WO2013167242A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2013167242A1
WO2013167242A1 PCT/EP2013/001262 EP2013001262W WO2013167242A1 WO 2013167242 A1 WO2013167242 A1 WO 2013167242A1 EP 2013001262 W EP2013001262 W EP 2013001262W WO 2013167242 A1 WO2013167242 A1 WO 2013167242A1
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WO
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internal combustion
combustion engine
pressure
injection
fuel
Prior art date
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PCT/EP2013/001262
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English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Binder
Yuriy Bogachik
Thomas Liebscher
Rüdiger Pfaff
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • the invention also relates to an associated internal combustion engine.
  • Modern internal combustion engines have a fuel injection system with at least one injector per combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the respective injector is usually a needle valve, which is characterized by a needle-shaped valve member for controlling injection holes.
  • the fuel injection can be influenced.
  • Small hole cross sections are advantageous, since this improves the atomization effect during the injection process and produces smaller, faster evaporating fuel droplets.
  • the smaller the hole cross-sections the greater the risk of coking the injection holes.
  • the flow-through cross section of the injection holes decreases, which influences the amount of injected fuel per injection process, namely reduced.
  • the combustion process changes, which affects the operating state of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine in particular in the idling range, can run restlessly.
  • the energy efficiency changes
  • DE 10 2005 034 449 A1 discloses a method and a device for detecting coking at injection nozzles in combustion chambers of internal combustion engines.
  • a prescribable operating point of the injection of fuel into an unpolluted injection nozzle at least one cylinder pressure gradient criterion or at least one thermodynamic criterion in an origin is measured at a predeterminable time (original time of origin) and in the same Operating point, the at least one measured criterion of the cylinder pressure curve or the thermodynamic profile of the same injector to a predetermined
  • Time is measured for diagnostic purposes (diagnosis time point), wherein the value measured at the time of diagnosis for the detection of coking with the in
  • a suitable cylinder pressure gradient criterion is, for example, a maximum
  • Another cylinder pressure gradient criterion is, for example, an average pressure that can be calculated per working cycle from the cylinder pressure curve.
  • a suitable thermodynamic criterion is, for example, a level of a plateau of an integral heating course per working cycle between the combustion of a pre-injection and main injection.
  • Another thermodynamic criterion is, for example, an angular position of the 5% energy conversion point per working cycle or alternatively an angular position of a minimum of the heating profile per working cycle.
  • Detection of coking should be carried out as part of an on-board diagnosis and generate a corresponding error signal in the case of a detected coking and possibly be signaled via a warning device. This makes it possible, for example, to allow the injectors to be cleaned in the event of coking in order to enable proper operation for the internal combustion engine.
  • the present invention is concerned with the problem of providing an improved embodiment for a method or for an internal combustion engine of the aforementioned type, which is characterized in particular by the fact that the effects of coking of the respective injector on the operating behavior of the internal combustion engine are reduced.
  • the invention is based on the general idea, the presence of a
  • Injectors are monitored and the fuel injection system is adapted depending on the determined coking so that the adverse consequences of coking are eliminated or at least reduced.
  • the invention proposes this in particular during a
  • Combustion chamber to determine an actual conversion rate of injected with the respective injector in this combustion chamber fuel during a combustion process.
  • this actual conversion rate can be compared with a target conversion rate, which is predetermined for the predetermined operating state of the internal combustion engine. If a setpoint-actual deviation occurs, at least one injection parameter of the fuel injection system can now be adapted to reduce the actual-to-actual deviation as a function of this setpoint-actual deviation. This means that the adaptation of the fuel injection system
  • Combustion process occurring target-actual deviation of the conversion rate is reduced at a later combustion process and at best eliminated, that is within tolerable limits.
  • This process can be realized, for example, in the manner of a closed-loop control or in the manner of a closed loop.
  • the target conversion rate which is used for the target / actual comparison, can be determined, for example, in the context of a reference measurement with new injectors.
  • the invention utilizes the knowledge that the conversion rate of the fuel converted in the combustion chamber during a combustion process at least in the
  • the injected fuel quantity is specified comparatively exactly for the predetermined operating state, namely by the relevant for this
  • Injection parameters such. B. hole cross-section, number of holes, injection pressure and
  • the invention now also makes use of the consideration that by coking at the respective injector essentially only the effective hole cross section, that is to say the cross section present for the throughflow, can change, while the other injection parameters are essentially unaffected by coking. Consequently, a reduced amount of fuel suggests a coking of the injection holes.
  • a decreasing coking can be adapted by the target-actual comparison of the conversion rate and adaptation of the respective injection parameter.
  • a decreasing coking can occur, for example, when coking residues detach from the injection holes, for example due to thermal expansion effects, vibrations and the like. Since the coking of
  • Injection holes can be compensated due to the procedure according to the invention, even very small and smallest nozzle hole geometries can be used. As a result, for example, the raw emission of the internal combustion engine can be improved. Furthermore, an exhaust gas aftertreatment can thereby be improved. Also, it comes then to a reduced oil dilution by lower fuel accumulation on combustion chamber walls.
