DE10018050A1

DE10018050A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10018050A1
Application number: DE10018050A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Jens Wolber; Thomas Frenz; Hansjoerg Bochum; Markus Amler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: DE10018050C2; FR2808051B1; JP2001355490A; FR2808051A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe (3, 7) in einen Druckspeicher (8) gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (8) über ein Einspritzventil (10) in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r) berechnet wird. Um insbesondere bei starken Druckschwankungen des Speicherdrucks (p_r) die einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Öffnungsdauer (t_i) unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r) berechnet wird.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe in einen Druckspeicher gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher über ein Einspritzventil in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit

- einem Druckspeicher,
- mindestens einer Pumpe zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher,
- einem Brennraum,
- einem Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher in den Brennraum, und
- einem Steuergerät zum Berechnen der Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch ein Steuergerät für eine solche Brennkraftmaschine.

Ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist aus der DE 195 48 278 bekannt. Dort wird ein Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes in einen Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems (CR- System) beschrieben. Bei solchen CR-Systemen wird die Öffnungsdauer der Einspritzventile in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und von dem in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet. Der Speicherdruck wird drehzahlsynchron erfasst. Der in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck muss in die Berechnung der Öffnungsdauer mit einfließen, da der Durchfluss durch die Einspritzventile abhängig ist von dem Speicherdruck.

Die Druckregelung erfolgt in einem festen Zeitraster. Zur Druckregelung wird der Speicherdruck zeitsynchron abgetastet.

Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ist es nachteilig, dass die Öffnungsdauer der Einspritzventile nicht in Abhängigkeit von einem zum Zeitpunkt der Einspritzung in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdruck, sondern in Abhängigkeit von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten berechnet wird. Im Stationärbetrieb, wo es über der Zeit nur zu geringen Änderungen des Speicherdrucks kommt, ist das Alter der gemessenen Druckwerte ohne große Auswirkung auf die berechnete Öffnungsdauer der Einspritzventile. Bei einem dynamischen Druckverlauf des Speicherdrucks können sich jedoch relativ große Unterschiede zwischen den für die Berechnung der Öffnungsdauer herangezogenen, vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten und dem während der Einspritzung in dem Druckspeicher tatsächlich herrschenden Druckwert ergeben. Bei einem dynamischen Druckanstieg ist der Speicherdruck während der Einspritzung höher als der zuvor gemessene Druckwert. Das führt dazu, dass der Durchfluss durch die Einspritzventile und letztendlich auch die in die Brennräume eingespritzte Kraftstoffmasse tatsächlich größer als berechnet ist; die Brennkraftmaschine läuft also im Übergang zu fett. Dementsprechend läuft die Brennkraftmaschine bei einem dynamischen Druckabfall im Übergang zu mager.

Deshalb ist es aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 57 971 bekannt, die Öffnungsdauer der Einspritzventile nicht anhand von vor der Einspritzung gemessenen Druckwerten zu berechnen, sondern ausgehend von mindestens zwei gemessenen Druckwerten einen zukünftigen Druckwert, genauer gesagt einen extrapolierten Druckwert für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns, zu ermitteln und diesen extrapolierten Druckwert dann der Berechnung der Öffnungsdauer der Einspritzventile zu Grunde zu legen.

Insbesondere wird bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Einfluss der Druckregelung in dem Druckspeicher nicht berücksichtigt. Der Einfluss der Druckregelung auf den tatsächlichen Speicherdruck (p_r) ist zur Veranschaulichung in Fig. 4 dargestellt. Der tatsächliche Speicherdruckverlauf (p_r) schwingt mehr oder weniger stark um den Solldruck (p_soll), der in Fig. 4 als konstant angenommen wird. Während der Messung von drei aufeinander folgenden Druckwerten (drei X auf der Kurve des Speicherdrucks p_r in Fig. 4) steigt der Speicherdruck stetig an, bis die Regelung erkennt, dass der Sollwert (p_soll) überschritten ist, und dagegen regelt. Infolge des Reglereingriffes ist der dann zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns (t_esb) tatsächlich in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck (p_real) deutlich kleiner als der mittels Extrapolation nach dem bekannten Verfahren ermittelte Druckwert (p_extra). Bei der Berechnung der Öffnungsdauer wird das Steuergerät fälschlicherweise von einem zu hohen Speicherdruck ausgehen.

