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WO2008043784A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung einer betriebscharakteristik eines einspritzsystems - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung einer betriebscharakteristik eines einspritzsystems Download PDF

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WO2008043784A1
WO2008043784A1 PCT/EP2007/060764 EP2007060764W WO2008043784A1 WO 2008043784 A1 WO2008043784 A1 WO 2008043784A1 EP 2007060764 W EP2007060764 W EP 2007060764W WO 2008043784 A1 WO2008043784 A1 WO 2008043784A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
injection
turbocharger
internal combustion
combustion engine
injection system
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/060764
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Jung
Hans-Peter Rabl
Janos Radeczky
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Priority to US12/445,083 priority Critical patent/US8104279B2/en
Priority to CN2007800377453A priority patent/CN101553653B/zh
Priority to KR1020097009551A priority patent/KR101414698B1/ko
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    • F02D41/0002—Controlling intake air
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an operating characteristic of an injection system of an internal combustion engine according to claim 1 and to a controller for carrying out the method according to claim 10.
  • the precise achievement of an intended injection quantity of fuel is important in order to obtain the best possible exhaust gas values.
  • the aim is also to inject as much fuel as possible into all the cylinders in order to achieve the smoothest possible, uniform engine operation.
  • the injection pattern underlying the injected fuel quantity should be similar, i. the same number of pilot, main and post injections per cylinder.
  • the injection pattern for each cylinder consists of a single main injection per cycle, it is desirable not only the relative injection timings for a given operating point of the internal combustion engine (an injection timing is normally indicated as a function of the crank angle position of the piston) but also the injection quantities per Injection for all cylinders to keep the same.
  • injectors can have manufacturing tolerances which result in different injection quantities even under identical operating parameters and environmental conditions.
  • the components again mentioning the injectors in particular, change their operating characteristics over the course of their service lives and thus the injection quantities actually achieved, if no countermeasures are taken. The Changing the operating characteristics of a component during its lifetime is also called drift.
  • the present invention is therefore based on the object to determine an operating characteristic of an injection device of an internal combustion engine.
  • a test injection of fuel into a cylinder of the internal combustion engine is carried out by means of the injection system.
  • An operating parameter of the turbocharger is determined.
  • an operating characteristic of the injection system is determined.
  • the energy content changes - in particular the temperature and the outflow velocity from the cylinder - the exhaust gases that drive the turbocharger.
  • the changed energy content is reflected in changed operating parameters of the turbocharger.
  • operating parameters such as the temperature or rotational parameters of the turbocharger will normally change due to the test injection.
  • rotational parameters includes in particular the rotational speed, the angular momentum and the
  • Torque of the turbocharger The change of an operating parameter can be used to Stop pulling on the injection system.
  • manufacturing tolerances and drift of an injector by means of which the test injection has been carried out, can be detected, measured and, if necessary, corrected.
  • test injection generates, for example, an above-average speed of the turbocharger for a given activation duration of an injector, then it can be concluded that this injector introduces an above-average amount of injection into the cylinder.
  • This purely qualitative conclusion already represents a useful operating characteristic of the injector. It can be used, for example, by means of a control loop, in which the operating parameter of the turbocharger is fed back to the injector by means of negative feedback, in order to regulate the injector and more precisely a planned injection quantity to achieve.
  • the operating characteristic of the injection system may also be a quantitative quantity, for example an injection quantity or a quantity derivable from an injection quantity. This is then determined on the basis of the operating parameter of the turbocharger.
  • a quantitative operating characteristic can be made in many ways.
  • One possibility for this is a thermodynamic simulation of the internal combustion engine in an electronic control system.
  • the injection quantity of the test injection is determined on the basis of the speed change of the turbocharger.
  • carrying out a thermodynamic simulation is not the only possible way of determining the operating characteristic of the injection system.
  • the influence of an injected test quantity of fuel on the operating parameter of the turbocharger can also be determined in advance in a test or in a simulation and stored in a map associated with an electronic control system.
  • the quantitative value of the operating parameter (for example a speed change), which is due to a test injection can then be transmitted to the electronic control system during regular operation of the internal combustion engine.
  • the electronic control system then only needs to read out in the characteristic map, for example, the value "injection quantity" which corresponds to the determined operating parameter.
  • a map of an operating parameter of the turbocharger can be stored directly on a control parameter of the injection system in the map, for example.
