DE10147814A1

DE10147814A1 - Verfahren, Computerprogramm und Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10147814A1
Application number: DE2001147814
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Jens Wolber; Thomas Frenz; Markus Amler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-05-08
Also published as: WO2003031787A1; JP4235552B2; EP1432901B1; JP2005504912A; EP1432901A1; DE50208805D1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung direkt in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Das Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wird von einem Piezoaktor bewegt. Ferner wird das Drehmoment bestimmt, welches bei der Verbrennung der bei einer Einspritzung in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird. Um das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zu optimieren, wird vorgeschlagen, dass aus dem Drehmoment eine aktuelle Ventilkennlinie (fc) der in die Brennkraftmaschine eingebauten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wenigstens näherungsweise bestimmt wird, wobei die Ventilkennlinie (fc) einen Kraftstoff-Massenstrom (Qstat), der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie (U) verknüpft.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, deren Ventilelement von einem Piezoaktor bewegt wird, direkt in mindestens einen Brennraum eingespritzt wird, und bei dem das Drehmoment bestimmt wird, welches bei der Verbrennung der bei einer Einspritzung in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird.
Ein solches Verfahren ist vom Markt her bekannt. Bei ihm wird der Kraftstoff zunächst in eine Hochdruck- Kraftstoffsammelleitung ("Rail") gefördert und in dieser unter hohem Druck gespeichert. An die Kraftstoff- Sammelleitung sind mehrere Injektoren angeschlossen, welche den Kraftstoff direkt in entsprechende Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Die Einspritzung kann so erfolgen, dass nur im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt, wohingegen im übrigen Brennraum nur wenig oder überhaupt kein Kraftstoff vorhanden ist (Betriebsart "Schicht"). In dieser Betriebsart ist die Luftzufuhr zum Brennraum im Wesentlichen vollständig entdrosselt, und das Drehmoment wird im Wesentlichen ausschließlich durch die von den Injektoren in die Brennräume eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt.
Um eine möglichst gute Laufruhe gewährleisten zu können und um das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine optimieren zu können, wird bei dem bekannten Verfahren eine sogenannte "Zylindergleichstellung" durchgeführt. Dabei wird für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine innerhalb eines Arbeitstaktes (zwei Umdrehungen der Kurbelwelle) das bei der singulären Verbrennung in dem jeweiligen Brennraum erzeugte Drehmoment ermittelt. Die Öffnungszeiten der Injektoren werden dann so verändert, dass die Drehmomentunterschiede zwischen den einzelnen Zylindern minimal werden. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen zwischen den einzelnen Injektoren ausgeglichen werden.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass Fertigungsunterschiede zwischen einzelnen Injektoren noch besser berücksichtigt werden. Auch soll das Alterungsverhalten der Injektoren berücksichtigt werden. Dies alles soll so erfolgen, dass weder das Emissionsverhalten noch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verschlechtert werden.

Diese Aufgaben werden bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass aus dem Drehmoment eine aktuelle Ventilkennlinie der in die Brennkraftmaschine eingebauten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wenigstens näherungsweise bestimmt wird, wobei die Ventilkennlinie einen Kraftstoff-Massenstrom, der von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie verknüpft.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die aktuelle Ventilkennlinie jeder individuellen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine bekannt ist. Eine solche Ventilkennlinie stellt einen Zusammenhang her zwischen jener Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung abgegeben werden soll, und der hierfür dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie. Da die Ventilkennlinie aktuell ermittelt wird, sind bei ihr die individuellen Parameter des Piezoaktors, wie beispielsweise ein altersbedingter Verschleiß, und auch Parameter der individuellen Einspritzvorrichtung, wie beispielsweise eine Veränderung der Durchlässigkeit der Austrittsöffnungen, berücksichtigt.

Ähnlich wie bei einer "Vorsteuerung" wird der individuelle Piezoaktor dieser Kraftstoff-Einspritzvorrichtung daher bereits weitgehend optimal angesteuert. Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine müsste eine nachgeschaltete Zylindergleichstellung daher nur noch in geringerem Umfange eingreifen. Eine optimale Laufruhe und ein optimales Emissionsverhalten werden bei einer Brennkraftmaschine, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, somit schnell und zuverlässig erreicht.

