flow, so that the fuel injected into the intake tract is transported into the combustion chamber by means of the air flowing through the intake tract.
  • At least one injector of the internal combustion engine is controlled by means of an electronic computing device, in particular of the internal combustion engine, as a result of which the injector is opened and the fuel sprays out of itself.
  • the injector is opened by the triggering of the injector, the injector squirting out the fuel as a result of the opening of the injector.
  • the fuel is introduced into the combustion chamber, in particular injected directly.
  • the opening of the injector is to be understood, for example, as follows:
  • the injector has, for example, a housing through which the fuel can flow, with at least one ejection opening in a nozzle through which the fuel can flow.
  • the injector has, for example, a valve element which is designed, for example, as a needle or nozzle needle.
  • the valve element can be moved relative to the housing, in particular translationally, between a closed position and at least one open position. In the closed position, the valve element blocks the ejection opening, so that in the closed position an ejection of No fuel from the injector. In the open position, the valve element releases the ejection opening, so that in the open position the injector ejects the fuel out of itself.
  • the injector comprises, for example, at least one actuator, in particular one that can be operated electrically, by means of which the valve element can be moved relative to the housing.
  • the actuator can be designed as a known, electrically operable magnet. Controlling the injector means, for example, that the actuator is controlled by means of a current, as a result of which the actuator forms a magnetic field that acts directly or indirectly on the valve element and the valve element is moved from the closed position to the open position. While the actuator is being controlled, the valve element is held in the open position, for example by means of the actuator, in particular for as long as the actuator is being controlled or until the control of the actuator with an electric current is ended. By ending the actuation, a movement of the valve element from the open position into the closed position is brought about or permitted.
  • the opening of the injector is thus to be understood as meaning that the valve element is moved from the closed position into the open position and releases the at least one ejection opening.
  • a period of time during which the injector is open, in particular continuously, that is to say while the valve element is in the open position, in particular continuously, is also referred to as the injection duration.
  • a further period of time from the beginning of the triggering of the injector to the closing of the injector, ie the end of the injection duration and the end of the triggering is referred to as the triggering duration.
  • the fuel is ejected from the injector at high pressure.
  • the fuel that is ejected from the injector has a pressure that is also referred to as the injection pressure.
  • a quantity of fuel is introduced into the combustion chamber by means of the injector within a respective working cycle of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has, for example, an output shaft designed in particular as a crankshaft, with the work cycle mentioned extending over exactly two complete revolutions of the crankshaft and thus over a crank angle of 720°.
  • the quantity that is introduced into the combustion chamber within the working cycle, in particular injected directly, depends on the injection pressure and the injection duration, ie on its length or extent. The longer the injection duration and/or the higher the injection pressure, the greater the quantity of fuel that is introduced into the combustion chamber within the respective working cycle.
  • the amount of fuel that is introduced into the combustion chamber within the respective working cycle varies with the varying operating point of the internal combustion engine.
  • the injection quantity that is introduced into the combustion chamber within the respective working cycle depends on one or the current operating point of the internal combustion engine.
  • the start of injection of a first injection is determined from a nominal map by means of the electronic computing device, to which the opening of the injector and thus the ejection of the fuel and thus the introduction of the fuel into the combustion chamber.
  • a first activation duration of the injector for the first injection is determined by means of the electronic computing device.
  • At least one correction value is also determined by means of the electronic computing device as a function of a second start of injection of a second injection.
  • the determined first control duration is corrected using the correction value, ie as a function of the correction value, by means of the electronic computing device, as a result of which a corrected control duration that differs from the first control duration is calculated.
  • the feature that the corrected activation period differs from the first activation period can be understood in particular as meaning that the corrected activation period is, for example, shorter or longer than the first activation period.
  • the method according to the invention provides for the injector or its actuator to be controlled by the electronic computing device as a function of the corrected control duration, so that the injector—as a result of the control effected by the electronic computing device—is opened at the start of the second injection.
  • the considerations on which the invention is based are, in particular, that it is desirable, particularly depending on the operating point of the internal combustion engine, to introduce a target quantity of fuel into the combustion chamber within the respective working cycle of the internal combustion engine in order to achieve a sufficiently high output of the internal combustion engine on the one hand and a to realize particularly fuel-efficient and low-emission operation of the internal combustion engine.
  • effects may occur which can result in an actual amount of fuel that is actually introduced into the combustion chamber by means of the injector within the respective working cycle deviating from the desired target amount if no appropriate countermeasures are taken are met.
  • the method according to the invention now makes it possible to compensate for these effects or any deviations between the target quantity and the actual quantity, since the control duration is corrected.
  • the method can be used to compensate for non-constant effects which could lead to excessive deviations of the actual quantity from the target quantity, and this in particular when the start of injection varies.
  • the amount of fuel can be set particularly precisely when the fuel is delivered to the injector by means of a fuel pump designed, for example, as a high-pressure fuel pump, in that a pump piston of the fuel pump is driven by means of a pump cam, the injector being controlled by the electronic computing device is activated, as a result of which the injector is opened and the fuel delivered to the injector is ejected.
  • the fuel pump brings about, for example, the aforementioned injection pressure of the fuel.
  • a further embodiment is characterized in that the pump piston being driven by means of the pump cam causes the pump piston to perform a stroke and thus a translatory movement, in particular relative to a pump housing.
  • the cam drives the pump piston in such a way that the pump piston moves during its stroke at at least two different speeds and is therefore non-constant.
  • the cam or its cam profile is therefore not constant, for example.
  • the invention is based in particular on the following findings: In modern internal combustion engines, also referred to as internal combustion engines, the variation in the start of injection is used as an elementary manipulated variable, for example for thermal management.
  • the start of injection or starts of injection is or are deliberately varied in order to influence a temperature of an exhaust gas of the internal combustion engine and/or untreated emissions of the internal combustion engine, also referred to simply as an engine. If, for example, the start of injection is retarded starting from a first operating mode, the exhaust gas can be heated up in order to heat up an exhaust gas aftertreatment device or at least one catalytic converter of the internal combustion engine. This is also referred to as heat-up mode or cat-heat-up mode.
  • the fuel pump and the injector are designed, for example, according to the so-called pump-nozzle principle or pump-line-nozzle principle and are therefore, for example, components of a so-called plug-in pump injection system.
  • the pump cam also referred to simply as the injection cam, is a component of a camshaft, by means of which the pump piston is driven, in particular by the camshaft rotating about an axis of rotation, in particular relative to the cylinder head.
  • an at least essentially constant, linear and preferably translatory movement of the pump piston can be implemented, for example at a constant speed or speed of the internal combustion engine, so that the pump piston can be designed as a constant delivery cam, or there is a non-constant movement of the pump piston pump piston.
  • the non-constant movement of the pump piston means in particular that the pump piston performs its stroke at a non-linear or non-constant speed. To put it another way, the speed at which the pump piston performs its stroke varies.
  • the start and end of the introduction of the fuel, also referred to as injection are set, ie controlled or regulated, electronically, for example, by means of the electronic computing device by opening and closing the injector, which is designed for example as a solenoid valve.
  • the cam is designed as a non-constant delivery cam, so that the pump piston performs its stroke at a varying speed
  • the start of injection coincides with a particular rotational position, also referred to as a crank angle, of the output shaft, which is embodied as a crankshaft, for example.
  • Engine control units of engines with plug-in pump injection systems i.e. with injection systems that work according to the pump-nozzle principle, are usually programmed in such a way that there is a direct correlation between the activation duration of the respective injector and the injected fuel quantity, also referred to as the fuel quantity.