  • the map may include an illustration of a change in turbocharger speed to a drive duration or a correction of the drive duration of the injector that performed the test injection.
  • a shortened drive duration is then equivalent to an injector that has a high fuel throughput due to manufacturing tolerance and / or drift.
  • the control duration of the injector, as well as its correction therefore, for example, also represents an operating characteristic of the injection system.
  • operating parameters of the turbocharger also includes changes in an operating parameter and deviations from a desired value, for example a deviation of the change in the rotational speed from a desired value which would be expected on the basis of a test injection.
  • the injection amount or a quantity derivable from an injection amount can be more accurately detected.
  • the speed of the turbocharger or a size related to the speed are measured.
  • the injection quantity or the quantity derivable from the injection quantity can then be determined more precisely.
  • test injections are made in quick succession.
  • the test injection or the test injections are made torque-neutrally with respect to a crankshaft driven by the internal combustion engine.
  • Torque-neutral injections can be made in particular via a suitable choice of the injection time. Such injection timing is given for some internal combustion engines, for example near the bottom dead center, even before the exhaust valve is closed.
  • the invention can be configured such that the method according to the invention is carried out continuously during the operation of the internal combustion engine.
  • the drift of modern injection systems is relatively slow, it is particularly advantageous to the inventive method in time intervals to calibrate the injection system.
  • the method according to the invention can also be used to more precisely achieve the same or a different desired value, in particular a desired injection quantity, by means of a deviation of the determined operating parameter from a desired value in a later injection.
  • the method according to the invention is carried out for a plurality of cylinders of the internal combustion engine, preferably for all cylinders of the internal combustion engine.
  • similar injection patterns can then be achieved for all cylinders, resulting in a particularly quiet operation of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a simplified engine
  • FIG. 2 shows injection patterns of four injectors having manufacturing tolerances
  • FIG. 3 shows injection patterns of four injectors with a test injection in an injector
  • FIG. 4 shows injection patterns of four injectors, wherein the control of one injector is corrected and another injector carries out a test injection
  • FIG. 5 shows an injection pattern with corrected actuators.
  • Figure 1 shows a motor 1 in an embodiment of the invention.
  • the injection system 30 is designed as a common rail system. It comprises a pressure accumulator 36 and four injectors 31, 32, 33, 34 connected to the pressure accumulator 36.
  • the engine block thus comprises four cylinders 51, 52, 53, 54.
  • Each of the cylinders 51, 52, 53, 54 is assigned to one of the injectors 31, 32, 33, 34.
  • the turbocharger 40 which can be driven by combustion gases leaving the cylinders 51, 52, 53, 54 and by which compressed air can be introduced into the combustion chambers of the cylinders 51, 52, 53, 54, is connected to the engine block 50.
  • the turbocharger 40 includes a turbocharger measuring device 42, which measures the rotational speed of a turbine of the turbocharger 40 (not shown here).
  • the ECU 10 comprises an electronic circuit 11, an injector-side interface 12 and a turbocharger-side interface 13.
  • the ECU 10 is connected to the turbocharger-measuring device 42 via the turbocharger-side interface 13. Via the injector-side interface 12, the ECU 10 is connected to each of the injectors 31, 32, 33, 34.
  • the electronic circuit 11 comprises a map 14, a memory area 15 for storing parameters of test injections, memory areas 21, 22, 23, 24 for determining and storing operating characteristics of the injection system 30, a logic circuit 16, and an analog-to-digital converter (AD Converter) 17.
  • AD Converter analog-to-digital converter
  • the memory area 21 allows a read and write access and is used for the determination and storage of a driving characteristic of the injector 31 is provided. It comprises a memory area 21a for storing a speed without test injection, a memory area 21b for storing a speed with test injection via the injector 31, and a storage area 21c for storing a speed change.
  • the memory areas 22, 23, 24 are provided for determining and storing an operating characteristic of the respective remaining injectors 32, 33, 34 and analogously comprise the memory areas 22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c, 24a, 24b. 24c.
  • the map 14 may be formed as a simple mapping of a speed change to a correction of the drive time. In a preferred embodiment, however, the map 14 is configured as a multi-dimensional map of speed change of the turbocharger 40 and operating points of the internal combustion engine to a correction of the driving duration of the injectors. The map 14 is measured and initialized prior to regular operation of the internal combustion engine in tests or simulations. Normally, the map 14 need not be changed during the entire life of the internal combustion engine for the embodiment discussed here.