Dabei erfolgt die Anpassung nicht durch eine Verlängerung oder eine Verkürzung der Einspritzdauer der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, sondern durch eine Veränderung des Hubes des Piezoaktors und somit der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs beim Austritt aus der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei einem Piezoaktor der Hub des Piezoaktors von der Energie abhängt, die dem Piezoaktor zugeführt wird. Je nach Stärke der Energie ist der Hub des Piezoaktors kleiner oder größer, und je nach Hub des Piezoaktors ist die eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner oder größer.

Indem die aktuelle und individuelle Ventilkennlinie eines Piezoaktors bekannt ist, kann der Hub des Piezoaktors sehr präzise eingestellt werden. Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Einspritzdauer, also der Zeitpunkt des Beginns der Einspritzung und der Zeitpunkt des Endes der Einspritzung, ausschließlich im Hinblick auf eine optimle Verbrennung mit optimalem Emissions- und Verbrauchsverhalten ausgewählt werden.

Das erfindungsgemäße hat auch den Vorteil, dass auch ein altersbedingter Verschleiß des Piezoaktors wirkungsvoll kompensiert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ventilkennlinie immer weitgehend aktuell ist. Unter dem Begriff "aktuell" wird hier nicht verstanden, dass ständig die individuelle Ventilkennlinie bestimmt werden muss. Die Bestimmung der Ventilkennlinie soll so erfolgen, dass ein altersbedingter Verschleiß möglichst gut erfasst werden kann.

Durch die Kenntnis von der aktuellen Ventilkennlinie können Fertigungsunterschiede zwischen den einzelnen Injektoren sehr gut berücksichtigt werden. Da der Hub und somit auch der Kraftstoffstrom des individuellen Injektors dank des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr präzise eingestellt werden kann, ist das Emissionsverhalten und auch der Kraftstoffverbrauch der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brennkraftmaschine immer optimal.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Aus dem Drehmoment wird jene Kraftstoffmenge bestimmt, welche diesem Drehmoment wenigstens theoretisch zugrundeliegt, und aus dieser Kraftstoffmenge und der zugehörigen Öffnungsdauer der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung wird der entsprechende Kraftstoff- Massenstrom ermittelt;
aus dem Kraftstoff-Massenstrom und jener Ansteuerenergie des Piezoaktors, mit der die Einspritzung bewirkt wurde, welche zu dem Drehmoment führte, wird ein Wertepaar gebildet;
anhand des aus dieser Ansteuerenergie und diesem Kraftstoff-Massenstrom bestehenden Wertepaars wird für diesen Piezoaktor aus einer vorhandenen Mehrzahl von Ventilkennlinien jene Ventilkennlinie ausgewählt, die am nächsten zu diesem Wertepaar liegt.

Es ist beispielsweise möglich, dass in einem Speicher eine Mehrzahl von Ventilkennlinien oder eine ganze Schar von Ventilkennlinien abgelegt ist. Da die üblichen Ventilkennlinien, welche den Zusammenhang zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der hierfür erforderlichen Ansteuerenergie bilden, sich nicht überschneiden, ist eine eindeutige Zuordnung der am besten geeigneten Funktion auch nur bei Vorliegen eines einzigen Wertepaares bereits zuverlässig möglich. Die in dem Speicher abgelegten Ventilkennlinien wurden zuvor durch Versuche ermittelt. Sie decken die üblicherweise vorkommenden Alterungs- und Verschleißeinflüsse sowie Fertigungstoleranzen ab.

Es versteht sich, dass dieses Verfahren nur im Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Dies hängt damit zusammen, dass nur im Schichtbetrieb ein direkter Zusammenhang zwischen dem aus einer individuellen Einspritzung resultierenden Drehmoment und der eingespritzten Kraftstoffmenge besteht. Es versteht sich aber auch, dass die ermittelte Ventilkennlinie auch in einem "Homogenbetrieb" der Brennkraftmaschine verwendet werden kann und dort zu den erfindungsgemäßen Vorteilen führt. In diesem liegt der Kraftstoff weitgehend homogen im Brennraum vor, und das Drehmoment hängt auch von der zugeführten Luftmasse ab, welche üblicherweise durch die Stellung einer Drosselklappe eingestellt wird.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Ansteuerspannung des Piezoaktors von einem Wert oberhalb einer Spannung, bei der das dem Piezoaktor zugeordnete Ventilelement in einer Stellung ist, in der der Kraftstoff-Massenstrom des Kraftstoffs überwiegend durch Sitzdrosselung bestimmt wird, reduziert wird, und dass gleichzeitig das Drehmoment, welches auf den Einspritzungen basiert, die während der Reduktion der Ansteuerspannung erfolgen, überwacht wird, und dass dann, wenn das Drehmoment um mindestens einen bestimmten Wert abfällt, das aus Kraftstoff-Massenstrom und Ansteuerenergie bestehende Wertepaar gebildet wird.