  • a full-load operation of the internal combustion engine can be used as the predetermined operating state of the internal combustion engine.
  • This embodiment is based on the consideration that, especially in full load operation, there is a direct correlation between the conversion rate and the fuel quantity per combustion process. For example. are in full load disturbing influences, such. As a high exhaust gas recirculation rate and / or a stoichiometric air supply, reduced.
  • an operating point in the partial load can be used as a predetermined operating condition.
  • the actual conversion rate can be determined during a predetermined crankshaft angle range.
  • Embodiment is based on the consideration that it is not absolutely necessary to determine the conversion rate, the entire crankshaft angle range of the
  • the actual conversion rate can be determined on the basis of a pressure curve which is present in the respective combustion chamber during the course of the combustion process
  • the internal combustion engine can be equipped with a corresponding, suitable pressure-measuring sensor, with which it is possible, in particular, to measure the pressure within the respective combustion chamber.
  • the pressure curve in the combustion chamber correlates with the chemical energy released during the combustion process, ie the conversion or the conversion rate of the injected fuel. This in turn correlates with the injected one
  • the injected fuel quantity can be determined via the time-resolved pressure curve.
  • An embodiment in which an injection pressure provided to the respective injector is adapted as an injection parameter is particularly expedient.
  • Embodiment is based on the finding that the injected amount of fuel substantially the product of the available, permeable
  • Fuel quantity corresponds to reduce the effect of coking, thus increasing the injection pressure.
  • the reduced through the coking flow-through cross section of the injection holes can be compensated.
  • the injection duration remains constant.
  • Pressure supply line so-called “common rail” operates, to which a plurality of injectors are connected, the injection pressure can be varied by varying the fuel pressure in this pressure supply line, in other words, at a
  • the rail pressure is varied to achieve the desired adaptation of the fuel injection system.
  • the rail pressure that is to say the fuel pressure in the respective common pressure supply line, can, for example, be preceded by a corresponding activation of one of the respective pressure supply lines
  • High-pressure fuel pump can be realized.
  • Fuel pump per injector works, so-called. "Pump-nozzle system", the injection pressure can be varied by varying a pump pressure generated by the respective fuel pump.
  • a splash duration map which assigns injection durations to all operating states of the internal combustion engine, can be adapted depending on the changed injection pressure.
  • Such a splash duration map assigns all the operating conditions of the internal combustion engine the respectively required
  • Parameters for the calculation or design of the splash duration map namely the injection pressure.
  • Injection pressure for example, by taking into account a dependent of the changed injection pressure correction factor, it is possible for all operating conditions of the
  • a plurality of actual conversion rates can be detected during the predetermined operating state, wherein for determining the target-actual deviation then a mean actual conversion rate is compared with the predetermined target conversion rate. This can either for all injectors
  • average actual turnover rate can be determined or for each individual injector an average actual turnover rate can be determined.
  • the determined actual turnover rates then have a higher reliability.
  • Injection parameters are performed globally for all injectors of the internal combustion engine.
  • coking is considered to occur substantially equally with all injectors.
  • the realization of such an embodiment is comparatively simple. In this case, the actual conversion rate can also be averaged for all injectors.
  • Injection parameters locally for the respective injector so be performed individually.
  • individual coking per injector is taken into account.
  • the actual sales rate is also recorded individually for the respective injector.
  • An internal combustion engine according to the invention which is used, for example, in a motor vehicle, comprises a fuel injection system which has at least one injector for each combustion chamber of the internal combustion engine. Furthermore, the Internal combustion engine equipped with a control device that is configured or programmed so that they can perform the method described above for operating the internal combustion engine. For this purpose, the control device can be suitably coupled to the injectors or with suitable pressure sensors or with at least one fuel pump.
  • FIGURE 1 shows a greatly simplified schematic diagram of an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine 1 which, for example, can be arranged in a motor vehicle, comprises a plurality of cylinders 2, each of which encloses a combustion chamber 3.
  • a piston not recognizable here, is arranged such that it can be adjusted in terms of stroke.
  • the internal combustion engine 1 is equipped with a fuel injection system 4, which is configured in the illustrated preferred example as a common rail system.
  • the fuel injection system 4 has, for each combustion chamber 3, an injector 5, which projects into the respective associated combustion chamber 3 with an injector end 6 which has a plurality of injection holes (not shown here). All injectors 5 are connected to a common pressure supply line 7, so-called "rail" or "common rail".
  • a high-pressure fuel pump 8 is the pressure side connected to the pressure supply line 7 and generates a fuel pressure in the pressure supply line 7, which may correspond to the injection pressure of the injectors 5.