  • the fuel quantity also referred to as the fuel quantity.
  • this results in an inaccuracy of the injection quantity as soon as there is a deviation from the nominal start of injection, on the basis of which a characteristic map was created or filled.
  • the method according to the invention can now take into account the variation in the speed of the pump cam during the injection that occurs during the stroke and thus enables a significant increase in the accuracy with which the fuel is introduced into the combustion chamber, i.e. with which the injection quantity is set, compared to conventional systems can.
  • the method according to the invention thus makes it possible to vary the start of injection, in particular depending on the operating point of the internal combustion engine, and thus to implement needs-based and therefore fuel-efficient and low-emission operation of the internal combustion engine.
  • the first activation duration of the first injection for a speed and an injection quantity of the internal combustion engine is determined from the nominal characteristic diagram.
  • a further specific embodiment is characterized in that the corrected activation duration is determined for the same speed and injection quantity of the first injection.
  • the correction value is determined as a function of the compensation characteristics map, for example by reading out the correction value from the compensation characteristics map.
  • the first control duration can be corrected in a particularly advantageous manner, so that operation of the internal combustion engine with particularly low fuel consumption and emissions can be implemented with the corrected control duration at the same speed and injection quantity for a different start of injection.
  • the electronic computing device it has proven to be particularly advantageous for the electronic computing device to carry out a weighting calculation between the nominal characteristic map and the compensation characteristic map, with the correction value being determined as a function of the weighting calculation.
  • the first activation duration can be corrected in a particularly advantageous manner, so that a particularly advantageous operation of the internal combustion engine can be achieved.
  • additional compensation characteristics are created, which include, for example, at least one or respective shift values.
  • the shift value is also referred to, for example, as an offset or control duration offset.
  • the determined start of injection is assigned to a compensation value via a freely calibratable parameter.
  • the correction value, also referred to as offset value, for the current operating point of the internal combustion engine is calculated on the basis of the calculated compensation value, also referred to as CCV, and for example on the basis of the weighting calculation.
  • the invention enables a significant improvement in the quantity accuracy of the injection when the start of injection varies or is shifted, in particular compared to nominal operation in which, for example, the nominal characteristic map was created or applies.
  • the nominal characteristic map applies, for example, to operation of the internal combustion engine at operating temperature and also referred to as a hot engine.
  • the method according to the invention makes it possible, despite extreme variation in the start of injection, in order to deviate, for example, from the nominal operation and to carry out the catalytic converter heating mode, which is to be introduced into the combustion chamber Amount of fuel set particularly precisely, so that a fuel-efficient and low-emission operation of the internal combustion engine can be realized.
  • a second aspect of the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle, the internal combustion engine being designed to carry out a method according to the invention in accordance with the first aspect of the invention.
  • Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention, which is designed to carry out a method according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram illustrating the method
  • FIG. 3 shows a flowchart to further illustrate the method.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 10 designed as a reciprocating piston engine of a motor vehicle preferably designed as a motor vehicle, in particular as a commercial vehicle.
  • Internal combustion engine 10 has and can be driven by means of the internal combustion engine 10, also referred to as a motor or internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 10 has a housing element in the form of a crankcase 12 which has or forms or delimits cylinders 14 .
  • a piston not shown in detail in FIG. 1, is accommodated in the respective cylinder 14 in a translationally movable manner.
  • the respective piston is coupled in an articulated manner via a respective connecting rod to an output shaft of the internal combustion engine 10 embodied here as a crankshaft 15 .
  • the crankshaft 15 is rotatably supported on the crankcase 12 .
  • the articulated coupling of the pistons to the crankshaft 15 allows the translational movements of the pistons in the cylinders 14 to be converted into a rotary movement of the crankshaft 15 .
  • the internal combustion engine 10 can provide torque for driving the motor vehicle via the crankshaft 15 .
  • the respective combustion chamber 16 is assigned an injector 18, also referred to as a solenoid valve or designed as a solenoid valve.
  • a liquid fuel can be injected directly into the respective combustion chamber 16, to which the respective injector 18 is assigned, and thereby introduced.
  • the respective combustion chamber 16 is supplied with the fuel.
  • the respective combustion chamber 16 is supplied with air, so that a fuel-air mixture is formed in the respective combustion chamber 16 .
  • the respective fuel-air mixture also referred to simply as a mixture, is ignited and thereby burned.
  • Internal combustion engine 10 also has an electronic computing device 20, which is an engine control unit, for example.
  • the electronic computing device 20 can control the respective injector 18, in particular electrically or electronically, via electrical lines that are not shown in detail.
  • the electronic computing device 20 provides at least one signal, in particular an electrical signal, which is received by the respective injector 18 .
  • the respective injector 18 is activated by the signal. By activating the injector 18, the respective injector 18 is opened and kept open, so that the respective injector 18 squirts out the fuel, in particular liquid, and subsequently injects it into the respective combustion chamber 16.
  • the respective injector 18 is open, in particular continuously during an injection period, and thus, in particular continuously, ejects the fuel from itself.
  • An electrically controllable magnetic actuator of the injector 18 acts on a valve element, so that the valve element of the injector 18 can open and close at least one ejection opening of the injector 18 .
  • the respective control duration is thus different from an injection duration, since the respective injector 18 is open, in particular continuously, during the injection duration.
  • the introduction of the fuel into the respective combustion chamber 16 is also referred to as injecting or injection.
  • the control duration and thus the injection begin at the beginning of the control, which is determined by means of the electronic computing device 20 and set, for example.
  • the electronic computing device 20 can vary, ie shift, the start of injection, in particular depending on the current operating point of the internal combustion engine 10 .
  • the start of injection is the beginning from which the fuel to be injected from the injector 18 begins to enter the combustion chamber 16 .
  • the injectors 18 are components of an injection system 22 of the internal combustion engine 10.
  • the fuel is introduced into the combustion chamber 16 by means of the injection system 22, in particular injected directly.
  • the injection system 22 includes, in particular for each injector 18, a fuel pump 24, also referred to simply as a pump, by means of which the fuel can be or is being delivered to the injector 18 belonging to the fuel pump 24.
  • the fuel pump 24 has a housing 26 and a pump piston 28, also referred to simply as a piston or pump piston, which is received in a translationally movable manner in the housing, also referred to as the pump housing.
  • the fuel is pumped out of the housing 26 and, in particular via a line 30 , to the injector 18 belonging to the fuel pump 24 .
  • the injector 18 is opened by activating the injector 18 , as a result of which the injector 18 ejects the fuel delivered to the injector 18 and thus injects it directly into the combustion chamber 16 .
  • a line 30 between the fuel pump 24 and the injector 18 is not provided in the pump-nozzle system.
  • a pump cam 32 also simply referred to as a cam
  • the pump cam 32 is, for example, non-rotatably connected to a camshaft of the internal combustion engine 10 (not visible in FIG. 1).
  • the pump piston 28 is thereby driven by means of the pump cam 32, in particular in such a way that the fuel is pumped out of the housing 26 by means of the pump piston 28, through the line 30 is conveyed through and conveyed via line 30 to the injector 18 .
  • a pressure of the fuel is effected or provided by means of the fuel pump 24 , the fuel having the pressure being injected into the combustion chamber 16 by means of the injector 18 .
  • An injection quantity of the fuel, which is injected into the respective combustion chamber 16, in particular within a respective working cycle of the internal combustion engine 10, depends on the pressure, also referred to as the injection pressure, and on the activation or injection duration. For example, if the injection pressure remains the same, the amount of fuel, also referred to as the fuel quantity, that is injected into the respective combustion chamber 16 by means of the respective injector 18 within the respective working cycle, is greater the longer the control duration.