Dem liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Aus der Kennlinie einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit Piezoaktor ist bekannt, dass der Kraftstoffmassenstrom in einem ersten Hubbereich nach dem Abheben des Ventilelements vom Sitz verhältnismäßig steil ansteigt, um dann, in einem zweiten Hubbereich, abzuflachen. In diesem zweiten Bereich bringt eine Erhöhung des Hubs des Ventilelements praktisch keine Erhöhung des Kraftstoff-Massenstroms mehr. Der erste Bereich wird durch die sogenannte "Hubdrosselung" bestimmt, der zweite Bereich durch die sogenannte "Sitzdrosselung". Es wurde nun festgestellt, dass die Kennlinien von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen, welche unterschiedlichen Alterungs- und Verschleißbedingungen unterlagen und welche unterschiedliche Fertigungstoleranzen aufweisen, sich vor allem im Bereich der Hubdrosselung unterscheiden, wohingegen sie im Bereich der Sitzdrosselung nahe beieinander liegen.

Die Zuordnung der passenden Kennlinie zu dem bestimmten Wertepaar ist also im Bereich der Hubdrosselung mit größerer Genauigkeit möglich. Dem wird durch diese Weiterbildung Rechnung getragen. Darüber hinaus ist die Durchführung dieses Verfahrens auch im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine möglich. Bereits ein Drehmomentabfall um ca. 5%, welcher vom Benutzer der Brennkraftmaschine nicht spürbar ist, ermöglicht die Bestimmung eines Wertepaares, mit dem die Auswahl der passenden Kennlinie mit hoher Genauigkeit möglich ist. Der Zeitraum, während dem die Reduktion der Ansteuerspannung erfolgt, ist dabei sehr kurz, typischerweise dauert er weniger als eine Sekunde.

Alternativ hierzu ist es möglich, dass durch eine Veränderung der Ansteuerenergie eine Serie von Wertepaaren, welche aus Ansteuerenergie und Kraftstoff-Massenstrom bestehen, gebildet und aus dieser Wertepaar-Serie eine Kennlinie gebildet wird, welche einen Kraftstoff- Massenstrom, der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie verknüpft. Bei diesem Verfahren wird also keine Funktion ausgesucht, sondern die Funktion wird aus einer Mehrzahl von Wertepaaren, die möglichst den gesamten Bereich der Kennlinie abdecken, gebildet. Mit diesem Verfahren kann eine besonders präzise Abbildung der aktuellen Kennlinie der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung geschaffen werden.

Nochmals eine andere Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, dass an verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine Wertepaare, welche aus Ansteuerenergie und Kraftstoff-Massenstrom bestehen, ermittelt werden, und dass eine Standardfunktion, insbesondere eine Exponentialfunktion, welche einen Kraftstoff-Massenstrom, der von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuernergie verknüpft, an diese Mehrzahl von Wertepaaren angepasst wird. Bei dieser Wariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Abbildung der Kennlinie nur wenig Speicherplatz benötigt.

Dabei wird besonders bevorzugt, wenn die Anpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgt. Hierdurch werden die Abweichungen der angepassten Standardfunktion von den tatsächlichen Wertepaaren möglichst klein gehalten.

Bei einigen der oben genannten Verfahren werden die Wertepaare durch eine Veränderung der Ansteuerenergie gebildet. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn die Ansteuerenergie jeweils schrittweise verändert wird. Somit können sich nach einer Änderung der Ansteuerenergie die Verhältnisse in der Brennkraftmaschine zunächst stabilisieren, was die Präzision bei der Bestimmung der Wertepaare erhöht.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zyklisch in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt wird. Alterung und Verschleiß an der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung bzw. an dem Piezoaktor der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung können somit zuverlässig über die gesamte Lebensdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung berücksichtigt werden. Durch eine entsprechende Definition der Zeitabstände wird auch sichergestellt, dass die Abweichung der aktuellen Kennlinie einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von der zuletzt bestimmten Kennlinie ein bestimmtes Maß nie überschreitet. Unter dem Begriff "Zeitabstand" kann dabei eine echte Betriebszeit oder auch eine Anzahl von Betätigungen der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung verstanden werden.