  • values of the start time and the drive duration of a test injection are stored in degrees crank angle. Preferably, these values are selected such that a torque-neutral test injection results.
  • This memory area 15 can be designed as a read-only memory.
  • FIGS. 2-5 show the timely sequence of injections which are performed by the four injectors 31, 32, 33, 34.
  • the time t is plotted on the abscissa, while the ordinate m represents the injection quantity of an injection.
  • an injection 31r denotes a regular injection of the injector 31.
  • the injections 32r, 33r, 34r respectively denote regular injections of the injectors 32, 33, 34.
  • m ⁇ denotes a predetermined target injection quantity for a given operating point of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows the sequence of injections into the four cylinders 51, 52, 53, 54 at a constant operating point of the internal combustion engine, preferably at idle.
  • the injectors 31, 32, 34 deliver injection quantities deviating from the nominal value due to manufacturing tolerances and / or drift. Due to these production tolerances and drift, different injectors can result in different injection quantities even under the assumption of identical control of the injectors.
  • the injection quantities of the injectors 31, 34 are too large with respect to the target injection amount m ⁇ , while the injection amount of the injector 32 is too low. Only injector 33 provides the correct injection quantity.
  • a first rotational speed of the turbocharger 40 is first measured by the turbocharger measuring device 42 and stored in the storage region 21a. Thereafter, the internal combustion engine 1 is in an operation with an injection pattern, which corresponds to that of Figure 3, over.
  • FIG. 3 shows the sequence of injections into the four cylinders 51, 52, 53, 54 at the same operating point of the internal combustion engine, as in FIG. 2.
  • the four injectors 31, 32, 33, 34 are activated in such a way that the regular injections 31r , 32r, 33r, 34r are performed exactly the same as in FIG.
  • the injector 31 performs a test injection 31T.
  • the injector 31 is controlled by the ECU 10 by means of the constant actuation parameters stored in the memory area 15 are stored, driven.
  • the test injection is made torque neutral.
  • the rotational speed of the turbocharger 40 changes.
  • a second rotational speed is measured by the turbocharger measuring device 42 and stored in the memory region 21b.
  • the speed change is determined by subtraction of the first and the second rotational speed by the logic circuit 16 and stored in the memory area 21c.
  • the rotational speed will change disproportionately because of the test injection 31T made by the injector 31, since the injector 31 injects an above-average amount of fuel at a fixed actuation time.
  • the determined speed change for the injector 31 will be greater than a predetermined setpoint speed change.
  • a value for a correction of the drive duration is read out in the map 14.
  • the activation duration must be shortened.
  • the logic circuit 16 adjusts the actuation duration of the injector 31 such that the desired injection quantity m ⁇ for the injector 31 is reached.
  • the correction of the activation period can be stored, for example, as a factor with which the original activation duration must be multiplied.
  • the characteristic field 14 is designed to be a pure representation of the speed change on the correction of the activation duration.
  • Map 14 therefore deposited as a multi-dimensional map, which load of the internal combustion engine, speed of the engine and speed change of the turbocharger on a correction of the driving time maps. Mathematically speaking, it is a mapping of space R 3 to R.
  • the ECU 10 must additionally have knowledge of the operating point of the internal combustion engine. However, this knowledge is practically always present in an ECU 10.
  • FIG. 4 shows the sequence of injections into the four cylinders 51, 52, 53, 54 of the internal combustion engine, wherein the activation of the injector 31 has been adjusted in accordance with the correction of the activation duration determined in the characteristic map 14, so that the target injection quantity m ⁇ is achieved.
  • the control of the injector 32 is now corrected. In this case, in turn, first the rotational speed of the turbocharger is measured at an operating point without test injection and subsequently with test injection 32T, which is carried out by the injector 32. The value associated with the speed change for the correction of the injection duration is again read from the map 14.
  • Figure 5 shows the injection patterns of the injectors 31, 32, 33, 34 after each injector 31, 32, 33, 34 has been sequentially adjusted. It is easily recognizable here that now all injectors 31, 32, 33, 34 generate the same injection quantities. It should be noted in addition that the invention is of course not limited to engines with four cylinders.