  • FIG. 2 shows a diagram with a first curve 36 and a second curve 38.
  • a crank angle in crank angle degrees (°KW) is plotted on the abscissa.
  • a stroke of the pump piston 28 assigned to the profile 36 is plotted in millimeters (mm) on the first ordinate and a speed of the pump piston 28 in meters per second (m/s) is plotted on the second ordinate
  • Pump piston 28, the pump piston 28 executes a stroke relative to the housing 26, that is, a translational movement relative to the housing 26.
  • the stroke according to curve 36 is essentially linear.
  • the pump cam 32 has a contour 40 (FIG.
  • first injection E1 and a second injection E2 are illustrated in the diagram.
  • the first injection E1 is shown above the curve 38, the second injection E2 is shown below the curve 38.
  • the first injection E1 begins, for example, at the start of injection BOI1 at 0° CA and ends at the end of injection EOI1 at 15° CA.
  • Activation of the first injection begins at the start of activation BOC1.
  • the injector 18 is activated with a current, so that the actuator of the injector 18 builds up a magnetic field, which causes the valve element to open the ejection openings of the injector 18 and fuel from the injector 18 to enter the combustion chamber 16.
  • the second injection E2 takes place at the same speed as the first injection E1, with the same control duration idur2 being used as for the first injection E1.
  • the second injection E2 begins 5° CA later than the first injection E1, so that the start of injection BOI2 falls to 5° CA and the end of injection EOI2 thus ends at 20° CA.
  • a control start B0C2 is a corresponding period before the start of injection BOI2.
  • the average piston speeds avg1 of the first injection E1 and the average piston speed avg2 of the second injection E2 during the respective injection duration dur1 of the first injection E1 and dur2 of the second injection E2 differ from one another due to the essentially linearly decreasing piston speed (curve 38). values up. Due to the lower average piston speed avg2 during the injection duration dur2 of the second injection E2, there is a delayed pressure build-up in the fuel to be injected, so that with the same injection duration and a later start of injection, the injected fuel quantity falls, as a result of which the injected quantity of the second injection E2 is lower than the injected quantity the first injection E1.
  • a method for introducing the fuel into the respective combustion chamber 16 is provided.
  • the injection quantity of the second injection E2 can be essentially matched to the first injection E1 at the same engine speed and later start of injection.
  • a first step S1 of the method the start of injection BOI1 of the first injection E1 is determined by means of an electronic computing device 20 from a nominal characteristic map, to which the opening of the injector 18 and thereby the ejection of the fuel begin.
  • a first activation duration idurl of the injector 18 for the first injection E1 is determined by means of the electronic computing device 20, during which the injector 18 could in principle be open.
  • a third step S3 of the method at least one correction value CCV is determined by means of the electronic computing device 20 as a function of a second start of injection BOI2 of a second injection E2.
  • a weighting calculation between the nominal map and a compensation map is performed, the correction value CCV being determined as a function of the weighting calculation.
  • the electronic computing device 20 corrects the first control duration idurl using the determined correction value CCV, as a result of which a corrected control duration idur2kor that differs from the first control duration idurl is calculated.
  • the electronic computing device 20 controls the injector 18 as a function of the corrected control duration idur2kor in such a way that the injector 18 opens at the second start of injection BOI2 and from the second start of injection BOI2 during the period beginning at the second start of injection BOI2 , second injection duration dur2kor, in particular up to the later end of injection EOI2kor, in contrast to the end of injection EOI2, is kept open continuously or without interruption and is therefore open.
  • the end of injection EOI2 of the second injection E2 is shifted to a later point in time EOI2korr in relation to the crankshaft angle.
  • This also changes the injection duration dur2 to dur2kor (FIG. 2).
  • the duration of injection dur2kor of the injector 18 is lengthened for an injection at the same speed and the same injection quantity for a later start of injection BOI2.
  • an injection quantity of the second injection quantity E2 can be matched to the injection quantity of the first injection E1 as the speed of the pump piston 28 decreases.
  • the start of injection can be varied greatly by means of the method in order to set different operating states of internal combustion engine 10, for example.
  • the method makes it possible to set the injection quantity particularly precisely despite a strong variation in the start of injection and thus, for example, despite a strong deviation from nominal operation, so that particularly fuel-efficient and low-emission operation of internal combustion engine 10 can be ensured.

Abstract

Verfahren zum Einbringen eines Kraftstoffes in wenigstens einen Brennraum (16) einer Verbrennungskraftmaschine (10), bei welchem wenigstens ein Injektor (18) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (20) angesteuert wird, wodurch der Injektor (18) geöffnet wird und Kraftstoff ausspritzt, um dadurch den Kraftstoff in den Brennraum (16) einzubringen, wobei mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) ein erster Einspritzbeginn (BOI1) einer ersten Einspritzung (E1) aus einem nominal-Kennfeld ermittelt wird, mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) eine erste Ansteuerdauer (idur1) des Injektors (18) für die erste Einspritzung (E1) ermittelt wird, mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) in Abhängigkeit von einem zweiten Einspritzbeginn (BOI2) einer zweiten Einspritzung (E2) wenigstens ein Korrekturwert (CCV) ermittelt wird, mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) die erste Ansteuerdauer (idur1) anhand des Korrekturwerts (CCV) korrigiert wird, wodurch eine von der ersten Ansteuerdauer (idur1) unterschiedliche korrigierte Ansteuerdauer (idur2kor) berechnet wird, und mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) der Injektor (18) in Abhängigkeit von der korrigierten Ansteuerdauer (idur2kor) angesteuert wird, sodass der Injektor (18) zu dem zweiten Einspritzbeginn (BOI2) der zweiten Einspritzung (E2) geöffnet wird.

Description

Verfahren zum Einbringen eines Kraftstoffes in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine sowie Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines, insbesondere flüssigen, Kraftstoffes in wenigstens einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Die DE 10 2011 082 642 A1 offenbart eine Kraftstoffumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem Pumpenelement, das einen Pumpenkolben aufweist, der durch einen Pumpennocken einer Antriebswelle zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetrieben wird. Des Weiteren ist der DE 19526 885 A1 eine ventilgesteuerte Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine als bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einbringen eines Kraftstoffes in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine sowie eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, so dass der Kraftstoff besonders präzise in den Brennraum eingebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines, insbesondere flüssigen, Kraftstoffes in wenigstens einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Zylinder und einen translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordneten Kolben auf, wobei der Kolben und der Zylinder jeweils teilweise den wenigstens einen Brennraum begrenzen. Der Brennraum ist beispielsweise auch durch ein Brennraumdach begrenzt, das beispielsweise durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gebildet ist. Der Zylinder ist beispielsweise durch ein Gehäuseelement, insbesondere durch ein Kurbelgehäuse und vorzugsweise durch ein Zylinderkurbelgehäuse, der Verbrennungskraftmaschine gebildet, wobei das Gehäuseelement und der Zylinderkopf separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen oder aber ein Nutzfahrzeug. Bei dem Kraftstoff handelt es sich vorzugsweise um einen flüssigen Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin oder Diesel. Unter dem Einbringen des Kraftstoffes in den Brennraum kann verstanden werden, dass der Kraftstoff beispielsweise direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Ferner ist es denkbar, dass der Kraftstoff in einen stromauf des Brennraums angeordneten und von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird, so dass der in den Ansaugtrakt eingespritzte Kraftstoff mittels der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft in den Brennraum hineintransportiert wird.