  • the individual injectors 5 can also contain so-called pressure translators which convert the fuel pressure provided via the pressure supply line 7 into a significantly higher input. can translate injection pressure. Since the pressure booster act only a relative pressure gain, a variation of the fuel pressure in the pressure supply line 7 to a proportional variation of the injection pressure at the respective injector 5. For simplicity, injectors 5 are considered without such pressure booster, so that the fuel pressure in the pressure supply line 7 the injection pressure of the injector 5 corresponds.
  • Fuel not required by the injectors 5 is supplied via a throttle 9 and a return line 10 to a fuel tank 11, from which, in the example, a feed line 12 leads to the high-pressure pump 8.
  • a throttle 9 and a return line 10 to a fuel tank 11, from which, in the example, a feed line 12 leads to the high-pressure pump 8.
  • additional pumps, valve means, and the like may be present.
  • the internal combustion engine 1 is equipped with a plurality of cylinder pressure sensors 13, wherein each cylinder 2, such a cylinder pressure sensor 13 is provided, with the aid of which the pressure in the combustion chamber 3 of the respective cylinder 2 can be measured.
  • a line pressure sensor 14 is also provided, by means of which the pressure in the pressure supply line 7 can be measured.
  • the internal combustion engine 1 is also equipped with a control device 15. This is electrically connected via control lines 16 to the injectors 5, via a control line 17 to the high-pressure pump 8, via signal lines 18 to the cylinder pressure sensors 13 and via a signal line 19 to the line pressure sensor 14.
  • the control device 15 can thus control the injectors 5 and the high-pressure pump 8. Furthermore, it receives the pressure measurement signals of the cylinder pressure sensors 13 and of the line pressure sensor 14. Furthermore, the controller 15 knows the current operating state of the internal combustion engine 1.
  • the control device 15 can be coupled to a corresponding engine control unit. Likewise, it is possible to integrate the control device 15 at least partially in terms of hardware in the engine control unit and / or at least partially implement software in the engine control unit.
  • the internal combustion engine 1 presented here can be operated with the aid of the control device 15 as follows:
  • a predetermined operating state of the internal combustion engine 1 preferably at full load operation of the internal combustion engine 1, with the aid of the cylinder pressure sensors 13 the temporal pressure curve within the combustion chambers 3 are determined during the respective combustion process. From the pressure curve in the respective combustion chamber 3 during a predetermined crankshaft angle range, an actual conversion rate of the fuel injected with the respective injector 5 into the respective combustion chamber 3 during the combustion process can be determined. The actual conversion rate determined in this way can now be compared with a desired conversion rate, which is predetermined or known for the predetermined operating state of the internal combustion engine 1. This desired conversion rate can be determined, for example, during the predetermined operating state in the context of a reference measurement, which is expediently carried out with new injectors 5.
  • a desired-actual deviation can now be determined.
  • at least one injection parameter of the fuel injection system 4 can now be adapted such that a reduction of the nominal / actual deviation occurs.
  • the controller 15 may adapt the injection pressure available to the injectors 5 for performing the fuel injection.
  • the control device 15 can for this purpose control the high-pressure pump 8 to generate an increased fuel pressure. In this way, the desired-actual deviation of the conversion rate can be minimized, so that in the best case over the entire life of the internal combustion engine 1 almost constant combustion properties can be ensured.
  • the control device 15 expediently has access to a spray duration characteristic map 20 which assigns injection periods to all operating states of the internal combustion engine 1. If the control device 15 now due to a target-actual comparison of the conversion rate a
  • the controller 15 may additionally perform a corresponding adaptation of the injection duration map 20 to the changed injection pressure.
  • the adapted injection duration characteristic map 20 can be used as before in all operating states of the internal combustion engine 1, although the target actual deviation of the conversion rate has been determined only for a single, predetermined operating state, namely preferably full load operation.

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Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine zugehörige Brennkraftmaschine.
Moderne Brennkraftmaschinen weisen eine Kraftstoffeinspritzanlage mit wenigstens einem Injektor je Brennraum der Brennkraftmaschine auf. Der jeweilige Injektor ist üblicherweise ein Nadelventil, das sich durch ein nadeiförmiges Ventilglied zum Steuern von Einspritzlöchern auszeichnet. Über die Auswahl der Anzahl an Einspritzlöchern je Injektor sowie über die Auswahl der Geometrie der Einspritzlöcher, wie Lochquerschnitt und Lochlänge, lässt sich die Kraftstoffeinspritzung beeinflussen. Vorteilhaft sind dabei kleine Lochquerschnitte, da dies die Zerstäubungswirkung beim Einspritzvorgang verbessert und kleinere, schneller verdampfende Kraftstofftröpfchen erzeugt. Je kleiner jedoch die Lochquerschnitte sind, desto größer ist die Gefahr einer Verkokung der Einspritzlöcher. Durch die Verkokung der Injektoren im Bereich der Einspritzlöcher nimmt der durchströmbare Querschnitt der Einspritzlöcher ab, was die Menge des eingespritzten Kraftstoffs je Einspritzvorgang beeinflusst, nämlich reduziert. In der Folge verändert sich der Verbrennungsprozess, was sich auf den Betriebszustand der Brennkraftmaschine auswirkt. Zum einen kann die Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlaufbereich, unruhig laufen. Zum anderen ändert sich der energetische Wirkungsgrad, der
Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen.