  • test injection does not need to be torque-neutral, since the influences of a reduced heat production by performing work on the collision ben also in a map by means of simulations or tests can be considered.
  • a test injection need not be a separate injection.
  • a separate injection 31T is not carried out by the injector 31 to determine a second rotational speed, but the injections 31r are extended by a defined period of time.
  • a measurable change in the rotational speed of the turbocharger can also be used by means of a suitably measured characteristic map to adapt the activation of the injector 31.
  • a control parameter of the injection system such as the correction of the injection duration, need not be stored as a factor.
  • the correction may be made by means of a summand or any other suitable mathematical function.
  • a correction of the injection quantity is not only possible over the injection duration, but the correction of the injection quantity can also be made via a level of a drive signal for an injector, for example via the voltage curve of the drive signal.
  • the invention is not limited to a determination of a single correction parameter per injector, such as the speed change stored in the memory area 21c. It is equally possible to determine and store a plurality of correction parameters for an injector, for example as a multi-dimensional characteristic map, in which for different operating points of the internal combustion engine and for different rail pressures the rotational speed changes which are determined by a test injection in come to the turbocharger, be measured by the method according to the invention.

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Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betriebscharakteristik einer Einspritzvorrichtung (30) eines Verbrennungsmotors (1), welcher durch einen Turbolader (4) aufgeladen ist, zu ermitteln. Dazu umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte: A) Vornehmen einer Testeinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors mittels des Einspritzsystems (30); B) Ermitteln eines Betriebsparameters des Turboladers (40); C) Ermitteln einer Betriebscharakteristik des Einspritzsystems (30) anhand des ermittelten Betriebsparameters des Turboladers (40).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebscharakteristik eines Einspritzsystems
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verfahren zur Er- mittlung einer Betriebscharakteristik eines Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 und eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10.
In modernen Verbrennungsmotoren ist die präzise Erzielung ei- ner vorgesehenen Einspritzmenge von Kraftstoff wichtig, um möglichst gute Abgaswerte zu erhalten. Bei Mehrzylindermotoren wird zudem angestrebt, dass in alle Zylinder möglichst gleichviel Kraftstoff eingespritzt wird, m einen möglichst ruhigen, gleichmäßigen Motorenbetrieb zu erzielen. Dabei soll das der eingespritzten Kraftstoffmenge zugrunde liegende Einspritzmuster gleichartig sein, d.h. die gleiche Anzahl von Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen je Zylinder. Besteht beispielsweise das Einspritzmuster für jeden Zylinder aus einer einzigen Haupteinspritzung pro Arbeitsspiel, so wird ange- strebt, für einen vorgegebenen Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors nicht nur die relativen Einspritzzeitpunkte (ein Einspritzzeitpunkt wird normalerweise in Abhängigkeit der Kurbelwinkelposition des Kolbens angegeben) , sondern auch die Einspritzmengen pro Einspritzung für alle Zylinder gleich zu halten.
Die Erzielung einer vorgegebenen Einspritzmenge wird durch Fertigungstoleranzen einzelner Bauteile und Steuerungen des Einspritzsystems erschwert. Insbesondere können Injektoren Fertigungstoleranzen aufweisen, welche selbst unter identischen Betriebsparametern und Umgebungsbedingungen unterschiedliche Einspritzmengen zur Folge haben. Zudem verändern die Bauteile, wiederum sind hierbei insbesondere die Injektoren zu nennen, im Laufe ihrer Lebensdauer ihre Betriebscha- rakteristiken und damit die effektiv erzielten Einspritzmengen, falls keine Gegenmaßnahmen getroffen werden. Die Veränderung der Betriebscharakteristik eines Bauteils im Laufe seiner Lebensdauer wird auch Drift genannt.
Um der Problematik der Fertigungstoleranzen und der Drift zu begegnen, beispielsweise um identische Einspritzmuster für alle Zylinder zu erzielen, ist es wünschenswert, die Einspritzparameter der Injektoren für die einzelnen Zylinder individuell anzupassen. Dazu müssen jedoch Informationen über die momentane Betriebscharakteristik des jeweiligen Injektors bekannt sein. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betriebscharakteristik einer Einspritzvorrichtung eines Verbrennungsmotors zu ermitteln.
Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 und durch die im unabhängigen Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausgehend von einem Verbrennungsmotor, der ein Einspritzsystem und einen Turbolader umfasst, wird mittels des Einspritzsystems eine Testeinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors vorgenommen. Ein Betriebsparameter des Turboladers wird ermittelt. Anhand des ermittelten Betriebsparameters des Turboladers wird eine Betriebscharakteristik des Einspritzsystems ermittelt.
Aufgrund der Testeinspritzung ändert sich der Energiegehalt - insbesondere die Temperatur und die Ausströmgeschwindigkeit aus dem Zylinder - der Abgase, welche den Turbolader antrei- ben. Der veränderte Energiegehalt schlägt sich in veränderte Betriebsparameter des Turboladers nieder. So werden sich normalerweise aufgrund der Testeinspritzung Betriebsparameter wie beispielsweise die Temperatur oder Rotationsparameter des Turboladers ändern. Unter den Begriff der Rotationsparameter fallen insbesondere die Drehzahl, der Drehimpuls und das
Drehmoment des Turboladers. Die Änderung eines Betriebsparameters kann verwendet werden, um einen Rück- Schluss auf das Einspritzsystem zu ziehen. Insbesondere können Fertigungstoleranzen und Drift eines Injektors, mittels welchem die Testeinspritzung ausgeführt worden ist, detek- tiert, gemessen und allenfalls korrigiert werden.
Erzeugt die Testeinspritzung für eine vorgegebene Ansteuerdauer eines Injektors beispielsweise eine überdurchschnittlich hohe Drehzahl des Turboladers, so kann darauf geschlossen werden, dass dieser Injektor überdurchschnittlich viel Einspritzmenge in den Zylinder einlässt. Diese rein qualitative Schlussfolgerung stellt bereits eine nützliche Betriebscharakteristik des Injektors dar. Sie kann beispielsweise mittels eines Regelkreises, bei welchem der Betriebsparameter des Turboladers mittels negativer Rückkopplung an den Injek- tor rückgekoppelt ist, verwendet werden, um den Injektor zu regeln und eine vorgesehene Einspritzmenge genauer zu erzielen.
Die Betriebscharakteristik des Einspritzsystems kann jedoch auch eine quantitative Größe sein, zum Beispiel eine Einspritzmenge oder eine aus einer Einspritzmenge ableitbare Größe. Diese wird dann anhand des Betriebsparameters des Turboladers ermittelt. Die Ermittlung einer solchen quantitativen Betriebscharakteristik kann jedoch auf vielfältige Weise vorgenommen werden. Eine Möglichkeit dazu ist eine thermody- namische Simulation des Verbrennungsmotors in einem elektronischen Kontrollsystem. Beispielsweise wird dabei anhand der Drehzahländerung des Turboladers die Einspritzmenge der Testeinspritzung ermittelt. Die Durchführung einer thermodynami- sehen Simulation ist jedoch nicht der einzig mögliche Weg zur Bestimmung der Betriebscharakteristik des Einspritzsystems. Der Einfluss einer eingespritzten Testmenge von Kraftstoff auf den Betriebsparameter des Turboladers kann auch vorgängig in einem Test oder in einer Simulation ermittelt und in einem elektronischen Kontrollsystem zugeordneten Kennfeld abgelegt werden. Der quantitative Wert des Betriebsparameters (beispielsweise eine Drehzahländerung) , welche auf eine Testeinspritzung zurückzuführen ist, kann dann während des regulären Betriebes des Verbrennungsmotors an das elektronische KontrollSystem übermittelt werden. Das elektronische Kontrollsystem braucht dann nur noch in dem Kennfeld beispielsweise den Wert „Einspritzmenge" auszulesen, welcher dem ermittelten Betriebsparameter entspricht. Der Vorteil von Kennfeldern gegenüber der thermodynamisehen Simulation liegt naturgemäß darin, dass der Rechenaufwand ganz erheblich reduziert werden kann.