Des weiteren finden die periodischen Druckpulsationen in dem Druckspeicher bei dem bekannten Verfahren keine Berücksichtigung. Das Pulsationsmuster (vgl. Fig. 5) ist abhängig von dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten in dem eingesetzten Kraftstoffzumesssystem, insbesondere von der eingesetzten Hochdruckpumpe (HDP). Bei einer Förderung (F) von Kraftstoff in den Druckspeicher durch die Hochdruckpumpe steigt der Speicherdruck an. Bei einer Einspritzung (E) von Kraftstoff in einen der Brennräume der Brennkraftmaschine sinkt der Speicherdruck. Wenn die Hochdruckpumpe während der Messung von drei Druckwerten (drei X auf der Kurve des Speicherdruckverlaufs (p_r) in Fig. 4) fördert, d. h. der Speicherdruck (p_r) ansteigt, ist der dann zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns (t_esb) tatsächlich in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck (p_real) deutlich kleiner als der mittels Extrapolation nach dem bekannten Verfahren ermittelte Druckwert (p_extra). Auch in diesem Fall wird das Steuergerät bei der Berechnung der Öffnungsdauer fälschlicherweise von einem zu hohen Speicherdruck ausgehen.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine Fehler der in die Brennräume eingespritzten Kraftstoffmasse zu reduzieren, um dadurch den Kraftstoffverbrauch, das Emissionsverhalten und die Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vor, dass die Öffnungsdauer unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks berechnet wird.

Die Qualität des Pulsationsmusters ist abhängig von der in dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine eingesetzten Pumpen (üblicherweise eine Hochdruckpumpe (HDP)), durch die Kraftstoff aus einem Niederdruckkreis mit einem hohen Druck in den Druckspeicher gefördert wird. Es sind insbesondere 1-Zylinder-HDP und 3-Zylinder-HDP bekannt, wobei die Position und Ausrichtung der einzelnen Zylinder bei den 3-Zyl.-HDP unterschiedlich sein kann. Des weiteren ist die Qualität abhängig von der Anzahl der Hübe der HDP pro Nockenwellenumdrehung (je mehr Hübe, desto öfter fördert die HDP). Schließlich ist die Qualität abhängig von der Anzahl der Einspritzventile bzw. der Zylinder der Brennkraftmaschine (je mehr Einspritzventile, desto öfter wird eingespritzt).

Die Quantität des Pulsationsmusters ist abhängig von dem Volumen des Druckspeichers, einschließlich aller Zu- und Ableitungen, die unter Hochdruck stehen. Des weiteren ist die Quantität abhängig von der Masse des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs. Eine 1-Zyl.-HDP weist üblicherweise ein Mengensteuerventil (MSV) auf, um die von der HDP geförderte Kraftstoffmenge und damit den Speicherdruck zu regulieren. Bei einer 3-Zyl.-HDP ist dagegen in dem Druckspeicher ein Drucksteuerventil (DSV) angeordnet, über das zum Druckabbau in dem Druckspeicher Kraftstoff aus dem Druckspeicher zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter fließen kann. Die Quantität des Pulsationsmusters hängt schließlich auch von dem Volumenstrom durch das DSV ab.

Das Pulsationsmuster für das jeweilige Kraftstoffzumesssystem ist üblicherweise bekannt. Falls es nicht bekannt ist, kann es auf einfache Weise durch Messung des Speicherdruckverlaufs während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufgenommen werden. Mit Hilfe der Pulsationsmuster kann der tatsächliche in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck zum Zeitpunkt der Einspritzung, vorzugsweise zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns, besonders genau angenähert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Öffnungsdauer der Einspritzventile besonders genau berechnet werden, was wiederum zu einer deutlichen Verbesserung das Emissionsverhaltens, der Geräuschentwicklung und des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine führt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Speicherdruck vor der Einspritzung gemessen wird und der gemessene Speicherdruck unter Berücksichtigung des Pulsationsmusters des Speicherdrucks korrigiert wird. Der gemessene Speicherdruck entspricht in etwa dem in dem Druckspeicher herrschenden mittleren Speicherdruck.