Bei dem Verfahren wird wenigstens ein, insbesondere dem Brennraum zugeordneter, Injektor der Verbrennungskraftmaschine mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, angesteuert, wodurch der Injektor geöffnet wird und den Kraftstoff aus sich ausspritzt. Mit anderen Worten wird durch das Ansteuern des Injektors der Injektor geöffnet, wobei infolge des Öffnens des Injektors der Injektor den Kraftstoff aus sich ausspritzt. Durch Ausspritzen des Kraftstoffes aus dem Injektor wird der Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt.
Unter dem Öffnen des Injektors ist beispielsweise Folgendes zu verstehen: Der Injektor weist beispielsweise ein von dem Kraftstoff durch ström bares Gehäuse mit wenigstens einer Ausspritzöffnung in einer Düse auf, welche von dem Kraftstoff durchströmbar ist. Außerdem weist der Injektor beispielsweise ein Ventilelement auf, welches beispielsweise als eine Nadel oder Düsennadel ausgebildet ist. Das Ventilelement ist relativ zu dem Gehäuse, insbesondere translatorisch, zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung versperrt das Ventilelement die Ausspritzöffnung, so dass in der Schließstellung ein Ausspritzen von Kraftstoff aus dem Injektor unterbleibt. In der Offenstellung gibt das Ventilelement die Ausspritzöffnung frei, so dass in der Offenstellung der Injektor den Kraftstoff aus sich ausspritzt. Der Injektor umfasst dabei beispielsweise wenigstens einen, insbesondere elektrisch betreibbaren, Aktor, mittels welchem das Ventilelement relativ zu dem Gehäuse bewegbar ist. Der Aktor kann als an sich bekannter, elektrisch betreibbarer Magnet ausgeführt sein. Unter dem Ansteuern des Injektors ist beispielsweise zu verstehen, dass der Aktor mittels eines Stromes angesteuert wird, wodurch der Aktor ein magnetisches Feld ausbildet, das mittelbar oder unmittelbar auf das Ventilelement wirkt und das Ventilelement aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt wird. Während der Aktor angesteuert wird, wird das Ventilelement beispielsweise mittels des Aktors in der Offenstellung gehalten, insbesondere solange, wie der Aktor angesteuert wird beziehungsweise bis das Ansteuern des Aktors mit einem elektrischen Strom beendet wird. Durch Beenden des Ansteuerns wird eine Bewegung des Ventilelements aus der Offenstellung in die Schließstellung bewirkt beziehungsweise zugelassen. Somit ist unter dem Öffnen des Injektors zu verstehen, dass das Ventilelement aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt wird und die mindestens eine Ausspritzöffnung freigibt.
Eine Zeitspanne, während welcher der Injektor, insbesondere durchgängig, geöffnet ist, das heißt während sich das Ventilelement, insbesondere durchgängig, in der Offenstellung befindet, wird auch als Einspritzdauer bezeichnet. Neben der Einspritzdauer wird eine weitere Zeitspanne von einem Beginn der Ansteuerung des Injektors bis zum Schließen des Injektors, d.h. dem Ende der Einspritzdauer und zum Ende der Ansteuerung als Ansteuerdauer bezeichnet. Insbesondere bei Injektoren mit einem Magnetaktor kommt es zu einem zeitlichen Verzug des Ansteuerbeginns und des Einspritzbeginns. Außerdem wird beispielsweise der Kraftstoff mit einem Druck aus dem Injektor ausgespritzt. Mit anderen Worten weist der Kraftstoff, welcher aus dem Injektor ausgespritzt wird, einen Druck auf, welcher auch als Einspritzdruck bezeichnet wird. Beispielsweise wird mittels des Injektors innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine eine Menge des Kraftstoffes in den Brennraum eingebracht. Die Verbrennungskraftmaschine weist beispielsweise eine insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, wobei sich das genannte Arbeitsspiel über genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle und somit über 720° Kurbelwinkel erstreckt. Die Menge, die innerhalb des Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird, hängt dabei von dem Einspritzdruck und von der Einspritzdauer, das heißt von deren Länge beziehungsweise Ausmaß ab. Je länger die Einspritzdauer ist und/oder je höher der Einspritzdruck ist, desto größer ist die Menge des Kraftstoffes, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht wird.
Beispielsweise variiert die Menge an Kraftstoff, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht wird, mit variierendem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine. Mit anderen Worten hängt beispielsweise die Einspritzmenge, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht wird, von einem beziehungsweise dem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine ab. Dabei ist es wünschenswert, den Kraftstoff besonders präzise in den Brennraum einzubringen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass es wünschenswert ist, die Menge besonders präzise einzustellen, so dass einerseits eine hinreichend, insbesondere spezifische, Leistung der Verbrennungskraftmaschine und andererseits ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Um nun den Kraftstoff besonders präzise in den Brennraum einzubringen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung ein Einspritzbeginn einer ersten Einspritzung aus einem nominal-Kennfeld ermittelt wird, zu welchem das Öffnen des Injektors und dadurch das Ausspritzen des Kraftstoffes und somit das Einbringen des Kraftstoffes in den Brennraum beginnen.
Des Weiteren wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine erste Ansteuerdauer des Injektors für die erste Einspritzung ermittelt. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird außerdem in Abhängigkeit von einem zweiten Einspritzbeginn einer zweiten Einspritzung wenigstens ein Korrekturwert ermittelt. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird die ermittelte erste Ansteuerdauer anhand des Korrekturwerts, das heißt in Abhängigkeit von dem Korrekturwert korrigiert, wodurch eine von der ersten Ansteuerdauer unterschiedliche korrigierte Ansteuerdauer berechnet wird. Unter dem Merkmal, dass die korrigierte Ansteuerdauer von der ersten Ansteuerdauer unterschiedlich ist, kann insbesondere verstanden werden, dass die korrigierte Ansteuerdauer beispielsweise kürzer oder länger als die erste Ansteuerdauer ist. Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels der elektronische Recheneinrichtung der Injektor beziehungsweise dessen Aktor in Abhängigkeit von der korrigierten Ansteuerdauer angesteuert wird, so dass der Injektor - infolge der elektronische Recheneinrichtung bewirkten Ansteuerung - zu dem zweiten Einspritzbeginn geöffnet wird. Der Erfindung zugrunde liegende Überlegungen sind insbesondere, dass das, insbesondere je nach Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine, wünschenswert ist, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine eine Soll-Menge des Kraftstoffes in den Brennraum einzubringen, um dadurch einerseits eine hinreichend hohe Leistung der Verbrennungskraftmaschine und andererseits einen besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine können gegebenenfalls Effekte auftreten, welche dazu führen können, dass eine Ist-Menge des Kraftstoffes, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels tatsächlich mittels des Injektors in den Brennraum eingebracht wird, von der gewünschten Soll-Menge abweicht, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun, diese Effekte beziehungsweise etwaige Abweichungen zwischen der Soll-Menge und der Ist-Menge zu kompensieren, da die Ansteuerdauer korrigiert wird. Insbesondere können durch das Verfahren nichtkonstante Effekte, welche zu übermäßigen Abweichungen der Ist-Menge von der Soll- Menge führen könnten, kompensiert werden, und das insbesondere bei Variation des Einspritzbeginnes.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich die Menge des Kraftstoffes insbesondere dann besonders präzise einstellen, wenn der Kraftstoff mittels einer beispielsweise als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildeten Kraftstoffpumpe zu dem Injektor gefördert wird, indem ein Pumpenkolben der Kraftstoffpumpe mittels eines Pumpennockens angetrieben wird, wobei der Injektor mittels der elektronischen Recheneinrichtung angesteuert wird, wodurch der Injektor geöffnet wird und den zu dem Injektor geförderten Kraftstoff ausspritzt. Die Kraftstoffpumpe bewirkt beispielsweise den zuvor genannten Einspritzdruck des Kraftstoffes.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass durch das mittels des Pumpennockens bewirkte Antreiben des Pumpenkolbens der Pumpenkolben einen Hub und somit eine translatorische Bewegung ausführt, insbesondere relativ zu einem Pumpgehäuse. Dabei treibt der Nocken den Pumpenkolben derart an, dass sich der Pumpenkolben während seines Hubs mit wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten und somit nicht-konstant bewegt. Der Nocken beziehungsweise sein Nockenprofil ist somit beispielsweise nicht-konstant. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Bei modernen, auch als Verbrennungsmotoren bezeichneten Verbrennungskraftmaschinen wird die Variation des Einspritzbeginns als elementare Stellgröße beispielsweise für ein Thermomanagement genutzt. Dies bedeutet, dass der Einspritzbeginn beziehungsweise Einspritzbeginne bewusst variiert wird beziehungsweise werden, um eine Temperatur eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine und/oder Rohemissionen der auch einfach als Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine zu beeinflussen. Wird beispielsweise der Einspritzbeginn ausgehend von einem ersten Betriebsmodus nach spät verstellt, so kann dadurch das Abgas aufgeheizt werden, um hierdurch beispielsweise eine Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise wenigstens einen Katalysator der Verbrennungskraftmaschine aufzuheizen. Dies wird auch als Aufheiz-Modus oder Kat-Aufheiz-Modus bezeichnet.