Unter dem Begriff der Betriebscharakteristik fallen nicht nur die oben beispielhaft genannten qualitativen und quantitativen Größen. Anstatt in einem Kennfeld beispielsweise anhand einer gemessenen Turboladerdrehzahl die eingespritzte Kraft- stoffmenge zu ermitteln, kann in dem Kennfeld beispielsweise auch eine Abbildung von einem Betriebsparameter des Turboladers direkt auf einen Steuerparameter des Einspritzsystems abgelegt sein. Beispielsweise kann das Kennfeld eine Abbildung von einer Änderung der Turboladerdrehzahl auf eine An- steuerdauer oder eine Korrektur der Ansteuerdauer des Injektors umfassen, welcher die Testeinspritzung ausgeführt hat. Eine verkürzte Ansteuerdauer beispielsweise ist dann gleichbedeutend mit einem Injektor, der aufgrund von Herstellungstoleranz und/oder Drift einen hohen Kraftstoffdurchsatz hat. Die Ansteuerdauer des Injektors, sowie deren Korrektur, stellt daher beispielsweise ebenfalls eine Betriebscharakteristik des Einspritzsystems dar.
Unter dem Begriff „Betriebsparameter des Turboladers" fallen auch Änderungen eines Betriebsparameters und Abweichungen von einem Sollwert, beispielsweise eine Abweichung der Änderung der Drehzahl von einem Sollwert, welcher aufgrund einer Testeinspritzung zu erwarten wäre.
Indem mehrere Testeinspritzungen durchgeführt werden, kann die Einspritzmenge oder eine aus einer Einspritzmenge ableitbare Größe genauer ermittelt werden. Dabei kann bei- spielsweise kurz nach jeder Testeinspritzung die Drehzahl des Turboladers oder eine mit der Drehzahl verwandte Größe gemessen werden. Mittels statistischer Methoden, beispielsweise durch Mittelwertbildung, kann anschließend die Einspritzmenge oder die aus der Einspritzmenge ableitbare Größe präziser bestimmt werden.
Es ist jedoch auch möglich mehrere Testeinspritzungen vorzunehmen und erst den gesamten Einfluss der Testeinspritzungen auf einen Rotationsparameter des Turboladers zu ermitteln. Dadurch können insbesondere Drifts und Fertigungstoleranzen in der Dynamik, des Öffnungs- und Schließvorgangs eines Injektors präziser ermittelt werden. Vorzugsweise werden die Testeinspritzungen kurz nacheinander vorgenommen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Testeinspritzung oder die Testeinspritzungen bezüglich einer durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Kurbelwelle drehmomentneutral vorgenommen. Damit ist gemeint, dass die Ein- spritzung derart vorgenommen wird, dass sie keine Arbeit oder zumindest im Wesentlichen keine Arbeit an dem Zylinderkolben verrichtet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die gesamte Energie der Einspritzung der Wärme und der Ausströmungsgeschwindigkeit der Abgase zugeführt wird. Dadurch kann die Be- triebscharakteristik des Einspritzsystems genauer und einfacher ermittelt werden. Drehmomentneutrale Einspritzungen können insbesondere über eine geeignete Wahl des Einspritzzeitpunktes vorgenommen werden. Ein solcher Einspritzzeitpunkt ist für manche Verbrennungsmotoren beispielsweise in der Nähe des unteren Totpunktes gegeben, noch bevor das Auslassventil geschlossen wird.
Die Erfindung kann derart ausgestaltet sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren fortlaufend während des Betriebes des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Da die Drift von modernen Einspritzsystemen jedoch relativ langsam abläuft, ist es besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren in zeitlichen Abständen zur Kalibrierung des Einspritzsystems durchzuführen .
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren vor- teilhaften Ausführung auch dafür verwendet werden, um mittels einer Abweichung des ermittelten Betriebsparameters von einem Sollwert in einer späteren Einspritzung denselben oder einen anderen Sollwert, insbesondere eine Soll-Einspritzmenge, genauer zu erzielen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren für mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors, vorzugsweise für alle Zylinder des Verbrennungsmotors, durchgeführt. Mittels einer geeigneten individuellen Ansteuerung der Injektoren können dann für alle Zylinder gleichartige Einspritzmuster erzielt werden, wodurch sich ein besonders ruhiger Betrieb des Verbrennungsmotors ergibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei- spielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen vereinfachten Motor
Figur 2 Einspritzmuster von vier Injektoren, die Ferti- gungstoleranzen aufweisen;
Figur 3 Einspritzmuster von vier Injektoren mit einer Testeinspritzung bei einem Injektor;
Figur 4 Einspritzmuster von vier Injektoren, wobei die Ansteuerung eines Injektors korrigiert ist und ein anderer Injektor eine Testeinspritzung ausführt;
Figur 5 ein Einspritzmuster mit korrigierten Ansteuerung- en. Figur 1 zeigt einen Motor 1 in einer Ausführungsform der Erfindung. Der Motor 1 umfasst eine Motorsteuerung engine control unit= ECU 10, ein Einspritzsystem 30, einen Turbolader 40 und einen Motorblock 50.
