DE102014208992A1

DE102014208992A1 - Verfahren zur Kalibrierung von Nacheinspritzungen in einem Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014208992A1
Application number: DE102014208992.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Schenk; Rene Zieher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-11-19
Also published as: CN106460709B; KR20170007388A; KR102241645B1; JP2017516018A; US9976506B2; CN106460709A; JP6359122B2; EP3143270A1; US20170152805A1; WO2015172980A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Nacheinspritzungen in einem einen Kraftstoffspeicher aufweisenden Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem insbesondere vorgesehen ist, dass die Kalibrierung wenigstens einer Nacheinspritzung anhand des durch die Kraftstoffeinspritzung verursachten Druckabfalls (120) in dem Kraftstoffspeicher erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Nacheinspritzungen in einem Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, einen maschinenlesbaren Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Um derzeitige bzw. zukünftige Emissionsgesetze einzuhalten, ist es bei Brennkraftmaschinen erforderlich, eine Abgasnachbehandlung vorzunehmen. So erfordern beispielsweise Common-Rail-Dieselmotoren bekanntermaßen ein System zur Regeneration eines zur Abgasreinigung vorgesehenen Partikelfilters, wobei motorbauliche Maßnahmen zu treffen sind, um die Filtertemperatur zu Zwecken der Regeneration zu erhöhen, und um ggf. die Rückführrate einer Abgasrückführung (AGR) mittels eines AGR-Ventils und/oder die Zuführrate von Frischluftmasse mittels einer Drosselklappe einzustellen. Insbesondere dient dabei die Reduktion der AGR-Rate sowie das Zuführen einer größeren Frischluftmasse durch Öffnen der Drosselklappe der Erhöhung der Filtertemperatur.
Darüber hinaus ist bekannt, bei einem hier betroffenen Kraftstoff-Einspritzsystem zeitlich relativ späte, nicht momentenwirksame Nacheinspritzungen abzusetzen, welche an dem Partikelfilter reagieren. Dabei muss die bei der Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge sehr genau dosiert werden, wobei die Einspritzung meist in mehrere zeitlich kurz aufeinander folgende Teileinspritzungen aufgeteilt wird.
Mögliche negative Auswirkungen einer falsch dosierten Nacheinspritzung sind z.B. eine Rückführung von nicht verbranntem Kraftstoff über die AGR in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine, eine durch eine zu große Nacheinspritzmenge verursachte zu hohe Temperatur bei der Verbrennung im Partikelfilter und dadurch verursachte Beschädigungen von Filterkomponenten, sowie eine bei zu geringer Nacheinspritzmenge bedingte zu niedrige Temperatur des Partikelfilters und eine daher nicht mögliche Regeneration.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die Kalibrierung bzw. Korrektur hier betroffener später Nacheinspritzungen indirekt mittels eines Temperaturreglers, wobei die Filtertemperatur am oder in der Nähe des Partikelfilters erfasst wird und auf einen in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgespeicherten Temperatur-Sollwert ausgeregelt wird. Als Stellgröße dient dabei die gesamte Sollmenge der Nacheinspritzung, wobei Einzeleinspritzungen nicht berücksichtigt bzw. nicht korrigiert werden.
Nachteil dieser Vorgehensweise ist, dass es aufgrund der übereinstimmenden Korrektur aller Teileinspritzungen zu unzulässigen Abweichungen einzelner Teileinspritzungen kommen kann und dass ein genannter Temperaturregler motorindividuell eingerichtet werden muss.
Im Bereich von Personenkraftwagen ist zudem bekannt, Voreinspritzungen drehzahlbasiert zu korrigieren, z.B. mittels der an sich bekannten Methode der Nullmengenkalibrierung (engl. Zero Fuel Calibration = ZFC). Diese Kalibrierungsmethode erfordert einen speziellen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs, z.B. Schubbetrieb. Jedoch hat sich gezeigt, dass eine Übertragung der ZFC-Lernwerte von Voreinspritzungen auf späte Nacheinspritzungen nur stark eingeschränkt möglich ist, da sich die Abgasgegendrücke bei verschiedenen Kurbelwinkel-Positionen des Einspritzbeginns deutlich unterscheiden. Eine bekanntermaßen entsprechend durchgeführte Gegendruckkompensation ist zwar möglich, jedoch mit hohem technischen Aufwand und damit erhöhten Kosten verbunden.