Die Kraftstoffpumpe und der Injektor sind beispielsweise nach dem sogenannten Pumpe-Düse-Prinzip oder Pumpe-Leitung-Düse-Prinzip ausgebildet und somit beispielsweise Bestandteile eines sogenannten Steckpumpen-Einspritzsystems. Hierbei ist beispielsweise der einfach auch als Einspritznocken bezeichnete Pumpennocken Bestandteil einer Nockenwelle, mittels welcher der Pumpenkolben angetrieben wird, insbesondere indem sich die Nockenwelle um eine Drehachse, insbesondere relativ zum Zylinderkopf, dreht. Je nach Außenkontur des Nockens kann beispielsweise bei konstanter Geschwindigkeit beziehungsweise Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eine zumindest im Wesentlichen konstante, lineare und vorzugsweise translatorische Bewegung des Pumpenkolbens realisiert werden, so dass der Pumpenkolben als Konstantfördernocken ausgebildet sein kann, oder es ergibt sich eine nicht-konstante Bewegung des Pumpenkolbens. Unter der nicht-konstanten Bewegung des Pumpenkolbens ist insbesondere zu verstehen, dass der Pumpenkolben seinen Hub mit einer nicht-linearen beziehungsweise nicht-konstanten Geschwindigkeit ausführt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt variiert hierbei eine Geschwindigkeit, mit welcher der Pumpenkolben seinen Hub ausführt. Ein Beginn und ein Ende des auch als Einspritzen oder Einspritzung bezeichneten Einbringens des Kraftstoffes werden beispielsweise elektronisch und dabei beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung durch Öffnen und Schließen des beispielsweise als Magnetventil ausgebildeten Injektors eingestellt, das heißt gesteuert oder geregelt.
Ist der Nocken als nicht-konstanter Fördernocken ausgebildet, so dass der Pumpenkolben seinen Hub mit einer variierenden Geschwindigkeit ausführt, so ist der Weg, den der Pumpenkolben bei identischer Ansteuerdauer des Injektors während der auch als Einspritzphase bezeichneten Einspritzung zurücklegt, abhängig von dem Einspritzbeginn. Der Einspritzbeginn fällt mit einer jeweiligen, auch als Kurbelwinkel bezeichneten Drehstellung der beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle zusammen.
Motorsteuergeräte von Motoren mit Steckpumpen-Einspritzsystemen, das heißt mit Einspritzsystemen, die nach dem Pumpe-Düse-Prinzip arbeiten, sind üblicherweise so programmiert, dass eine direkte Zuordnung zwischen Ansteuerdauer des jeweiligen Injektors und der eingespritzten, auch als Kraftstoffmenge bezeichneten Einspritzmenge des Kraftstoffes besteht. Daraus resultiert bei Systemen mit nicht-konstanten Geschwindigkeiten des Pumpennockens eine Ungenauigkeit der Einspritzmenge, sobald von nominalen Einspritzbeginnen, auf deren Basis ein Kennfeld erstellt beziehungsweise befüllt, wurde abgewichen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun die während des Hubs auftretende Variation der Geschwindigkeit des Pumpennockens während der Einspritzung berücksichtigen und ermöglicht somit im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine deutliche Steigerung der Genauigkeit, mit welcher der Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, das heißt mit welcher die Einspritzmenge eingestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, den Einspritzbeginn, insbesondere je nach Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine, stark zu variieren und damit einen bedarfsgerechten und somit kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Durch Korrektur der ersten Ansteuerdauer anhand des Korrekturwerts, wodurch die korrigierte Ansteuerdauer berechnet wird, können auch bei starker Variation des Einspritzbeginns übermäßige Abweichungen eines Einspritzbeginns und übermäßige Abweichungen der Ist-Menge von der Soll-Menge vermieden werden, so dass ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die erste Ansteuerdauer der ersten Einspritzung für eine Drehzahl und eine Einspritzmenge der Verbrennungskraftmaschine aus dem nominal-Kennfeld ermittelt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, die korrigierte Ansteuerdauer für die gleiche Drehzahl und Einspritzmenge der ersten Einspritzung ermittelt wird. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Korrekturwert in Abhängigkeit von Kompensationskennfeld ermittelt, indem beispielsweise der Korrekturwert aus dem Kompensationskennfeld ausgelesen wird. Hierdurch kann die erste Ansteuerdauerdauer besonders vorteilhaft korrigiert werden, so dass ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit der korrigierten Ansteuerdauer bei gleicher Drehzahl und Einspritzmenge für einen unterschiedlichen Einspritzbeginn realisiert werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine Wichtungsberechnung zwischen dem nominal-Kennfeld und dem Kompensationskennfeld durchgeführt wird, wobei der Korrekturwert in Abhängigkeit von der Wichtungsberechnung ermittelt wird. Dadurch kann die erste Ansteuerdauer besonders vorteilhaft korrigiert werden, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden kann.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass zusätzlich Kompensationskennfelder angelegt werden, die beispielsweise wenigstens einen oder jeweilige Verschiebewerte umfassen. Der Verschiebewert wird beispielsweise auch als Offset- oder Ansteuerdauer-Offset bezeichnet. Beispielsweise erfolgt eine Zuordnung des ermittelten Einspritzbeginns zu einem Kompensationswert über einen frei kalibrierbaren Parameter. Auf Basis des berechneten, auch als CCV bezeichneten Kompensationswerts und beispielsweise auf Basis der Wichtungsberechnung wird der auch als Offset-Wert bezeichnete Korrekturwert für den aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine berechnet.