Besonders bevorzugt wird auch, wenn ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt und/oder eine Meldung ausgegeben wird, wenn die zur Abgabe einer bestimmten Kraftstoffmenge erforderliche Ansteuerenergie des Piezoaktors eine Schwelle mindestens erreicht. Extreme Kennlinien, welche auf einen besonders hohen Verschleiß bzw. eine besonders starke Alterung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bzw. des Piezoaktors schließen lassen, werden somit erkannt, und der Benutzer oder eine Person, welcher bzw. welche die Brennkraftmaschine wartet, werden entsprechend informiert.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Ferrit-RAM, abgespeichert ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei diesem wird besonders bevorzugt, wenn es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgepeichert ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Brennraum, mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche einen Piezo-Aktor umfasst und über welche der Kraftstoff direkt in den Brennraum gelangt, und mit einer Einrichtung, mit der das Drehmoment ermittelt werden kann, welches bei der Verbrennung der bei einer Einspritzung in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird.

Um das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine und deren Laufruhe über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine optimal zu halten, wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.

Zeichnung

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung;
Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Kraftstoff-Massenstrom über dem Hub eines Ventilelements der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Fig. 1 aufgetragen ist;
Fig. 3 eine Kennlinie, in der der Kraftstoff-Massenstrom und das Drehmoment über der Ansteuerspannung eines Piezoaktors der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Fig. 1 dargestellt sind;
Fig. 4 ein Flussdiagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Fig. 1 darstellt;
Fig. 5 ein Diagramm ähnlich Fig. 3 zur Erläuterung des Verfahrens von Fig. 4;
Fig. 6 ein Flussdiagramm, in dem ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben der Brenkraftmaschine von Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 7 ein Diagramm ähnlich Fig. 3 zur Erläuterung des Verfahrens von Fig. 6;
Fig. 8 ein Flussdiagramm, in dem ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Fig. 1 dargestellt ist; und
Fig. 9 ein Diagramm ähnlich Fig. 3 zur Erläuterung des Verfahrens von Fig. 8.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine Brennkraftmaschine trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Brennräume, von denen in Fig. 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt ist. Ihm wird Verbrennungsluft aus einem Saugrohr 14 über ein Einlassventil 16 zugeführt. Die Verbrennungsabgase gelangen über ein Auslassventil 18 in ein Abgasrohr 20.
Kraftstoff wird in den Brennraum 12 direkt über eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 eingespritzt. Bei dieser handelt es sich um einen Injektor, dessen Ventilelement (nicht dargestellt) von einem Piezoaktor (nicht dargestellt) bewegt wird. Der Injektor 22 ist an ein Kraftstoffsystem 24 angeschlossen. Dieses stellt dem Injektor 22 den Kraftstoff unter sehr hohem Druck zur Verfügung. Das im Brennraum 12 befindliche Kraftstoff-Luft- Gemisch wird von einer Zündkerze 26 gezündet, die an ein Zündsystem 28 angeschlossen ist.
Die Drehzahl einer Kurbelwelle 30 sowie deren Winkelstellung und Winkelbeschleunigungen werden von einem Sensor 32 abgegriffen. Die entsprechenden Signale werden einem Steuer- und Regelgerät 34 zugeführt. Das Steuer- und Regelgerät 34 steuert u. a. den Injektor 22 an.
Eine Hubdrosselkurve des Injektors 22 ist in Fig. 2 dargestellt: Aus dieser ist ersichtlich, dass der Kraftstoff-Massenstrom Qstat in einem ersten Bereich des Hubes h steil ansteigt (Hubdrosselbereich 36), wohingegen er sich im weiteren Verlauf des Hubes h des Ventilelements des Injektors 22 praktisch nicht mehr erhöht (Sitzdrosselbereich 38). Der Hubdrosselbereich 36 ist besonders wichtig, da heutzutage auch große Kraftstoffmengen durch eine Mehrzahl von Kleinsteinspritzungen eingebracht werden. Bei diesen öffnet der Injektor 22 nur wenig. Er verbleibt also im Wesentlichen im Hubdrosselbereich 36.