Im Bereich von Lastkraftwagen und Nutzfahrzeugen werden genannte Korrekturen von Voreinspritzungen ebenfalls drehzahlbasiert durchgeführt, wobei die Kalibrierung im Leerlauf der Brennkraftmaschine erfolgt.
Aus DE 102 32 356 A1 geht ferner ein Verfahren zur Steuerung von Injektoren eines hier betroffenen Kraftstoffzumesssystems hervor, bei dem mittels eines an einem Hochdruck-Kraftstoffspeicher („Rail“) angeordneten Drucksensors der Einspritzbeginn und das Einspritzende und hieraus die Einspritzzeit, die ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge ist, bestimmt werden. Insbesondere ist dort vorgesehen, dass die so ermittelten Werte mit gespeicherten Werten verglichen werden und bei einer Abweichung der Einspritzbeginn bzw. die Einspritzdauer so korrigiert wird, dass die Abweichung verschwindet.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, in einem hier betroffenen Kraftstoff-Einspritzsystem zeitlich relativ spät erfolgende Nacheinspritzungen der eingangs genannten Art auf der Grundlage des durch die jeweilige Nacheinspritzung in einem genannten Kraftstoffspeicher verursachten Druckabfalls bzw. Druckeinbruchs zu kalibrieren bzw. zu korrigieren. Diese Kalibrierung bzw. Korrektur wird bevorzugt für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine einzeln durchgeführt.
Dabei liegt der experimentell nachgewiesene Effekt zugrunde, dass der genannte Druckabfall bei einer späten Nacheinspritzung innerhalb eines relativ weiten Druckbereichs von etwa 200 bis etwa 2000 bar im Wesentlichen proportional zur jeweiligen Einspritzmenge ist und der gemessene Druckabfall daher eindeutige Rückschlüsse auf die bei der Nacheinspritzung eingespritzte Menge an Kraftstoff zulässt.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren lässt sich technisch relativ einfach und daher kostengünstig implementieren und stellt zudem ein robustes Korrektur- bzw. Kalibrierverfahren für hier betroffene Nacheinspritzungen zur Verfügung. Insbesondere ist keine zusätzliche Sensorik erforderlich, da das Verfahren mit bei hier betroffenen Einspritzsystemen (z.B. Common-Rail-Systemen) üblichen Drucksensoren durchgeführt werden kann.
Die Auswertung des genannten Druckabfalls, im Falle eines Common-Rail-Einspritzsystems des Druckabfalls im Rail, kann auf der Grundlage von innerhalb zweier zeitlicher Auswertefenster ermittelter Differenzdruckwerte erfolgen, wobei innerhalb des jeweiligen Auswertefensters bevorzugt eine rechnerische Mittelung erfolgen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass die genannte Auswertung des Druckabfalls auf der Grundlage einer bereits erfolgten Kalibrierung bzw. Korrektur von Voreinspritzungen durchgeführt wird, wodurch sichergestellt werden kann, dass die Voreinspritzungen bei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine richtig kalibriert sind. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der bei einer bereits korrigierten bzw. kalibrierten Voreinspritzung bzw. -einspritzungen auftretende Druckabfall mit dem bei einer entsprechend der Voreinspritzung korrigierten Nacheinspritzung verglichen wird, wobei die korrigierte Voreinspritzung(en) als Referenz dient(en).
Mit der genannten vergleichenden Messung bzw. Relativmessung kann eine sehr hohe Korrektur- bzw. Kalibrierungsgenauigkeit erzielt werden.