Um den gemessenen Speicherdruck unter Berücksichtigung des Pulsationsmusters korrigieren zu können, ist es wichtig zu wissen, wann genau die Einspritzung erfolgen soll. Deshalb wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass der gemessene Speicherdruck in Abhängigkeit davon korrigiert wird, ob die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung nach einer Förderung der mindestens einen Pumpe, als zweite und jede weitere Einspritzung nach einer Förderung der mindestens einen Pumpe oder während einer Förderung der mindestens einen Pumpe erfolgt. Die mindestens eine Pumpe ist vorzugsweise als eine Hochdruckpumpe (HDP) des Kraftstoffzumesssystems ausgebildet.

Falls die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum die erste Einspritzung nach einer Förderung der mindestens einen Pumpe ist, wird

- aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher enthaltene Kraftstoffmasse m_r ermittelt, wobei
ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs,
ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs,
V_r das Volumen des Druckspeichers und
p_0 der Umgebungsdruck ist;
- ein oberer Wert des Speicherdrucks anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_ES ermittelt, wobei
m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
- anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks ermittelt.

Falls die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum die zweite oder jede weitere Einspritzung nach einer Förderung der mindestens einen Pumpe ist, wird

- aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher enthaltene Kraftstoffmasse
m_r ermittelt, wobei
ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs,
ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs,
V_r das Volumen des Druckspeichers und
p_0 der Umgebungsdruck ist;
- ein unterer Wert des Speicherdrucks anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r - m_ES ermittelt, wobei
m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
- anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks ermittelt.

Falls schließlich die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum während einer Förderung der mindestens einen Pumpe erfolgt, wird

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, des Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only-Memory (ROM) oder ein Flash-Memory.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von der Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät die Öffnungsdauer unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks berechnet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Druckspeicher als ein Hochdruckspeicher eines Common-Rail(CR)- Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil als ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einem CR-Einspritzsystem ist es vorteilhaft, die Öffnungsdauer der Hochdruckeinspritzventile bei dynamischen Druckschwankungen des Speicherdrucks anhand von korrigierten Druckwerten zu berechnen, die den Speicherdruck während der Einspritzung charakterisieren. Die mindestens eine Pumpe des Kraftstoffzumesssystems umfaßt vorzugsweise eine 1- Zylinder-Hochdruckpumpe (HDP).

Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend von dem Steuergerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät die Öffnungsdauer unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks berechnet.

Zeichnungen

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von Ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftstoffzumesssystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;

Fig. 2 beispielhafte Verläufe des Speicherdrucks in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems gemäß Fig. 1 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 einen beispielhaften Verlauf des Speicherdrucks in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems gemäß Fig. 1 zur Erläuterung eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens; und

Fig. 5 einen weiteren beispielhaften Verlauf des Speicherdrucks in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems gemäß Fig. 1 zur Erläuterung des bekannten Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Kraftstoffzumesssystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Kraftstoffzumesssystem 1 wird üblicherweise als Common-Rail (CR)- Kraftstoffeinspritzsystem bezeichnet.

Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet, der mit einer Vorförderpumpe 3 in Verbindung steht. Von der Vorförderpumpe 3 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung 4 zu einem Zumessventil 5. Die Leitung 4 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 6 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung. Das Zumessventil 5 steht über eine Hochdruckpumpe 7 mit einem Hochdruckspeicher 8 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 7 ist als eine 1-Zylinder-Pumpe ausgebildet. Die nachfolgenden Ausführungen können jedoch ohne weiteres auch auf 3- Zylinder-Pumpen oder andere Hochdruckpumpen übertragen werden. Der Hochdruckspeicher 8 ist als eine Hochdruckspeicherleitung (Rail) ausgebildet. Der Hochdruckspeicher 8 steht über Kraftstoffleitungen 9 mit Hochdruckeinspritzventilen 10 (sog. Injektoren) in Verbindung. Der Hochdruckspeicher 8 steht über ein Druckbegrenzungsventil 11 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 in Verbindung. Das Zumessventil 5 ist mittels einer Spule 12 ansteuerbar.

Der Bereich des Kraftstoffzumesssystems 1 zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 7 und dem Eingang des Druckbegrenzungsventils 11 wird als Hochdruckbereich bezeichnet. Der Druck in dem Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 13 erfasst. Der Bereich des Kraftstoffzumesssystems 1 zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 und der Hochdruckpumpe 7 wird als Niederdruckbereich bezeichnet.

Mit 14 ist ein Steuergerät der Brennkraftmaschine bezeichnet, das auch das Kraftstoffzumesssystem 1 steuert. Das Steuergerät 14 beaufschlagt die Hochdruckeinspritzventile 10 mit Ansteuersignalen A und steuert die Spule 12 des Zumessventils 5 an. Hierzu wird das Ausgangssignal p_r des Drucksensors 13 und verschiedene Ausgangssignale n von weiteren Sensoren 15, wie bspw. eines Drehzahlsensors, ausgewertet.

Das Kraftstoffzumesssystem 1 arbeitet wie folgt: Zunächst wird Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 von der Vorförderpumpe 3 gefördert. Sobald der Druck in dem Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte ansteigt, öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 6 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 3 und dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 frei.

Die Hochdruckpumpe 7 fördert den Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 7 baut in dem Hochdruckspeicher 8 einen hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei einem Kraftstoffzumesssystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine Druckwerte von etwa 30 bis 200 bar und bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar in dem Hochdruckspeicher 8 erzielt. Über die Hochdruckeinspritzventile 10 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Brennräumen in den Zylindern der Brennkraftmaschine zugemessen werden.

Durch das Zumessventil 5 kann der Druck in dem Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der Spule 12 anliegenden Spannung bzw. von dem durch die Spule 12 fließenden Strom stellt das Zumessventil 5 unterschiedliche Fördermengen der Hochdruckpumpe 7 zur Verfügung.

Zur Regelung des Speicherdrucks p_r in dem Hochdruckbereich können auch weitere Stellglieder eingesetzt werden. Dies sind alternativ zu dem Zumessventil 5 eine in der Fördermenge verstellbare elektrische Vorförderpumpe oder ein Druckbegrenzungsventil, das ebenfalls mittels einer Spule ansteuerbar ist.

Die Ansteuersignale A für die Hochdruckeinspritzventile 10 sind abhängig von dem Speicherdruck p_r und von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird über die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 eingestellt. Da der Durchfluss durch die geöffneten Einspritzventile 10 von dem Speicherdruck p_r in dem Hochdruckspeicher 8 abhängt, muss dieser in die Berechnung der Öffnungsdauer t_i mit einfließen. Die Berechnung der Ansteuersignale A erfolgt drehzahlabhängig mit variablem Zeitabstand. Der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Berechnungen hängt von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine ab. Die Berechnung des Ansteuersignals für das Zumessventil 5 erfolgt in einem festen Zeittakt.

Nach dem Stand der Technik wird die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10, d. h. das Ansteuersignal A, unmittelbar aus gemessenen Druckwerten p_r berechnet. Da die Einspritzung theoretisch schon zu relativ frühen Zeitpunkten (bspw. bei 240° vor dem oberen Totpunkt (OT) der Zündphase) erfolgen kann, muss die für eine Einspritzung berechnete Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 bereits zu diesem frühen Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Das hat jedoch zur Folge, dass bei einer relativ späten Einspritzung (bspw. bei 340° vor Zünd-OT) die berechnete Öffnungsdauer t_i für die Hochdruckeinspritzventile 10 auf der Grundlage relativ alter gemessener Druckwerte p_r erfolgte.