Aufgrund der Alterung des Piezoaktors der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22, aufgrund von Verschleiß und aufgrund von Fertigungstoleranzen führt eine bestimmte Ansteuerspannung U (vgl. Fig. 3) des Piezoaktors nicht bei jedem Injektor 22 und bei demselben Injektor 22 nicht über seine gesamte Lebensdauer zum gleichen Kraftstoff- Massenstrom Qstat. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann also ein identischer Injektor 22 im Laufe seines Lebens unterschiedliche Kennlinien a, b, c usw. Qstat = f(U) aufweisen. Außerdem können unterschiedliche Injektoren 22 aufgrund der besagten Fertigungstoleranzen entsprechend unterschiedliche Kennlinien zeigen.
Da im Schichtbetrieb das Drehmoment M der Brennkraftmaschine 10 im Wesentlichen ausschließlich durch die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt wird, wird, wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist, durch die Kennlinie nicht nur ein Zusammenhang zwischen der Ansteuerspannung U des Piezoaktors des Injektors 22 mit dem Kraftstoff- Massestrom Qstat sondern auch zwischen der Ansteuerspannung U und dem Drehmoment M hergestellt.
Um bei der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine 10 zu vermeiden, dass bei gleicher Ansteuerspannung U aufgrund von Fertigungstoleranzen von den Injektoren 22 der einzelnen Brennräume 12 unterschiedliche Kraftstoff- Massenströme Qstat abgegeben werden, und um Alterungserscheinungen der Injektoren 22 über die Laufzeit zu kompensieren, wird die Brennkraftmaschine 10 von Fig. 1 nach dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren betrieben (dieses Verfahren ist als Computerprogramm im Steuer- und Regelgerät 34 abgespeichert):
Nach einem Startblock 40 wird in einem Block 42 abgefragt, ob die Brennkraftmaschine 10 gerade im Schichtbetrieb arbeitet. Diese Abfrage ist erforderlich, da nur im Schichtbetrieb ein direkter Zusammenhang zwischen dem Drehmoment M und dem Kraftstoff-Massenstrom Qstat gegeben ist. Nur dieser direkte Zusammenhang ermöglicht, wie nachfolgend erläutert ist, die Bestimmung der für die Kompensation der besagten Abweichungen erforderlichen Größen.
In einem Block 44 wird abgefragt, ob eine Überprüfung der Kennlinien der Injektoren 22 fällig ist. Eine solche Überprüfung ist nicht ständig erforderlich, sondern nur in bestimmten zyklischen Zeitabständen. Ist die Antwort im Block 44 "ja", wird im Block 46 abgefragt, ob die Ansteuerspannung U größer als ein Grenzwert G1 ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Brennkraftmaschine 10 sich in einem Betriebspunkt befindet, in dem das dem Piezoaktor zugeordnete Ventilelement des Injektors 22 in einer Stellung ist, in der der Kraftstoff-Massenstrom Qstat überwiegend durch Sitzdrosselung bestimmt wird. Der Grenzwert G1 ist auch in Fig. 5 dargestellt, der Bereich der Sitzdrosselung befindet sich rechts von der entsprechenden gestrichelten Linie. Im Block 48 wird nun die Ansteuerspannung U schrittweise reduziert.
Sobald der Kraftstoff-Massenstrom Qstat überwiegend durch Hubdrosselung bestimmt wird, fällt bei einer Reduktion der Ansteuerspannung U auch das entsprechende Drehmoment M ab. Im Block 50 wird festgestellt, wenn dieser Drehmomentabfall dM einen Grenzwert G2 überschreitet. Dieses Drehmoment ist in Fig. 5 mit MG2 bezeichnet. Aus diesem Drehmoment MG2 wird nun der entsprechende Kraftstoff-Massenstrom QstatG2 bestimmt. Aus der Ansteuerspannung UG2, mit der die Einspritzung bewirkt wurde, welche zu dem Drehmoment MG2 führte, und aus dem Kraftstoff-Massenstrom QstatG2 wird nun ein Wertepaar gebildet.
Im Block 52 wird aus einer in einem Speicher abgelegten Mehrzahl von Kennlinien fa, fb, fc, fd und fe jene ausgewählt, welche dem Wertepaar UG2, QstatG2 am nächsten kommt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, handelt es sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hierbei um die Kennlinie fc. Diese wird nun in einenm Speicher 54 abgelegt. Das Verfahren endet im Endblock 56. Die möglichen Hubdrosselkurven fa, fb, fc, fd und fe wurden zuvor in Versuchen ermittelt und sind im Steuer- und Regelgerät 34 abgespeichert.