Das genannte Verfahren kann zu Zwecken eines schnelleren Ablaufs bzw. einer erhöhten Genauigkeit als Regelung realisiert werden, bei der mit der Voreinspritz-Korrektur korrigierte(n) Nacheinspritzung(en) als Regelgröße dienen und die genannte Differenz der Druckabfälle dadurch ausgeregelt wird, dass die Ansteuerdauer der jeweiligen Nacheinspritzung(en) als Stellgröße angepasst wird. Dieser Vorgang wird bevorzugt bei allen Zylindern der Brennkraftmaschine nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt.
Die genannten Verfahrensschritte erfolgen bevorzugt in einem geeigneten Betriebsmodus („Kalibriermodus“) der Brennkraftmaschine, z.B. im Schubbetrieb. Dabei kann vorgesehen sein, dass dieser Betriebsmodus nicht aktiv angefahren wird, sondern die genannten Verfahrensschritte dann durchgeführt werden, wenn der Betriebsmodus z.B. im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs bereits vorliegt.
Es ist anzumerken, dass die genannten Verfahrensschritte, insbesondere die Druckmessung(en) und Auswertung(en) bzw. Korrektur(en), nicht zeitlich aufeinanderfolgend bzw. in einem Stück durchgeführt werden müssen, da bereits vorliegende Zwischenergebnisse bzw. -werte in einem Steuergerät bereits ausgewertet werden, sobald für mindestens einen Betriebspunkt ein Korrekturwert vorliegt, und dieser Korrekturwert auch im Wesentlichen unmittelbar angewendet wird. Dies hat den Vorteil, dass nicht für alle Betriebspunkte Korrekturwerte vorliegen müssen. Alternativ erfolgt die Auswertung erst bei Vorliegen sämtlicher für eine abschließende Auswertung erforderlichen Daten. Insbesondere in diesem Fall können zylinderindividuelle Referenzwerte bzw. Regelgrößen in entsprechenden Kennfeldern abgelegt werden, womit sie auch für spätere Auswertungen zur Verfügung stehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in Common-Rail Hochdruck-Einspritzsystemen von Dieselmotoren jeglicher Bauart sowie in Kraftfahrzeugen jeglichen Bautyps (Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, nicht straßengebundene Nutzfahrzeuge, etc.) sowie bei direkteinspritzenden Benzinmotoren, bei denen eine Kalibrierung von Nacheinspritzungen erforderlich ist, mit den hierin beschriebenen Vorteilen zur Anwendung kommen. Darüber hinaus ist eine Anwendung bei Brennkraftmaschinen außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik, z.B. in der chemischen Verfahrenstechnik oder dergleichen, möglich.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um Nacheinspritzungen eines hier betroffenen Einspritzsystems mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen beispielhaften Druckabfall eines Raildrucksignals während einer Einspritzung.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
4a, b zeigen beispielhafte Vor- und Nacheinspritzungen im Falle einer Einzeleinspritzung an einem Zylinder der Brennkraftmaschine.
5a, b zeigen beispielhafte Vor- und Nacheinspritzungen im Falle einer Mehrfacheinspritzung an einem Zylinder der Brennkraftmaschine.
6a, b zeigen ein nach dem in 3 gezeigten Verfahren erstellte Lernkennfelder für Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt einen beispielhaften Raildruckverlauf in einem Common-Rail-Einspritzsystem während einer in diesem Beispiel zu einem Zeitpunkt von etwa t = 0,020 s erfolgenden Einspritzung. Der gezeigte, durch die Einspritzung bedingte Druckabfall (∆p) 120 von einem Anfangsdruck 100 mit einem ersten Mittelwert 123 auf einen Enddruck 110 mit einem zweiten Mittelwert 125 dient als Grundlage des nachfolgen beschriebenen Verfahrens. Die Bildung dieser Mittelwerte 120, 125 erfolgt in jeweiligen zeitlichen Auswertefenstern 105, 115.