Um die über die Hochdruckeinspritzventile 10 in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst genau bestimmen zu können, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Öffnungsdauer t_i der Hochdruckeinspritzventile 10 auf Grundlage eines korrigierten Druckwertes p_r_korr zu berechnen. Der korrigierte Druckwert p_r_korr gibt den zum Zeitpunkt der Einspritzung in dem Hochdruckspeicher 8 tatsächlich herrschenden Speicherdruck p_r sehr genau wieder. Die Korrektur des Speicherdrucks p_r erfolgt unter Berücksichtigung eines Pulsationsmusters des Speicherdrucks p_r. Das Pulsationsmuster (vgl. Fig. 2) ist abhängig von dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten in dem eingesetzten Kraftstoffzumesssystem, insbesondere von der eingesetzten Hochdruckpumpe 7. Bei einer Förderung F von Kraftstoff in den Druckspeicher 8 durch die Hochdruckpumpe 7 steigt der Speicherdruck p_r an. Bei einer Einspritzung E von Kraftstoff in einen der Brennräume der Brennkraftmaschine sinkt der Speicherdruck p_r.

Ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 30. In einem nachfolgenden Funktionsblock 31 wird aus der Gleichung

die in dem Druckspeicher 8 enthaltene Kraftstoffmasse m_r ermittelt wird, wobei ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers 8 und p_0 der Umgebungsdruck ist und p_r der gemessene mittlere Speicherdruck.

Anschließend wird in einem Abfrageblock 32 festgestellt, ob die unmittelbar bevorstehende Einspritzung E von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine die erste Einspritzung E nach einer Förderung F der Hochdruckpumpe 7 ist, genauer gesagt, ob der Einspritzbeginn (ESB) der bevorstehenden Einspritzung E die erste Einspritzung E nach der Förderung F ist. Diese Einspritzung E ist in Fig. 2a zur Kennzeichnung mit einem Kreis umgegeben. Falls die bevorstehende Einspritzung E die erste Einspritzung E nach einer Förderung F ist, wird in einem Funktionsblock 33 ein oberer Wert des Speicherdrucks p_hoch anhand der Kompressionsgleichung

für m = m_r + m_ES ermittelt, wobei m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist. Des weiteren wird in einem nachfolgenden Funktionsblock 34 anhand der Gleichung

ein korrigierter Wert des Speicherdrucks p_r_korr ermittelt.

Falls die bevorstehende Einspritzung E nicht die erste Einspritzung E nach einer Förderung F ist, wird in einem Abfrageblock 35 überprüft, ob die unmittelbar bevorstehende Einspritzung E des Kraftstoffs in den Brennraum die zweite oder jede weitere Einspritzung E nach einer Förderung F der Hochdruckpumpe 7 ist. Diese Einspritzung E ist in Fig. 2b zur Kennzeichnung mit einem Kreis umgegeben. Falls das Abfragekriterium erfüllt ist, wird in einem Funktionsblock 36 ein unterer Wert des Speicherdrucks p_tief anhand der Kompressionsgleichung

für m = m_r - m_ES ermittelt, wobei m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist. Anschließend wird in einem Funktionsblock 37 anhand der Gleichung

ein korrigierter Wert des Speicherdrucks p_r_korr ermittelt.

Falls die bevorstehende Einspritzung E auch nicht die zweite oder jede weitere Einspritzung E nach einer Förderung F ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Einspritzung E während einer Förderung F der Hochdruckpumpe 7 erfolgt. Diese Einspritzung E ist in Fig. 2c zur Kennzeichnung mit einem Kreis umgegeben. Eine Einspritzung E während einer Förderung F führt zu einer Veränderung des typischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks p_r. In Fig. 2c ist der aufgrund einer Förderung F hervorgerufene übliche Verlauf des Pulsationsmuster gestrichelt dargestellt. Da jedoch gleichzeitig mit der Förderung F eine Einspritzung E erfolgt, kann sich der gestrichelt dargestellte höhere Speicherdruck nicht einstellen. In diesem Fall wird in einem Funktionsblock 38 ein oberer Wert des Speicherdrucks p_hoch anhand der Kompressionsgleichung

für m = m_r + m_ES ermittelt, wobei m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist. Anschließend wird in einem Funktionsblock 39 anhand der Gleichung

ein korrigierter Wert des Speicherdrucks p_r_korr ermittelt.