Aus der DE 10 2005 034 449 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Verkokung an Einspritzdüsen in Brennräumen von Brennkraftmaschinen bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass in einem vorgebbaren Betriebspunkt der Einspritzung von Kraftstoff in eine unverschmutzte Einspritzdüse mindestens ein Zylinderdruckverlauf- Kriterium bzw. mindestens ein thermodynamisches Kriterium in einem Ursprung zu einem vorgebbaren Zeitpunkt (Ursprungszeitpunkt) gemessen wird und in demselben Betriebspunkt das mindestens eine gemessene Kriterium des Zylinderdruckverlaufs bzw. des thermodynamischen Verlaufs derselben Einspritzdüse zu einem vorgebbaren
Zeitpunkt zu Diagnosezwecken (Diagnosezeitpunkt) gemessen wird, wobei der zum Diagnosezeitpunkt gemessene Wert zur Erkennung von Verkokungen mit dem im
Ursprungszeitpunkt gemessenen Wert verglichen wird.
Ein geeignetes Zylinderdruckverlauf-Kriterium ist bspw. ein maximaler
Zylinderdruckanstieg je Arbeitsspiel im Ursprungszeitpunkt und im Diagnosezeitpunkt. Ein weiteres Zylinderdruckverlauf-Kriterium ist bspw. ein Mitteldruck, der je Arbeitsspiel aus dem Zylinderdruckverlauf berechenbar ist. Ein geeignetes thermodynamisches Kriterium ist bspw. ein Niveau eines Plateaus eines integralen Heizverlaufs je Arbeitsspiel zwischen der Verbrennung einer Vor- und Haupteinspritzung. Ein weiteres thermodynamisches Kriterium ist bspw. eine Winkellage des 5% Energieumsatzpunktes je Arbeitsspiel oder alternativ eine Winkellage eines Minimums des Heizverlaufs je Arbeitsspiel. Die
Erkennung der Verkokung soll im Rahmen einer On-Board-Diagnose erfolgen und im Falle einer festgestellten Verkokung ein entsprechendes Fehlersignal generieren und ggf. über eine Warneinrichtung signalisiert werden. Hierdurch ist es bspw. möglich, im Falle einer Verkokung die Einspritzdüsen reinigen zu lassen, um für die Brennkraftmaschine wieder einen ordnungsgemäßen Betrieb zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren bzw. für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Auswirkungen einer Verkokung des jeweiligen Injektors auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine reduziert sind.
Dieses Problem wird bei der vorliegenden Erfindung insbesondere durch die
Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Vorhandensein einer
Verkokung zu erkennen, um im Falle einer Verkokung die Kraftstoffeinspritzanlage so zu adaptieren, dass ein Einfluss der Verkokung auf den Verbrennungsvorgang im jeweiligen Brennraum reduziert bzw. eliminiert wird. Mit anderen Worten, die Verkokung der
Injektoren wird überwacht und die Kraftstoffeinspritzanlage wird abhängig von der ermittelten Verkokung so adaptiert, dass die nachteiligen Folgen der Verkokung eliminiert oder zumindest reduziert sind. Im einzelnen schlägt die Erfindung hierzu insbesondere vor, während eines
vorbestimmten Betriebszustands der Brennkraftmaschine für wenigstens einen
Brennraum eine Ist-Umsatzrate des mit dem jeweiligen Injektor in diesen Brennraum eingespritzten Kraftstoffs während eines Verbrennungsvorgangs zu ermitteln.
Anschließend kann diese Ist-Umsatzrate mit einer Soll-Umsatzrate verglichen werden, die für den vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegeben ist. Sofern eine Soll-Ist-Abweichung auftritt, kann nun abhängig von dieser Soll-Ist-Abweichung wenigstens ein Einspritzparameter der Kraftstoffeinspritzanlage zur Reduzierung der Soli- Ist-Abweichung adaptiert werden. Das bedeutet, dass die Adaption der
Kraftstoffeinspritzanlage mit der Zielsetzung erfolgt, dass die in einem früheren
Verbrennungsvorgang auftretende Soll-Ist-Abweichung der Umsatzrate bei einem späteren Verbrennungsvorgang reduziert und bestenfalls eliminiert ist, also innerhalb tolerierbarer Grenzen liegt. Dieser Vorgang kann bspw. nach Art einer Regelung bzw. nach Art eines geschlossenen Regelkreises realisiert sein.