Bei dem in 2 gezeigten Verfahren erfolgt die Bestimmung der Druckabfälle einer Voreinspritzung (VE) und einer späten Nacheinspritzung (NE), wie aus 1 zu ersehen, auf der Grundlage der genannten beiden Auswertefenster 105, 115. Die Festlegung dieser Auswertefenster erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel bereits bei der Herstellung einer Brennkraftmaschine bzw. einem hier betroffenen Einspritzsystem einer solchen Brennkraftmaschine, z.B. an einer entsprechenden Prüf- bzw. Testeinrichtung.
Zur Festlegung der Position und Größe der genannten zeitlichen Auswertefenster sowohl der VE als auch der NE wird mit dem jeweils vorliegenden Einspritzsystem bzw. der jeweiligen Brennkraftmaschine zunächst ein für den Kalibrierungsbetrieb geeigneter Betriebspunkt angefahren 200, z.B. ein Schubbetrieb. Nach Erreichen dieses Betriebspunktes wird eine VE- bzw. NE-Testeinspritzung angesteuert 205, wobei der Zeitpunkt und die Zeitdauer der Testansteuerung nach für das jeweilige Einspritzsystem vorab festgelegten Standardwerten bestimmt werden. Die bei der Testansteuerung erfassten Raildruckwerte p_Rail werden ausgewertet 210, um die beiden Auswertefenster vor und nach der Testeinspritzung so zu positionieren, dass insbesondere der Übergangsbereich, in dem der eigentliche Druckabfall ∆p_Rail erfolgt, vom jeweiligen Auswertefensterbereich ausgenommen wird.
Gemäß dem eigentlichen Kalibrierungsprozess, wie durch den gestrichelten Pfeil 212 angedeutet, wird zunächst die VE bezüglich des Druckabfalls kalibriert 215, wobei sich ein Referenzdruckabfall ∆p_{VE_Ref} sowie eine zugehörige Referenzansteuerdauer AD_{VE_Ref} ergeben. Mit dieser Ansteuerdauer AD_{VE_Ref} wird dann die NE entsprechend der Beziehung AD_{NE_Korr} := AD_{VE_Ref} angesteuert 220. Dabei stimmen das Verfahren zur Bestimmung des VE-Druckabfalls und des NE-Druckabfalls überein. Danach werden die bei der VE und der NE resultierenden Druckabfallwerte ∆p_VE und ∆p_NE miteinander verglichen 225, wobei der Wert AD_{NE_Korr} so verändert bzw. angepasst wird 230, dass die Werte ∆p_VE und ∆p_NE möglichst übereinstimmen. Hierbei wird angenommen, dass die genannte Korrelation der Einspritzmenge mit dem Druckabfallwert bei einer VE und einer späten NE übereinstimmt und insbesondere nicht vom genauen Zeitpunkt der jeweiligen Einspritzung abhängt.
Die Schritte 200–230 werden bevorzugt wiederholt, bis die Druckwerte ∆p_VE und ∆p_NE übereinstimmen. Zudem werden die Schritte 205 und 210 zur Ermittlung eines stabilen ∆p_VE–Wertes bevorzugt wiederholt durchgeführt. Die bei entsprechend mehreren Messdurchgängen ermittelten Druckwerte ∆p_VE und/oder ∆p_NE werden in an sich bekannter Weise einer Gütebewertung unterzogen 235. Die genannten Messdurchgänge erfolgen bevorzugt zylinderindividuell und bei einer vorab empirisch bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist daher ferner vorgesehen, die genannten Messdurchgänge sowie die jeweilige Ermittlung bzw. Festlegung der Auswertefenster für jeden Zylinder bei verschiedenen Drehzahlen gemäß der aus Schritt 240 und dem bedingten Sprung 245 gebildeten Programmschleife durchzuführen und anhand der dabei gewonnenen Daten von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (BKM) n_BKM abhängige Kennlinien F_{Auswf_Pos} und F_{Auswf_Dauer} für die Position und Dauer des jeweiligen Auswertefensters gemäß der Beziehung F_{Auswf_Pos} = f₁(n_BKM) bzw. F_{Auswf_Dauer} = f₂(n_BKM) zu erstellen 250.