Würde jedoch das Wertepaar UG2, QstatG2 so liegen, dass die Ventilkennlinie fe die nächstkommende wäre, würde zusätzlich ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgen und eine Meldung an den Benutzer ausgegeben werden. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs, in welches die Brennkraftmaschine 10 eingebaut ist, eine Warnlampe aufleuchtet.
Die Ventilkennlinie fe bedeutet nämlich, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 so weit gealtert ist, dass zur Abgabe eines bestimmten Kraftstoff-Massenstromes eine Ansteuerenergie erforderlich ist, welche oberhalb einer Schwelle liegt (diese Schwelle ist in Fig. 5 nicht dargestellt). Der Benutzer und eine Person, welche die Wartung der Brennkraftmaschine durchführt, werden so auf den Zustand der entsprechenden Kraftstoff- Einspritzvorrichtung hingewiesen. Gleichzeitig bleibt jedoch sichergestellt, dass der Kraftstoff-Massenstrom in der gewünschten Weise gesteuert bzw. geregelt werden kann.
In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens dargestellt, mit dem die Brennkraftmaschine von Fig. 1 betrieben werden kann. In dieser Figur und auch in den nachfolgenden Figuren tragen solche Blöcke, welche äquivalente Funktionen zu Blöcken von Fig. 4 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verfahren wird die im aktuellen Zustand der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 entsprechende Kennlinie nicht aus einer zuvor erstellten Mehrzahl von Kennlinien ausgewählt, sondern sie wird speziell für die in Frage stehende Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 erstellt. Dies geschieht dadurch, dass bei laufender Brennkraftmaschine 10 die Ansteuerspannung U der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 schrittweise erhöht wird. Über das entsprechende Drehmoment Mi werden die dazu gehörigen Kraftstoff-Massenströme Qstati ermittelt.
Auf diese Weise wird eine Wertepaarserie Ui, Qstati erstellt. Aus dieser Wertepaarserie wird schließlich (Block 60) eine Funktion f(U, Qstat) gebildet, die einen Kraftstoff-Massenstrom Qstat, der von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie U verknüpft. Die Verknüpfung kann durch eine lineare Interpolation erfolgen. Es versteht sich, dass das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Verfahren nicht während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt werden kann, sondern beispielsweise während eines Wartungsaufenthalts durchgeführt werden muss.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 10 werden in einem Block 62 während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine 10 (im Schichtbetrieb) Datenpaare Ui (Ansteuerspannung) und Qstati (Kraftstoff-Massenstrom) gespeichert. Wenn eine ausreichende Anzahl von Datenpaaren Ui, Qstati vorliegt, wird im Block 64 eine Kurvenanpassung einer Eponentialfunktion U = a.e^b.Qstat mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate durchgeführt. Bei dieser Kurvenanpassung werden also die Faktoren a und b so ermittelt, dass die aufgenommenen Wertepaare Ui, Qstati möglichst wenig von der entsprechenden Kurve U = a.e^b.Qstat abweichen (Fig. 9).
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine jedes der oben beschriebenen Verfahren für jeden einzelnen Zylinder bzw. jede einzelne Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 durchgeführt wird. Die Zuordnung des durch eine Einspritzung in einem Brennraum 12 erzeugten Drehmoments zu dem entsprechenden Brennraum 12 erfolgt über die Winkelstellung der Kurbelwelle 30, welche vom Sensor 32 abgegriffen wird. Die Erfassung des Drehmoments, welches durch die Verbrennung des in dem besagten Brennraum 12 eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird, erfolgt durch eine Messung der Beschleunigung der Kurbelwelle 30, welche durch diese Verbrennung hervorgerufen wird. Die Beschleunigung der Kurbelwelle 30 wird ebenfalls aus dem Signal des Sensors 32 ermittelt.