Die Erfindung ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine deutliche Verbesserung der Mengengenauigkeit der Einspritzung bei Variation beziehungsweise Verschiebung des Einspritzbeginns, insbesondere im Vergleich zu einem Nominal- Betrieb, bei welchem beispielsweise das Nominal-Kennfeld erstellt wurde beziehungsweise gilt. Das Nominal-Kennfeld gilt beispielsweise für einen Betrieb der betriebswarmen und auch als heißer Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine. Von dem Nominal-Betrieb und somit von dem Nominal-Kennfeld wird beispielsweise abgewichen, um den zuvor beschriebenen Kat-Aufheiz-Modus durchzuführen. Diese Abweichung wird durch Variation beziehungsweise Verschiebung des Einspritzbeginns realisiert. Dabei ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, trotz extremer Variation des Einspritzbeginns, um dadurch beispielsweise von dem Nominalbetrieb abzuweichen und den Kat-Aufheiz-Modus durchzuführen, die in den Brennraum einzubringende Menge des Kraftstoffes besonders präzise einzustellen, so dass ein kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist;
Fig. 2 ein Schaubild zum Veranschaulichen des Verfahrens; und
Fig. 3 ein Flussdiagramm zum weiteren Veranschaulichen des Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Nutzfahrzeug, ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweist und mittels der auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein Gehäuseelement in Form eines Kurbelgehäuses 12 auf, welches Zylinder 14 aufweist beziehungsweise bildet oder begrenzt. In dem jeweiligen Zylinder 14 ist ein in Fig. 1 nicht näher dargestellter Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der jeweilige Kolben ist über ein jeweiliges Pleuel gelenkig mit einer vorliegend als Kurbelwelle 15 ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 10 gekoppelt. Die Kurbelwelle 15 ist drehbar an dem Kurbelgehäuse 12 gelagert. Durch die gelenkige Kopplung der Kolben mit der Kurbelwelle 15 können die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern 14 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 15 umgewandelt werden. Über die Kurbelwelle 15 kann die Verbrennungskraftmaschine 10 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
Der jeweilige Zylinder 14, der jeweilige, darin angeordnete Zylinder und eine nicht näher gezeigter Zylinderkopf begrenzen einen jeweiligen Brennraum 16 der Verbrennungskraftmaschine 10. Dem jeweiligen Brennraum 16 ist ein auch als Magnetventil bezeichneter oder als Magnetventil ausgebildeter Injektor 18 zugeordnet. Mittels des jeweiligen Injektors 18 kann ein flüssiger Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum 16, dem der jeweilige Injektor 18 zugeordnet ist, direkt eingespritzt und dadurch eingebracht werden. Hierdurch wird der jeweilige Brennraum 16 mit dem Kraftstoff versorgt. Außerdem wird der jeweilige Brennraum 16 mit Luft versorgt, so dass in dem jeweiligen Brennraum 16 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 wird das jeweilige, einfach auch als Gemisch bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und dadurch verbrannt.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist auch eine elektronische Recheneinrichtung 20 auf, welche beispielsweise ein Motorsteuergerät ist. Die elektronische Recheneinrichtung 20 kann den jeweiligen Injektor 18, insbesondere elektrisch beziehungsweise elektronisch, über nicht näher dargestellt elektrischen Leitungen ansteuern. Hierzu stellt die elektronische Recheneinrichtung 20 wenigstens ein, insbesondere elektrisches, Signal bereit, welches von dem jeweiligen Injektor 18 empfangen wird. Durch das Signal wird der jeweilige Injektor 18 angesteuert. Durch das Ansteuern des Injektors 18 wird der jeweilige Injektor 18 geöffnet und offengehalten, so dass der jeweilige Injektor 18 den insbesondere flüssigen Kraftstoff aus sich ausspritzt und in der Folge in den jeweiligen Brennraum 16 einspritzt. Während einer Ansteuerdauer, während welcher die elektronische Recheneinrichtung 20 den jeweiligen Injektor 18, insbesondere durchgängig beziehungsweise unterbrechungsfrei, ansteuert, ist der jeweilige Injektor 18, insbesondere während einer Einspritzdauer durchgängig, geöffnet und somit, insbesondere durchgängig, den Kraftstoff aus sich ausspritzt. Dabei wirkt ein elektrisch ansteuerbarer Magnetaktor des Injektors 18 auf ein Ventilelement ein, so dass das Ventilelement des Injektors 18 zumindest eine Ausspritzöffnung des Injektors 18 öffnen und schließen kann. Dabei kommt es, insbesondere bei Magnetinjektoren, vom Beginn der Ansteuerdauer zum Beginn der Einspritzdauer zu einem zeitlichen Verzug. Somit ist die jeweilige Ansteuerdauer unterschiedlich von einer Einspritzdauer, da der jeweilige Injektor 18 während der Einspritzdauer, insbesondere durchgängig, geöffnet ist. Das Einbringen des Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 16 wird auch als Einspritzen oder Einspritzung bezeichnet. Die Ansteuerdauer und somit die Einspritzung beginnen bei einem Beginn der Ansteuerung, welcher mittels der elektronischen Recheneinrichtung 20 ermittelt und beispielsweise eingestellt wird. Dabei kann die elektronische Recheneinrichtung 20, insbesondere je nach aktuellem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10, den Einspritzbeginn variieren, das heißt verschieben. Der Einspritzbeginn ist der Beginn ab dem der einzuspritzende Kraftstoff aus dem Injektor 18 beginnt in den Brennraum 16 einzutreten.
Die Injektoren 18 sind Bestandteile eines Einspritzsystems 22 der Verbrennungskraftmaschine 10. Mittels des Einspritzsystems 22 wird der Kraftstoff in den Brennraum 16 eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Das Einspritzsystem 22 umfasst, insbesondere je Injektor 18, eine einfach auch als Pumpe bezeichnete Kraftstoffpumpe 24, mittels welcher der Kraftstoff zu dem zu der Kraftstoffpumpe 24 gehörenden Injektor 18 gefördert werden kann beziehungsweise gefördert wird. Die Kraftstoffpumpe 24 weist ein Gehäuse 26 und einen einfach auch als Kolben oder Pumpenkolben bezeichneten Pumpenkolben 28 auf, welcher translatorisch bewegbar in dem auch als Pumpgehäuse bezeichneten Gehäuse aufgenommen ist. Durch relativ zu dem Gehäuse 26 erfolgendes, translatorisches Hin- und Herbewegen des Pumpenkolbens 28 wird der Kraftstoff aus dem Gehäuse 26 herausgefördert und, insbesondere über eine Leitung 30, zu dem zu der Kraftstoffpumpe 24 gehörenden Injektor 18 gefördert. Durch Ansteuern des Injektors 18 wird der Injektor 18 geöffnet, wodurch der Injektor 18 den zu dem Injektor 18 geförderten Kraftstoff aus sich ausspritzt und somit in den Brennraum 16 direkt einspritzt. Es ist auch denkbar neben den sogenannten Pumpe-Leitung-Düse-Systems ein Pumpe-Düse-System vorzusehen. Bei dem Pumpe-Düse-System sind die Kraftstoffpumpe 24 und der Injektor 18 einstückig miteinander verbunden und der von der Kraftstoffpumpe 24 geförderte Kraftstoff gelangt direkt zum Injektor 18. Eine Leitung 30 zwischen Kraftstoffpumpe 24 und Injektor 18 ist beim Pumpe-Düse-System nicht vorgesehen.