Hier liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Auswertefenster im Wesentlichen nur bezüglich der Drehzahl n_BKM angepasst werden müssen, wobei jedoch die absoluten Kraftstoffmengen bei der jeweiligen Einspritzung (VE oder NE) keinen relevanten Einfluss auf das Kalibrierungsergebnis haben und somit eine Anpassung hinsichtlich der Kraftstoffmengen nicht erforderlich ist. Denn bei relativ niedrigen Drehzahlen können in einem vorgegebenen Zeitrahmen längere Auswertefenster verwendet werden als bei relativ hohen Drehzahlen, da bei höheren Drehzahlen die einzelnen Einspritzungen zeitlich näher zusammen liegen und daher bei niedrigen Drehzahlen zwischen den einzelnen Einspritzungen vergleichsweise größere Zeiträume für die Auswertefenster zur Verfügung stehen. Je länger die Auswertefenster aber gewählt werden können, umso schneller liegen stabile ∆p-Werte vor. Bezugspunkt für die Festlegung eines jeweiligen Auswertefensters ist bevorzugt der Beginn der Bestromung des jeweiligen Einspritzventils.
Das beschriebene Verfahren kann, wie nachfolgend beschrieben, als Lernverfahren ausgestaltet sein, wobei insbesondere die Lerngeschwindigkeit (z.B. Iterationsschrittbreite im Falle eines iterativen Lernverfahrens) bei der Ermittlung des genannten Referenzdruckabfalls ∆p_{VE_Ref} und des Korrekturwertes AD_{NE_Korr} vorgegeben wird.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens, welches vorliegend für einen i-ten Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Gemäß einem ersten Schritt 400 wird, bevorzugt im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. im normalen Fahrbetrieb eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs ein geeigneter Betriebspunkt für den Kalibrierungsmodus des genannten Referenzwertes angefahren, z.B. Schubbetrieb. Bei einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine ist die Einspritzmenge Null, da der Fahrzeugführer das Gaspedal verlässt bzw. nicht tritt. Innerhalb des Schubbetriebs kann der Raildruck p_Rail und die Ansteuerdauer der Testeinspritzung, sowohl für die VE als auch für die NE, variiert werden. Dadurch können bei den genannten Kennfeldern KF_REF,i(p_Rail, AD_Test-VE) und in KF_Korr,NE,i(p_Rail, AD_Test-VE) möglichst viele Messpunkte bzw. Messwerte berücksichtigt werden bzw. möglichst stabile Werte für einen Betriebspunkt vorliegen.
Nach Erreichen dieses Betriebspunktes bzw. Betriebszustandes wird eine an sich bekannte VE-Mengenkorrekturfunktion aktiviert 405, wobei auf dem i-ten Zylinder eine in der 4a illustrierte, zeitlich vor dem oberen Totpunkt (OT) angesteuerte VE-Testeinspritzung 500 mit der Ansteuerdauer AD_Test-VE abgesetzt wird 410. In dieser Darstellung entspricht die (zeitliche) x-Achse dem an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmten Kurbelwellenwinkel (°KW).
Bei der VE-Mengenkorrektur 415, welche für einen i-ten Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt wird 415, wird ein Korrekturwert der Ansteuerdauer ∆AD_VE bestimmt 420 und dieser Wert ∆AD_VE in ein entsprechendes Kennfeld KF_Korr,VE,i für den i-ten Zylinder gemäß der Beziehung ∆AD_VE = KF_Korr,VE,i(p_Rail, AD_Test-VE) abgelegt 425.
Bei einer weiteren Ansteuerung 430 mit der gemäß der Beziehung AD_{VE_Korr} = AD_{VE_aktuell} + ∆AD_VE entsprechend korrigierten Ansteuerdauer wird der sich dabei ergebende Druckabfall ermittelt 435 und dieser als Referenzdruckabfallwert in ein genanntes Referenzlernkennfeld KF_REF,i des i-ten Zylinders gemäß der Beziehung ∆p_REF = KF_REF,i(p_Rail, AD_Test-VE) abgespeichert 440.