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22), deren Ventilelement von einem Piezoaktor bewegt wird, direkt in mindestens einen Brennraum (12) eingespritzt wird, und bei dem das Drehmoment (M) bestimmt wird, welches bei der Verbrennung der bei einer Einspritzung in den Brennraum (12) eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Drehmoment (M) eine aktuelle Ventilkennlinie (f) der in die Brennkraftmaschine (10) eingebauten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) wenigstens näherungsweise bestimmt wird (52; 60; 64), wobei die Ventilkennlinie (f) einen Kraftstoff-Massenstrom (Qstat), der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie (U) verknüpft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Aus dem Drehmoment (MG2) wird jene Kraftstoffmenge bestimmt, welche diesem Drehmoment (MG2) wenigstens theoretisch zugrunde liegt, und aus dieser Kraftstoffmenge und der zugehörigen Öffnungsdauer der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22) wird der entsprechende Kraftstoff-Massenstrom (QstatG2) ermittelt;
aus dem Kraftstoff-Massenstrom (QstatG2) und jener Ansteuerenergie (UG2) des Piezoaktors, mit der die Einspritzung bewirkt wurde, welche zu dem Drehmoment (MG2) führte, wird ein Wertepaar (UG2, QstatG2) gebildet;
anhand des aus dieser Ansteuerenergie (UG2) und diesem Kraftstoff-Massenstrom (QstatG2) bestehenden Wertepaars (UG2, QstatG2) wird für diesen Piezoaktor aus einer vorhandenen Mehrzahl von Ventilkennlinien (fa, fb, fc, fd, fe) jene Ventilkennlinie (fc) ausgewählt (52), die am nächsten zu diesem Wertepaar (UG2, QstatG2) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerspannung (U) des Piezoaktors von einem Wert oberhalb einer Spannung (G1), bei der das dem Piezoaktor zugeordnete Ventilelement in einer Stellung ist, in der der Kraftstoff-Massenstrom (Qstat) überwiegend durch Sitzdrosselung bestimmt wird, reduziert wird (48), und dass gleichzeitig das Drehmoment (M), welches auf den Einspritzungen basiert, die während der Reduktion der Ansteuerspannung (U) erfolgen, überwacht wird (50), und dass dann, wenn das Drehmoment (M) um mindestens einen bestimmten Wert (G2) abfällt, das aus Kraftstoff- Massenstrom (QstatG2) und Ansteuerenergie (UG2) bestehende Wertepaar (QstatG2, UG2) gebildet wird (52).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Veränderung (58) der Ansteuerenergie (U) eine Serie von Wertepaaren (Ui, Qstati), welche aus Ansteuerenergie (Ui) und Kraftstoff-Massenstrom (Qstati) bestehen, gebildet und aus dieser Wertepaar-Serie (Ui, Qstati) eine Ventilkennlinie (f) gebildet wird (60), welche einen Kraftstoff-Massenstrom (Qstat), der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie (U) verknüpft.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine (10) Wertepaare (Ui, Qstati), welche aus Ansteuerenergie (Ui) und Kraftstoff-Massenstrom (Qstati) bestehen, ermittelt werden (62), und dass eine Standardfunktion (f), insbesondere eine Exponentialfunktion, welche einen Kraftstoff-Massenstrom (Qstat), der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie (U) verknüpft, an diese Mehrzahl von Wertepaaren (Ui, Qstati) angepasst (64) und so die Ventilkennlinie (f) gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung (64) nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerenergie (U) jeweils schrittweise verändert wird (48, 58).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zyklisch in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt und/oder eine Meldung ausgegeben wird, wenn die zur Abgabe eines bestimmten Kraftstoff- Massenstroms erforderliche Ansteuerenergie des Piezoaktors eine Schwelle mindestens erreicht.

10. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.

11. Computerprogramm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Ferrit-RAM, abgespeichert ist.

12. Steuer- und/oder Regelgerät (34) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 10 oder 11 abgespeichert ist.

13. Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einem Brennraum (12), mit mindestens einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22), welche einen Piezo-Aktor umfasst und über welche der Kraftstoff direkt in den Brennraum (12) gelangt, und mit einer Einrichtung (32), mit der das Drehmoment (M) ermittelt werden kann, welches bei der Verbrennung der bei einer Einspritzung in den Brennraum (12) eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (34) nach Anspruch 12 umfasst.