Die Soll-Umsatzrate, die für den Soll-Ist-Vergleich herangezogen wird, kann bspw. im Rahmen einer Referenzmessung bei neuen Injektoren ermittelt werden.
Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die Umsatzrate des im Brennraum während eines Verbrennungsvorgangs umgesetzten Kraftstoffs zumindest im
vorbestimmten Betriebszustand eine signifikante Korrelation zur eingespritzten
Kraftstoffmenge bzw. zum Massenstromverlauf des eingespritzten Krafftstoffs besitzt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist jedoch für den vorbestimmten Betriebszustand vergleichsweise exakt vorgegeben, nämlich durch die hierfür relevanten
Einspritzparameter, wie z. B. Lochquerschnitt, Lochanzahl, Einspritzdruck und
Öffnungszeitdauer während des Einspritzvorgangs. Über eine Soll-Ist-Abweichung der Umsatzrate kann somit vergleichsweise genau auf eine Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge geschlossen werden. Die Erfindung nutzt nun außerdem die Überlegung, dass sich durch eine Verkokung am jeweiligen Injektor im Wesentlichen nur der effektive Lochquerschnitt, also der zur Durchströmung vorhandene Querschnitt, verändern kann, während die übrigen Einspritzparameter im Wesentlichen von einer Verkokung nicht betroffen sind. Folglich lässt eine reduzierte Kraftstoffmenge auf eine Verkokung der Einspritzlöcher schließen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es insbesondere möglich, über einen
verlängerten Zeitraum in der Lebensdauer der Brennkraftmaschine nahezu konstante Verbrennungseigenschaften zu erzielen, da sich die Kraftstoffeinspritzanlage automatisch an den Grad der Verkokung der Injektoren anpasst. Dies gilt nicht nur für eine
zunehmende Verkokung. Vielmehr kann auch eine abnehmende Verkokung durch den Soll-Ist-Vergleich der Umsatzrate und Anpassung des jeweiligen Einspritzparameters adaptiert werden. Eine abnehmende Verkokung kann bspw. dann auftreten, wenn sich Verkokungsrückstände von den Einspritzlöchern ablösen, bspw. aufgrund thermischer Dehnungseffekte, Erschütterungen und dergleichen. Da sich die Verkokung der
Einspritzlöcher aufgrund der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kompensieren lässt, lassen sich auch sehr kleine und kleinste Düsenlochgeometrien verwenden. Hierdurch kann bspw. die Rohemission der Brennkraftmaschine verbessert werden. Ferner kann dadurch eine Abgasnachbehandlung verbessert werden. Auch kommt es dann zu einer reduzierten Ölverdünnung durch geringere Kraftstoffanlagerung an Brennraumwänden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann als vorbestimmter Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine verwendet werden. Diese Ausführungsform beruht auf der Überlegung, dass gerade im Volllastbetrieb eine direkte Korrelation zwischen Umsatzrate und Kraftstoffmenge je Verbrennungsvorgang vorliegt. Bspw. sind im Volllastbetrieb störende Einflüsse, wie z. B. eine hohe Abgasrückführrate und/oder eine stöchiometrische Luftzuführung, reduziert. Selbstverständlich kann auch ein Betriebspunkt in der Teillast als vorbestimmter Betriebszustand verwendet werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Ist-Umsatzrate während eines vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereichs ermittelt werden. Diese
Ausführungsform beruht auf der Überlegung, dass es zur Ermittlung der Umsatzrate nicht zwingend erforderlich ist, den gesamten Kurbelwellenwinkelbereich des dem
Verbrennungsvorgang zugeordneten Arbeitsspiels des den Brennraum enthaltenden Zylinders zu überwachen. Hierdurch kann die Ermittlung der Ist-Umsatzrate schneller durchgeführt werden, was die Auswertung und die Adaption der Kraftstoffeinspritzanlage verbessert.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Ist-Umsatzrate anhand eines Druckverlaufs ermittelt werden, der im jeweiligen Brennraum während des
Verbrennungsvorgangs gemessen wird. Es ist klar, dass die Brennkraftmaschine hierzu mit einer entsprechenden, geeigneten Druckmesssensorik ausgestattet sein kann, mit der es insbesondere möglich ist, den Druck innerhalb des jeweiligen Brennraums zu messen. Der Druckverlauf im Brennraum korreliert mit der während des Verbrennungsvorgangs freigesetzten chemischen Energie, also dem Umsatz bzw. der Umsatzrate des eingespritzten Kraftstoffs. Diese wiederum korreliert mit der eingespritzten
Kraftstoffmenge. Somit lässt sich über den zeitaufgelösten Druckverlauf die eingespritzte Kraftstoffmenge ermitteln.