Wie durch den gestrichelten Pfeil 445 angedeutet, werden zur Erstellung des Referenzlernkennfeldes KF_REF,i des i-ten Zylinders die genannten Schritte 400–440 für verschiedene Raildrücke p_Rail und verschiedene Ansteuerdauern AD_Test-VE wiederholt durchgeführt. Im Ergebnis ergibt sich 450 damit ein möglichst unterschiedliche Raildrücke und Ansteuerdauern berücksichtigendes Referenzkennfeld KF_REF,i. Zudem werden die Schritte 400–440 gemäß dem gestrichelten Pfeil 445 für eine AD_Test-VE bei gleichem p_Rail mehrmals durchgeführt, um möglichst stabile Werte dieser Größen zu erhalten.
Wie bereits beschrieben, werden die bei der genannten VE ermittelten Daten bei der Kalibrierung einer späten NE angewendet. Diese NE-Kalibrierungsschritte sind zur besseren Darstellung durch die gestrichelte Linie 455 gegenüber den vorherigen Kalibrierungsschritten abgegrenzt.
Zunächst wird wiederum, bevorzugt im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, ein für den NE-Kalibrierungsmodus geeigneter Betriebszustand angefahren 460, z.B. ein genannter Schubbetrieb. Im nachfolgenden Prüfschritt 465 wird geprüft, ob für diesen Betriebspunkt ein gültiger Referenzwert ∆p_REF vorliegt. Ist dies der Fall, wird weiterverfahren. Andererseits wird zu Schritt 460 zurückgesprungen und ein anderer Betriebspunkt angefahren.
Ist die Bedingung 465 erfüllt, wird an dem i-ten Zylinder eine in 4b illustrierte NE-Testeinspritzung 505 mit für das vorliegende Einspritzsystem üblichem bzw. standardmäßig vorgesehenem NE-Einspritzbeginn (KW-Winkel) und üblicher Einspritzdauer und mit dem in den vorherigen Schritten 410–425 bestimmten Ansteuerdauerkorrekturwert ∆AD_VE korrigierte Einzeleinspritzung angesteuert 470, und zwar gemäß der Beziehung: AD_{NE_aktuell} = AD_{VE_aktuell} + ∆AD_VE. Der bei der NE mit dem entsprechend korrigierten Ansteuerwert AD_{NE_Korr} = AD_{NE_aktuell} + ∆AD_NE bewirkte Druckabfall ∆p_NE wird ermittelt 475 und die Abweichung zum genannten Referenzwert ∆p_REF anhand des Referenzlernkennfeldes KF_REF gemäß der Beziehung ∆(∆p) = ∆p_REF – ∆p_NE bestimmt 480.
Im Folgenden wird die wie beschrieben ermittelte 480 Abweichung ∆(∆p) durch Anpassung 485 der NE-Ansteuerdauer minimiert. Für die NE-Ansteuerdauer der Testeinspritzung gilt die folgende Beziehung für die Ansteuerdauer (AD_NE,k):AD_NE,k = AD_Test-VE + ∆AD_NE,k + ∆AD_VE. Der Index k soll dabei verdeutlichen, dass aus Gründen der statistischen Streuung und zum Erreichen eines stabilen Wertes der Ansteuerdauerkorrektur ∆AD_NE,k für die genannte Minimierung mehrere hintereinander durchgeführte Testeinspritzungen erforderlich sind und somit die Schritte 460–485 bevorzugt mehrmals durchgeführt werden. Dabei werden, ebenfalls bevorzugt, jeweils unterschiedliche, bezüglich der jeweiligen Einspritzung möglichst stabile Betriebszustände angefahren. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Ermittlung einer Anzahl von Messpunkten und damit die Erstellung eines genannten Kennfeldes.
Alternativ können die beschriebenen Schritte 460–485, wie erwähnt, auch dann durchgeführt werden bzw. deren Durchführung begonnen werden, sobald ein solcher Betriebszustand im üblichen Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs bereits vorliegt.