Um beispielsweise den Pumpenkolben 28 derart anzutreiben, dass mittels des Pumpenkolbens 28 der Kraftstoff aus dem Gehäuse 26 herausgefördert, durch die Leitung 30 hindurchgefördert und über die Leitung 30 zu dem Injektor 18 gefördert wird, ist ein einfach auch als Nocken bezeichneter Pumpennocken 32 vorgesehen. Der Pumpennocken 32 ist beispielsweise drehfest mit einer in Fig. 1 nicht erkennbaren Nockenwelle Verbrennungskraftmaschine 10 verbunden. Werden die Nockenwelle und der Pumpennocken 32 um eine Drehachse 34 relativ zu dem Kurbelgehäuse 12 gedreht, so wird dadurch der Pumpenkolben 28 mittels des Pumpennockens 32 angetrieben, insbesondere derart, dass mittels des Pumpenkolbens 28 der Kraftstoff aus dem Gehäuse 26 herausgefördert, durch die Leitung 30 hindurchgefördert und über die Leitung 30 zu dem Injektor 18 gefördert wird.
Mittels der Kraftstoffpumpe 24 wird ein Druck des Kraftstoffes bewirkt beziehungsweise bereitgestellt, wobei der den Druck aufweisende Kraftstoff mittels des Injektors 18 in den Brennraum 16 eingespritzt wird. Von dem auch als Einspritzdruck bezeichneten Druck und von der Ansteuer- beziehungsweise Einspritzdauer hängt eine Einspritzmenge des Kraftstoffes ab, die, insbesondere innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10, in den jeweiligen Brennraum 16 eingespritzt wird. Bei gleichbleibendem Einspritzdruck ist beispielsweise die auch als Kraftstoff menge bezeichnete Menge des Kraftstoffes, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des jeweiligen Injektors 18 in den jeweiligen Brennraum 16 eingespritzt wird, desto größer, je länger die Ansteuerdauer ist.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einem ersten Verlauf 36 und einem zweiten Verlauf 38. Auf der Abszisse ist ein Kurbelwinkel in Grad Kurbelwinkel (°KW) aufgetragen. Auf der ersten Ordinate ist ein zum Verlauf 36 zugeordneter Hub des Pumpenkolbens 28 in Millimeter (mm) aufgetragen und auf der zweiten Ordinate ist ein Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 28 in Meter pro Sekunde (m/s) aufgetragen Durch das mittels des Pumpennockens 32 bewirkte Antreiben des Pumpenkolbens 28 führt der Pumpenkolben 28 einen relativ zu dem Gehäuse 26 erfolgenden Hub, das heißt eine relativ zu dem Gehäuse 26 erfolgende, translatorische Bewegung aus. Dabei ist der Hub gemäß dem Verlauf 36 im Wesentlichen linear. Der Pumpennocken 32 weist dabei eine auch als Nockenprofil bezeichnete, außenumfangsseitige und auch als Außenkontur bezeichnete Kontur 40 (Figur 1) auf, welche dazu führt, dass der Pumpenocken den Pumpenkolben 28 derart antreibt, dass sich der Pumpenkolben 28 während seines Hubs mit wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten, das heißt mit einer nichtkonstanten beziehungsweise nicht-linearen Geschwindigkeit, bewegt. Diese Geschwindigkeit, mit der der Nocken seinen Hub ausführt, ist durch den in Fig. 2 gezeigten Verlauf 38 veranschaulicht. Anhand des Verlaufs 38 ist klar erkennbar, dass die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 28 im Gegensatz zu seinem seinen Hub (Verlauf 36) nicht-konstant und teilweise nicht nicht-linear ist. Dies kann bei Variation des Einspritzbeginns trotz gleicher Ansteuerdauer bzw. Einspritzdauer und trotz gleicher Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 zu solchen Variationen führen, dass die auch als Ist-Einspritzmenge bezeichnete Kraftstoffmenge, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels tatsächlich in den Brennraum 16 eingespritzt wird, von einer gewünschten Soll-Menge abweicht.
Zur weiteren Verdeutlichung sind eine erste Einspritzung E1 und eine zweite Einspritzung E2 in dem Diagramm veranschaulicht. Die erste Einspritzung E1 ist oberhalb des Verlaufs 38 dargestellt, die zweite Einspritzung E2 ist unterhalb des Verlaufs 38 dargestellt. Dabei beginnt die erste Einspritzung E1 beispielweise beim Einspritzbeginn BOI1 bei 0°KW und endet beim Einspritzende EOI1 bei 15°KW. Damit beträgt die auch als Öffnungsdauer bezeichnete Einspritzdauer dur1=15°KW. Eine Ansteuerung der ersten Einspritzung beginnt beim Ansteuerbeginn BOC1. Mit dem Ansteuerbeginn BOC1 wird der Injektor 18 mit einem Strom angesteuert, sodass der Aktor des Injektors 18 ein magnetisches Feld aufbaut, wodurch das Ventilelement veranlasst wird die Ausspritzöffnungen des Injektors 18 freizugeben und Kraftstoff aus dem Injektor 18 in den Brennraum 16 eintritt. Bei Ende der ersten Ansteuerdauer idurl ist an dem Injektor 18 kein elektrischer Strom mehr angelegt und das Ventilelement schließt. Das Ende der Ansteuerdauer idurl und das Einspritzende EOI1 fallen ohne Wesentlichen zeitlichen Verzug zusammen. Der zeitliche Verzug zwischen einem Ansteuerbeginn und einem Einspritzbeginn und dem zeitlichen Zusammenfallen von dem Ende der Ansteuerdauer und dem Einspritzende von Injektoren mit magnetischen Aktoren (Magnetinjektoren) in dem Fachmann an sich bekannt, worauf nicht näher eingegangen wird.
Die zweite Einspritzung E2 findet bei der gleichen Drehzahl wie die erste Einspritzung E1 statt, wobei auch eine gleiche Ansteuerdauer idur2 wie bei der ersten Einspritzung E1 verwendet wird. Beispielsweise beginnt die zweite Einspritzung E2 im Gegensatz zur ersten Einspritzung E1 5°KW später, so dass ein Einspritzbeginn BOI2 auf 5 °KW fällt und damit ein Einspritzende EOI2 bei 20°KW endet. Damit beträgt eine Einspritzdauer dur2 der zweiten Einspritzung E2 ebenfalls 15°KW. Ein Ansteuerbeginn B0C2 liegt einen entsprechenden Zeitraum vor dem Einspritzbeginn BOI2.
Dabei weist die mittleren Kolbengeschwindigkeiten avg1 der ersten Einspritzung E1 und die mittlere Kolbengeschwindigkeit avg2 der zweiten Einspritzung E2 während der jeweiligen Einspritzdauer dur1 der ersten Einspritzung E1 und dur2 der zweiten Einspritzung E2 auf Grund der, im Wesentlichen linear, sinkenden Kolbengeschwindigkeit (Verlauf 38) voneinander unterschiedliche Werte auf. Aufgrund der niedrigeren mittleren Kolbengeschwindigkeit avg2 während der Einspritzdauer dur2 der zweiten Einspritzung E2 kommt es zu einem zeitverzögerten Druckaufbau des einzuspritzenden Kraftstoffs, so dass bei gleicher Einspritzdauer und späteren Einspritzbeginn eine eingespritzte Kraftstoff menge sinkt, wodurch die Einspritzmenge der zweiten Einspritzung E2 geringer ist als die Einspritzmenge der ersten Einspritzung E1.