Der korrigierte Druckwert p_r_korr des Speicherdrucks wird dann in Funktionsblock 40 zur Berechnung der Öffnungsdauer t_i der Einspritzventile 10 herangezogen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Öffnungsdauer t_i der Einspritzventile 10 besonders genau berechnet werden, was wiederum zu einer deutlichen Verbesserung das Emissionsverhaltens, der Geräuschentwicklung und des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine führt.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff durch mindestens eine Pumpe (3, 7) in einen Druckspeicher (8) gefördert und der Kraftstoff aus dem Druckspeicher (8) über ein Einspritzventil (10) in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei die Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsdauer (t_i) unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherdruck (p_r) vor der Einspritzung (E) gemessen wird und der gemessene Speicherdruck (p_r) unter Berücksichtigung des Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r) korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherdruck (p_r) in Abhängigkeit davon korrigiert wird, ob die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum als erste Einspritzung (E) nach einer Förderung der mindestens einen Pumpe (7), als zweite und jede weitere Einspritzung (E) nach einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) oder während einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass falls die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum die erste Einspritzung (E) nach einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) ist,

- aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
- ein oberer Wert des Speicherdrucks (p_hoch) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r + m_ES ermittelt wird, wobei m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
- anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass falls die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum die zweite oder jede weitere Einspritzung (E) nach einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) ist,

- aus der Gleichung
die in dem Druckspeicher (8) enthaltene Kraftstoffmasse (m_r) ermittelt wird, wobei ε_Kr das Kompressionsmodul des einzuspritzenden Kraftstoffs, ρ_Kr die Dichte des Kraftstoffs, V_r das Volumen des Druckspeichers (8) und p_0 der Umgebungsdruck ist;
- ein unterer Wert des Speicherdrucks (p_tief) anhand der Kompressionsgleichung
für m = m_r - m_ES ermittelt wird, wobei m_ES die in den Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmasse ist; und
- anhand der Gleichung
ein korrigierter Wert des Speicherdrucks (p_r_korr) ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass falls die Einspritzung (E) des Kraftstoffs in den Brennraum während einer Förderung (F) der mindestens einen Pumpe (7) erfolgt,

7. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory (ROM) oder Flash-Memory, für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche geeignet ist.

8. Brennkraftmaschine, insbesondere direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit

- einem Druckspeicher (8),
- mindestens einer Pumpe (3, 7) zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher (8),
- einem Brennraum,
- einem Einspritzventil (10) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher (8) in den Brennraum und
- einem Steuergerät (14) zum Berechnen der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r),

dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) die Öffnungsdauer (t_i) unter Berücksichtigung eines für das Kraftstoffzumesssystem (1) typischen periodischen Pulsationsmusters des Speicherdrucks (p_r) berechnet.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (8) als ein Hochdruckspeicher eines Common-Rail(CR)- Kraftstoffeinspritzsystems und das Einspritzventil (10) als ein Hochdruckeinspritzventil ausgebildet ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpe (3, 7) eine 1-Zylinder-Hochdruckpumpe (HDP) umfasst.

11. Steuergerät (14) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit

- einem Druckspeicher (8),
- mindestens einer Pumpe (3, 7) zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher (8),
- einem Brennraum,
- einem Einspritzventil (10) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Druckspeicher (8) in den Brennraum und
- dem Steuergerät (14) zum Berechnen der Öffnungsdauer (t_i) des Einspritzventils (10) in Abhängigkeit von dem in dem Druckspeicher (8) herrschenden Speicherdruck (p_r),