Die genannte Minimierung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel anhand der folgenden Beziehung für den sich nach n Testeinspritzungen ergebenden Regelfehler (∆(∆p)):∆(∆p) = ∆p_REF – ∆p_NE(AD_NE,k->n) ≈ 0.
Aufgrund der hintereinander durchzuführenden Testeinspritzungen erfolgt das Kalibrierungsverfahren nicht sukzessive sondern stückweise, wobei bereits erfasste Zwischenwerte der Einspritzmengen in Abhängigkeit vom Raildruck p_Rail und der korrigierten Ansteuerdauer AD_NE,k in ein für jeden Zylinder ‚i‘ zylinderindividuelles Lernkennfeld KF_Korr,NE,i(p_Rail, AD_NE,k) abgelegt werden. Im eingelernten Zustand stehen demnach im Kennfeld KF_Korr,NE,i die NE-Ansteuerdauerkorrekturen als Stellgrößen zur Verfügung, mittels derer die NE des i-ten Zylinders korrigiert werden kann, wobei der Index k -> n geht. Im entsprechend „eingeschwungenen“ Zustand betrachtet braucht der Index k daher nicht mehr berücksichtigt zu werden, wodurch sich in diesem Zustand die folgende Beziehung (1) ergibt: ∆AD_NE = KF_Korr,NE,i(p_Rail, AD_Test-VE) (1).
Ist ein entsprechend gelernter Korrekturwert vorhanden und die NE-Kalibrierung (wie oben beschrieben) freigeschaltet, kann am aktuellen Betriebspunkt für die NE aus dem Kennfeld KF_Korr,NE,i die NE-Ansteuerdauerkorrektur ∆AD_NE für den i-ten Zylinder entnommen werden. Die korrigierte NE-Ansteuerdauer setzt sich insgesamt aus dem Korrekturwert VE (gemäß Schritt 420), dem Korrekturwert der NE (gemäß der Beziehung (1)) sowie dem Sollwert der NE-Ansteuerdauer AD_NE,Soll zusammen, und zwar gemäß der folgenden Beziehung (2): ∆AD_{NE,Korr,Gesamt} = AD_NE,Soll+ ∆AD_VE,Korr + ∆AD_NE (2)
Es ist anzumerken, dass eine Interpolation bzw. Extrapolation von Kennfeldwerten möglich ist, falls die Kalibrierung nicht mit den typischen NE-Mengen bzw. unter den typischen Randbedingungen für den Normalbetrieb des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine durchgeführt wurde, z.B. bei Raildrücken bzw. Ansteuerdauern AD_Test-VE der VE-Testeinspritzungen, welche ungleich der im eigentlichen Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Einspritzsystems gewünschten NE-Ansteuerdauer AD_NE,Soll sind.
Ferner ist hervorzuheben, dass wie bereits erwähnt und durch den Pfeil 485 angedeutet, die Schritte 400–485 nacheinander oder ggf. parallel für jeden Zylinder i durchgeführt werden. Dabei kann der Verfahrensablauf dadurch beschleunigt werden, dass bei Zylindern, für die bereits Referenzwerte vorliegen, bereits NE-Korrekturwerte bestimmt werden, wobei parallel dazu für die restlichen Zylinder Referenzwerte ermittelt werden. Dabei liegt der Effekt zugrunde, dass aufgrund des relativ großen zeitlichen Abstandes zwischen einer VE und einer späten NE das Absetzen der NE die Kalibrierung der VE im Wesentlichen nicht beeinflusst und umgekehrt keine Beeinflussung der NE durch die VE erfolgt. Eine alternative oder zusätzliche Beschleunigung des Verfahrens lässt sich bei Vorliegen von Referenzwerten für sämtliche Zylinder dadurch erreichen, dass die NE-Kalibrierung auf allen Zylindern gleichzeitig durchgeführt wird. Bei den genannten Wegen der Parallelisierung besteht die einzige Anforderung bzw. Einschränkung, dass möglichst keine Beeinflussung der Emissionen und des Betriebs- bzw. Fahrverhaltens auftritt.