Besonders zweckmäßig ist nun eine Ausführungsform, bei welcher als Einspritzparameter ein dem jeweiligen Injektor bereitgestellter Einspritzdruck adaptiert wird. Diese
Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen das Produkt aus dem zur Verfügung stehenden, durchströmbaren
Querschnitt der Einspritzlöcher, der Einspritzzeitdauer und dem zur Verfügung stehenden Einspritzdruck ist. Um bei einer reduzierten Ist-Umsatzrate, die einer reduzierten
Kraftstoffmenge entspricht, die Auswirkung der Verkokung zu reduzieren, wird somit der Einspritzdruck erhöht. Auf diese Weise kann der durch die Verkokung reduzierte durchströmbare Querschnitt der Einspritzlöcher ausgeglichen werden. Zweckmäßig bleibt dabei die Einspritzzeitdauer konstant. Zur Kompensation der Verkokung wird
erfindungsgemäß somit nur ein einziger Parameter, nämlich der Einspritzdruck variiert, sodass die Adaption der Kraftstoffeinspritzanlage besonders einfach realisierbar ist.
Bei einer Kraftstoffeinspritzanlage, die mit mindestens einer gemeinsamen
Druckversorgungsleitung, sog.„Common-Rail", arbeitet, an welche mehrere Injektoren angeschlossen sind, kann der Einspritzdruck durch Variieren des Kraftstoffdrucks in dieser Druckversorgungsleitung variiert werden. Mit anderen Worten, bei einem
Common-Rail-System wird der Raildruck variiert, um die gewünschte Adaption der Kraftstoffeinspritzanlage zu erzielen. Der Raildruck, also der Kraftstoffdruck in der jeweiligen gemeinsamen Druckversorgungsleitung kann bspw. durch eine entsprechende Ansteuerung einer der jeweiligen Druckversorgungsleitung vorgeschalteten
Kraftstoffhochdruckpumpe realisiert werden.
Im Unterschied dazu kann bei einer Kraftstoffeinspritzanlage, die mit einer
Kraftstoffpumpe je Injektor arbeitet, sog.„Pumpe-Düse-System", kann der Einspritzdruck durch Variieren eines mit der jeweiligen Kraftstoffpumpe erzeugten Pumpendrucks variiert werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein Spritzdauerkennfeld, das allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine Einspritzzeitdauern zuordnet, abhängig vom geänderten Einspritzdruck adaptiert werden. Ein derartiges Spritzdauerkennfeld ordnet allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die jeweils erforderliche
Kraftstoffmenge zu, indem es bei konstantem Einspritzdruck die zur Erzielung der gewünschten Einspritzmenge erforderliche Einspritzzeitdauer zuordnet. Durch die hier vorgeschlagene Adaption des Einspritzdrucks abhängig von der Verkokung bzw.
abhängig vom Soll-Ist-Vergleich der Umsatzrate, verändert sich ein wesentlicher
Parameter zur Berechnung bzw. Auslegung des Spritzdauerkennfelds, nämlich der Einspritzdruck.
Durch eine geeignete Adaption des Spritzdauerkennfelds an dem geänderten
Einspritzdruck, bspw. durch die Berücksichtigung eines vom geänderten Einspritzdruck abhängigen Korrekturfaktors, ist es möglich, für alle Betriebszustände der
Brennkraftmaschine die Einspritzzeitdauern zu adaptieren, obwohl die Soll-Ist- Abweichung der Umsatzrate vorzugsweise nur für einen einzigen vorbestimmten
Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt worden ist. Hierdurch ergibt sich ein enormer Vorteil für die Adaption der Steuerung der Brennkraftmaschine.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können während des vorbestimmten Betriebszustands mehrere Ist-Umsatzraten erfasst werden, wobei zum Bestimmen der Soll-Ist-Abweichung dann eine mittlere Ist-Umsatzrate mit der vorgegebenen Soll- Umsatzrate verglichen wird. Hierdurch kann entweder für alle Injektoren eine
gemeinsame mittlere Ist-Umsatzrate ermittelt werden oder für jeden einzelnen Injektor kann eine gemittelte Ist-Umsatzrate ermittelt werden. Die ermittelten Ist-Umsatzraten besitzen dann eine höhere Zuverlässigkeit.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Adaption des wenigstens einen
Einspritzparameters global für alle Injektoren der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass eine Verkokung bei allen Injektoren im Wesentlichen gleichermaßen auftritt. Die Realisierung einer derartigen Ausführungsform ist vergleichsweise einfach. In diesem Fall kann auch die Ist- Umsatzrate zweckmäßig für alle Injektoren gemittelt werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Adaption des wenigstens einen
Einspritzparameters lokal für den jeweiligen Injektor, also individuell durchgeführt werden. In diesem Fall wird eine individuelle Verkokung je Injektor berücksichtigt. In diesem Fall erfolgt auch die Erfassung der Ist-Umsatzrate individuell für den jeweiligen Injektor.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, die bspw. in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, umfasst eine Kraftstoffeinspritzanlage, die für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine zumindest einen Injektor aufweist. Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung ausgestattet, die so ausgestaltet bzw. programmiert ist, dass sie das vorstehend beschriebene Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine durchführen kann. Hierzu kann die Steuereinrichtung zweckmäßig mit den Injektoren bzw. mit geeigneten Drucksensoren bzw. mit wenigstens einer Kraftstoffpumpe gekoppelt sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine.
Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 , die bspw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, mehrere Zylinder 2, die jeweils einen Brennraum 3 umschließen. Im jeweiligen Zylinder 2 ist ein hier nicht erkennbarer Kolben hubverstellbar angeordnet. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Kraftstoffeinspritzanlage 4 ausgestattet, die im gezeigten, bevorzugten Beispiel als Common-Rail-System ausgestaltet ist. Die Kraftstoffeinspritzanlage 4 weist für jeden Brennraum 3 einen Injektor 5 auf, der mit einem Injektorende 6, das mehrere, hier nicht gezeigte Einspritzlöcher aufweist, in den jeweiligen, zugeordneten Brennraum 3 hineinragt. Alle Injektoren 5 sind an eine gemeinsame Druckversorgungsleitung 7 angeschlossen, sog.„Rail" oder„Common-Rail". Eine Kraftstoffhochdruckpumpe 8 ist druckseitig an die Druckversorgungsleitung 7 angeschlossen und erzeugt einen Kraftstoff druck in der Druckversorgungsleitung 7, der dem Einspritzdruck der Injektoren 5 entsprechen kann. Die einzelnen Injektoren 5 können bei speziellen Ausführungsformen auch sog. Druckübersetzer beinhalten, die den über die Druckversorgungsleitung 7 bereitgestellten Kraftstoffdruck in einen deutlich höheren Ein- spritzdruck übersetzen können. Da die Druckübersetzer nur eine relative Druckverstärkung wirken, führt eine Variation des Kraftstoffdrucks in der Druckversorgungsleitung 7 zu einer proportionalen Variation des Einspritzdrucks am jeweiligen Injektor 5. Zur vereinfachten Darstellung werden hier Injektoren 5 ohne derartigen Druckübersetzer betrachtet, sodass der Kraftstoffdruck in der Druckversorgungsleitung 7 dem Einspritzdruck des Injektors 5 entspricht.
Von den Injektoren 5 nicht benötigter Kraftstoff wird über eine Drossel 9 und eine Rücklaufleitung 10 einem Kraftstofftank 11 zugeführt, von dem im Beispiel eine Vorlaufleitung 12 zur Hochdruckpumpe 8 führt. Bei anderen Konfigurationen können weitere Pumpen, Ventilmittel und dergleichen vorhanden sein.
Die Brennkraftmaschine 1 ist mit mehreren Zylinderdrucksensoren 13 ausgestattet, wobei je Zylinder 2 ein derartiger Zylinderdrucksensor 13 vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Druck im Brennraum 3 des jeweiligen Zylinders 2 gemessen werden kann. Im Beispiel ist außerdem ein Leitungsdrucksensor 14 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Druck in der Druckversorgungsleitung 7 gemessen werden kann.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Steuereinrichtung 15 ausgestattet. Diese ist über Steuerleitungen 16 mit den Injektoren 5, über einer Steuerleitung 17 mit der Hochdruckpumpe 8, über Signalleitungen 18 mit den Zylinderdrucksensoren 13 und über eine Signalleitung 19 mit dem Leitungsdrucksensor 14 elektrisch verbunden. Die Steuereinrichtung 15 kann somit die Injektoren 5 und die Hochdruckpumpe 8 ansteuern. Ferner empfängt sie die Druckmesssignale der Zylinderdrucksensoren 13 sowie des Leitungsdrucksensors 14. Des Weiteren kennt die Steuerung 15 den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 15 mit einem entsprechenden Motorsteuergerät gekoppelt sein. Ebenso ist es möglich, die Steuereinrichtung 15 zumindest teilweise hardwaremäßig in das Motorsteuergerät zu integrieren und/oder zumindest teilweise softwaremäßig in das Motorsteuergerät zu implementieren.
Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 1 kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 15 wie folgt betrieben werden:
Während eines vorbestimmten Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 , vorzugsweise bei Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 , kann mit Hilfe der Zylinderdrucksensoren 13 der zeitliche Druckverlauf innerhalb der Brennräume 3 während des jeweiligen Verbrennungsvorgangs ermittelt werden. Aus dem Druckverlauf im jeweiligen Brennraum 3 während eines vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereichs kann eine Ist-Umsatzrate des mit dem jeweiligen Injektor 5 in den jeweiligen Brennraum 3 eingespritzten Kraftstoffs während des Verbrennungsvorgangs ermittelt werden. Die so ermittelte Ist-Umsatzrate kann nun mit einer Soll-Umsatzrate verglichen werden, die für den vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben bzw. bekannt ist. Diese Soll- Umsatzrate kann bspw. während des vorbestimmten Betriebszustands im Rahmen einer Referenzmessung, die zweckmäßig mit neuen Injektoren 5 durchgeführt wird, ermittelt worden sein.