Um nun die Einspritzmenge besonders präzise einstellen und übermäßige Abweichungen der Einspritzmenge von einer gewünschten Soll-Menge zu vermeiden, ist ein Verfahren zum Einbringen des Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 16 vorgesehen. Dabei kann der die Einspritzmenge der zweiten Einspritzung E2 bei gleicher Drehzahl und späteren Einspritzbeginn an die erste Einspritzung E1 im Wesentlichen angeglichen werden.
Das Verfahren wird im Folgenden insbesondere anhand von Fig. 3 beschrieben: Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird mittels elektronischen Recheneinrichtung 20 der Einspritzbeginn BOI1 der ersten Einspritzung E1 aus einem nominal-Kennfeld ermittelt, zu welchem das Öffnen des Injektors 18 und dadurch das Ausspritzen des Kraftstoffes beginnen.
Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung 20 eine erste Ansteuerdauerdauer idurl des Injektors 18 für die erste Einspritzung E1 ermittelt, während welcher der Injektor 18 grundsätzlich geöffnet sein könnte.
Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung 20 in Abhängigkeit von einem zweiten Einspritzbeginn BOI2 einer zweiten Einspritzung E2 wenigstens ein Korrekturwert CCV ermittelt. Dabei kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) eine Wichtungsberechnung zwischen dem nominal-Kennfeld und einem Kompensationskennfeld durchgeführt wird, wobei der Korrekturwert CCV in Abhängigkeit von der Wichtungsberechnung ermittelt wird. Bei einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung 20 die erste Ansteuerdauer idurl anhand des ermittelten Korrekturwerts CCV korrigiert, wodurch eine von der ersten Ansteuerdauer idurl unterschiedliche korrigierte Ansteuerdauer idur2kor berechnet wird.
Bei einem fünften Schritt S5 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung 20 der Injektor 18 in Abhängigkeit von der korrigierten Ansteuerdauer idur2kor derart angesteuert, dass der Injektor 18 zu dem zweiten Einspritzbeginn BOI2 geöffnet und ab dem zweiten Einspritzbeginn BOI2 während der zu dem zweiten Einspritzbeginn BOI2 beginnenden, zweiten Einspritzdauer dur2kor, insbesondere bis zum, im Gegensatz zum Einspritzende EOI2, späteren Einspritzende EOI2kor durchgängig beziehungsweise unterbrechungsfrei, offengehalten wird und somit geöffnet ist.
Mit dem Korrekturwert CCV wird das Einspritzende EOI2 der zweiten Einspritzung E2 zu einem späteren Zeitpunkt EOI2korr bezogen auf den Kurbelwellenwinkel verschoben. Damit ändert sich auch die Einspritzdauer dur2 zu dur2kor (Figur 2). Mit einer sinkenden Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 28 über dem Kurbelwinkel (Verlauf 38) verlängert sich die Einspritzdauer dur2kor des Injektors 18 bei einer Einspritzung bei gleicher Drehzahl und gleicher Einspritzmenge für einen späteren Einspritzbeginn BOI2. Mir der längeren Ansteuerdauer idur2kor und damit der längeren Einspritzdauer dur2kor kann bei sinkender Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 28 eine Einspritzmenge der zweiten Einspritzmenge E2 an die Einspritzmenge der ersten Einspritzung E1 angeglichen werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar bei einer steigenden Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 28 einer späteren Einspritzung seine Ansteuerdauer zu verkürzen, um unterschiedlich groOe Einspritzmengen auszugleichen.
Mittels des Verfahrens kann der Einspritzbeginn stark variiert werden, um dabei beispielsweise unterschiedliche Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 10 einzustellen. Gleichzeitig ermöglicht es das Verfahren, trotz starker Variation des Einspritzbeginns und somit beispielsweise trotz einer starken Abweichung von einem Nominalbetrieb die Einspritzmenge besonders präzise einzustellen, so dass ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 gewährleistet werden kann. Bezugszeichenliste
10 Verbrennungskraftmaschine 12 Kurbelgehäuse
14 Zylinder 15 Kurbelwelle
16 Brennraum 18 Injektor 20 elektronische Recheneinrichtung 22 Einspritzsystem 24 Kraftstoffpumpe 26 Gehäuse 28 Pumpenkolben 30 Leitung 32 Pumpennocken 34 Drehachse
36 erster Verlauf 38 zweiter Verlauf 40 Außenkontur
BOI1 Einspritzbeginn
EOI1 Einspritzende BOC1 Ansteuerbeginn BOI2 Einspritzbeginn EOI2 Einspritzende EOI2kor Einspritzende BOC2 Ansteuerbeginn avg1 mittlere Kolbengeschwindigkeit avg2 mittlere Kolbengeschwindigkeit idurl Ansteuerdauer idur2 Ansteuerdauer idur2kor Ansteuerdauer dur1 Einspritzdauer dur2 Einspritzdauer dur2kor Einspritzdauer
S1 erster Schritt

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Einbringen eines Kraftstoffes in wenigstens einen Brennraum (16) einer Verbrennungskraftmaschine (10), bei welchem wenigstens ein Injektor (18) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (20) angesteuert wird, wodurch der Injektor (18) geöffnet wird und Kraftstoff ausspritzt, um dadurch den Kraftstoff in den Brennraum (16) einzubringen, dadurch gekennzeichnet, dass:
- mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) ein erster Einspritzbeginn (BOI1) einer ersten Einspritzung (E1) aus einem nominal-Kennfeld ermittelt wird,
- mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) eine erste Ansteuerdauer (idurl) des Injektors (18) für die erste Einspritzung (E1) ermittelt wird,
- mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) in Abhängigkeit von einem zweiten Einspritzbeginn (BOI2) einer zweiten Einspritzung (E2) wenigstens ein Korrekturwert (CCV) ermittelt wird,
- mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) die erste Ansteuerdauer (idurl) anhand des Korrekturwerts (CCV) korrigiert wird, wodurch eine von der ersten Ansteuerdauer (idurl) unterschiedliche korrigierte Ansteuerdauer (idur2kor) berechnet wird, und
- mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) der Injektor (18) in Abhängigkeit von der korrigierten Ansteuerdauer (idur2kor) angesteuert wird, sodass der Injektor (18) zu dem zweiten Einspritzbeginn (BOI2) der zweiten Einspritzung (E2) geöffnet wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe (24) zu dem Injektor (18) gefördert wird, indem ein Pumpenkolben (28) der Kraftstoffpumpe (24) mittels eines Pumpennockens (32) angetrieben wird, wobei der Injektor (18) mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) angesteuert wird, wodurch der Injektor (18) geöffnet wird und den zu dem Injektor (18) geförderten Kraftstoff ausgespritzt wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das mittels des Pumpennockens (32) bewirkte Antreiben des Pumpenkolbens (28) der Pumpenkolben (28) einen Hub ausführt, wobei der Pumpennocken (32) den Pumpenkolben (28) derart antreibt, dass der Pumpenkolben (28) während seines Hub mit wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ansteuerdauer (idurl) für die erste Einspritzung (E1) für eine Drehzahl und eine Einspritzmenge der Verbrennungskraftmaschine (10) aus dem nominal- Kennfeld ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierte Ansteuerdauer (idur2kor) für die gleiche Drehzahl und Einspritzmenge der ersten Einspritzung (E1) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (CCV) in Abhängigkeit von mindestens einem Kompensationskennfeld ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der elektronischen Recheneinrichtung (20) eine Wichtungsberechnung zwischen dem nominal-Kennfeld und dem Kompensationskennfeld durchgeführt wird, wobei der Korrekturwert in Abhängigkeit von der Wichtungsberechnung ermittelt wird. Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorehrgehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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