In 5a und 5b ist eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens illustriert, bei der mehrfache Voreinspritzungen 510, 515, 520 und mehrfache Nacheinspritzungen 525, 530, 535 erfolgen. Die Vorgehensweise bei der Kalibrierung der Nacheinspritzungen stimmt dabei mit der vorbeschriebenen Verfahrensweise überein.
Bei den gezeigten Mehrfacheinspritzungen wird die gleiche Einspritzung bzw. Einspritzmenge mehrmals hintereinander auf einem Zylinder abgesetzt und der resultierende Druckeinbruch im Rail gemessen. Mittels der gezeigten Mehrfacheinspritzungen kann, gegenüber Einfacheinspritzungen (4a und 4b), eine Erhöhung des Signalhubs erreicht werden. Durch die Erhöhung des Signalhubs ist ein schnelleres Einlernen bzw. eine Erhöhung der Kalibriergenauigkeit möglich. Ob Einfach- oder Mehrfacheinspritzungen zweckmäßiger sind, kann dabei anhand der Auswirkungen auf die Emissionen und das Betriebs- bzw. Fahrverhalten festgelegt werden.
Bei den in den 6a und 6b gezeigten Kennfeldern sind jeweils bei der beschriebenen Kalibrierung erhaltene Korrekturwerte der Ansteuerdauer ∆AD_VE und ∆AD_NE in Abhängigkeit von dem bei der jeweiligen Kalibrierung zugrundeliegenden Raildruck p_Rail und der jeweiligen, bei der beschriebenen Test-Voreinspritzung angewendeten Ansteuerdauer AD_Test-VE eingetragen bzw. aufgetragen. Aus diesen Kennfeldern lassen sich demnach später für einen bestimmten Raildruck p_Rail und eine bestimmte Ansteuerdauer AD_Test-VE entsprechende Korrekturwerte ablesen, mittels derer die beschriebenen Ansteuerungen zu erfolgen haben.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10232356 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Kalibrierung von Nacheinspritzungen in einem einen Kraftstoffspeicher aufweisenden Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung wenigstens einer Nacheinspritzung anhand des durch die Kraftstoffeinspritzung verursachten Druckabfalls (120) in dem Kraftstoffspeicher erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine einzeln durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckabfall (120) anhand von innerhalb zweier zeitlicher Auswertefenster (105, 115) ermittelter Differenzdruckwerte ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des jeweiligen Auswertefensters (105, 115) eine rechnerische Mittelung (123, 125) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckabfall (120) auf der Grundlage einer bereits erfolgten Kalibrierung wenigstens einer Voreinspritzung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der wenigstens einen kalibrierten Voreinspritzung auftretende Druckabfall mit dem bei einer entsprechend der Voreinspritzung kalibrierten Nacheinspritzung sich ergebenden Druckabfall verglichen wird, wobei die wenigstens eine kalibrierte Voreinspritzung als Referenz dient.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anhand der Kalibrierung der wenigstens einen Voreinspritzung korrigierte Nacheinspritzung als Regelgröße eines Reglers dient und die bei dem Vergleich sich ergebende Differenz der Druckabfälle dadurch ausgeregelt wird, dass die Ansteuerdauer der jeweiligen Nacheinspritzung als Stellgröße des Reglers angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung bei allen Zylindern der Brennkraftmaschine nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte in einem geeigneten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte nicht zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden, wobei aus für mindestens einen Betriebspunkt bereits vorliegenden Zwischenergebnissen ein Kalibrierwert bestimmt wird, welcher bei nachfolgenden Nacheinspritzungen angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte nicht zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden, wobei bereits vorliegende Zwischenergebnisse zwischengespeichert werden und eine abschließende Auswertung erst bei Vorliegen von für die abschließende Auswertung erforderlichen Daten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zylinderindividuelle Referenzwerte und/oder Regelgrößen in Kennfeldern abgelegt werden.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, bei einem einen Kraftstoffspeicher aufweisenden Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs Nacheinspritzungen mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zu kalibrieren.