Durch einen Soll-Ist-Vergleich der Umsatzrate kann nun eine Soll-Ist-Abweichung ermittelt werden. Abhängig von dieser Soll-Ist-Abweichung kann nun zumindest ein Einspritzparameter der Kraftstoffeinspritzanlage 4 adaptiert werden, derart, dass sich eine Reduzierung der Soll-Ist-Abweichung einstellt. Bspw. kann die Steuereinrichtung 15 den Einspritzdruck adaptieren, der den Injektoren 5 für die Durchführung der Kraftstoffeinspritzung zur Verfügung steht. Im Einzelnen kann die Steuereinrichtung 15 hierzu die Hochdruckpumpe 8 zum Erzeugen eines erhöhten Kraftstoffdrucks ansteuern. Auf diese Weise lässt sich die Soll-Ist-Abweichung der Umsatzrate minimieren, sodass im besten Fall über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine 1 nahezu konstante Verbrennungseigenschaften gewährleistet werden können.
Die Steuereinrichtung 15 hat zweckmäßig Zugriff auf ein Spritzdauerkennfeld 20, das allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 Einspritzzeitdauern zuordnet. Falls die Steuereinrichtung 15 nun aufgrund eines Soll-Ist- Vergleichs der Umsatzrate eine
Adaption des Einspritzdrucks durchführt, kann die Steuereinrichtung 15 zusätzlich eine entsprechende Adaption des Spritzdauerkennfelds 20 an den geänderten Einspritzdruck durchführen. In der Folge kann das adaptierte Spritzdauerkennfeld 20 wie zuvor bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 zur Anwendung kommen, obwohl die Soll- Ist-Abweichung der Umsatzrate nur für einen einzigen, vorbestimmten Betriebszustand, nämlich vorzugsweise den Volllastbetrieb ermittelt worden ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1 ), insbesondere eines
Kraftfahrzeugs,
- wobei die Brennkraftmaschine (1 ) eine Kraftstoffeinspritzanlage (4) mit
wenigstens einem Injektor (5) je Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1 ) aufweist,
bei dem während eines vorbestimmten Betriebszustands der
Brennkraftmaschine (1 ) für wenigstens einen Brennraum (3) eine Ist-Umsatzrate des mit dem jeweiligen Injektor (5) in diesen Brennraum (3) eingespritzten Kraftstoffs während eines Verbrennungsvorgangs ermittelt wird,
bei dem die Ist-Umsatzrate mit einer Soll-Umsatzrate verglichen wird, die für den vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1 ) vorgegeben ist, bei dem abhängig von einer ermittelten Soll-Ist-Abweichung wenigstens ein Einspritzparameter der Kraftstoffeinspritzanlage (4) zur Reduzierung der Soll- Ist-Abweichung adaptiert wird und
als vorbestimmter Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1 ) ein
Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (1 ) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ist-Umsatzrate während eines vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereichs ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ist- Um satzrate anhand eines Druckverlaufs ermittelt wird, der im jeweiligen Brennraum (3) während des Verbrennungsvorgangs gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Einspritzparameter ein dem jeweiligen Injektor (5) bereitgestellter Einspritzdruck adaptiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Kraftstoffeinspritzanlage (4), die mit mindestens einer
gemeinsamen Druckversorgungsleitung (7) arbeitet, an welche mehrere Injektoren (5) angeschlossen sind, der Einspritzdruck durch Variieren des Kraftstoffdrucks in der Druckversorgungsleitung (7) variiert wird, oder dass bei einer Kraftstoffeinspritzanlage (4), die mit einer Kraftstoffpumpe je Injektor (5) arbeitet, der Einspritzdruck durch Variieren eines mit der jeweiligen Kraftstoffpumpe erzeugten Pumpendrucks variiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Spritzdauerkennfeld (20), das allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine (1 ) Einspritzzeitdauern zuordnet, abhängig vom geänderten Einspritzdruck adaptiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
während des vorbestimmten Betriebszustands mehrere Ist-Umsatzraten erfasst werden, wobei zum Bestimmen der Soll-Ist-Abweichung eine mittlere Ist-Umsatzrate mit der Soll-Umsatzrate verglichen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Adaption des wenigstens einen Einspritzparameters global für alle Injektoren (5) der Brennkraftmaschine (1 ) durchgeführt wird, oder dass die Adaption des wenigstens einen Einspritzparameters lokal für den jeweiligen Injektor (5) individuell durchgeführt wird.
9. Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
- mit einer Kraftstoffeinspritzanlage (4), die für jeden Brennraum (3) der
Brennkraftmaschine (1 ) wenigstens einen Injektor (5) aufweist,
- mit einer Steuereinrichtung (15) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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