Das Einspritzsystem 30 ist als CommonrailSystem ausgebildet. Es umfasst einen Druckspeicher 36 und vier mit dem Druckspeicher 36 verbundene Injektoren 31, 32, 33, 34.
Der Motorblock so umfasst vier Zylinder 51, 52, 53, 54. Jedem der Zylinder 51, 52, 53, 54 ist einer der Injektoren 31, 32, 33, 34 zugeordnet.
Der Turbolader 40, welcher durch aus den Zylindern 51, 52, 53, 54 austretende Verbrennungsgase antreibbar ist und durch welchen komprimierte Luft in die Brennräume der Zylinder 51, 52, 53, 54 einführbar ist, ist an den Motorblock 50 angeschlossen. Der Turbolader 40 umfasst eine Turboladermessvor- richtung 42, welche die Drehzahl einer hier nicht weiter dar- gestellten Turbine des Turboladers 40 misst.
Die ECU 10 umfasst eine elektronische Schaltung 11, eine in- jektorseitige Schnittstelle 12 und eine turboladerseitige Schnittstelle 13. Über die turboladerseitige Schnittstelle 13 ist die ECU 10 mit der Turboladermessvorrichtung 42 verbunden. Über die injektorseitige Schnittstelle 12 ist die ECU 10 mit jedem der Injektoren 31, 32, 33, 34 verbunden.
Die elektronische Schaltung 11 umfasst ein Kennfeld 14, einen Speicherbereich 15 zum Speichern von Parametern von Testeinspritzungen, Speicherbereiche 21, 22, 23, 24 zur Ermittlung und Speicherung von Betriebscharakteristiken des Einspritzsystems 30, eine Logikschaltung 16, sowie einen Analog- Digital-Wandler (AD-Wandler) 17.
Der Speicherbereich 21 erlaubt einen Lese- und Schreibzugriff und ist für die Ermittlung und Speicherung einer Be- triebscharakteristik des Injektors 31 vorgesehen. Er umfasst einen Speicherbereich 21a zum Speichern einer Drehzahl ohne Testeinspritzung, einen Speicherbereich 21b zum Speichern einer Drehzahl mit Testeinspritzung über den Injektor 31 und einen Speicherbereich 21c zum Speichern einer Drehzahländerung. In analoger Weise sind die Speicherbereiche 22, 23, 24 zur Ermittlung und Speicherung einer Betriebscharakteristik der jeweils übrigen Injektoren 32, 33, 34 vorgesehen und umfassen in analoger Weise die Speicherbereiche 22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c, 24a, 24b, 24c.
Das Kennfeld 14 kann als einfache Abbildung von einer Drehzahländerung auf eine Korrektur der Ansteuerdauer ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kennfeld 14 jedoch als eine mehrdimensionale Abbildung von Drehzahländerung des Turboladers 40 und Arbeitspunkten des Verbrennungsmotors auf eine Korrektur der Ansteuerdauer der Injektoren ausgestaltet. Das Kennfeld 14 wird vor dem regulären Betrieb des Verbrennungsmotors in Tests oder Simulationen aus- gemessen und initialisiert. Normalerweise braucht das Kennfeld 14 während der gesamten Lebensdauer des Verbrennungsmotors für die hier besprochene Ausführungsform nicht mehr geändert zu werden.
Im Speicherbereich 15 sind Werte des Startzeitpunktes und der Ansteuerdauer einer Testeinspritzung in Grad Kurbelwinkel gespeichert. Vorzugsweise sind diese Werte derart gewählt, dass sich eine drehmomentsneutrale Testeinspritzung ergibt. Dieser Speicherbereich 15 kann als reiner LesezugriffSpeicher ausge- bildet sein.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels von Figur 1 wird im Folgenden anhand der Einspritzschemata von Figur 2 bis Figur 5 näher erläutert. Die Figuren 2-5 zeigen dabei die zeit- liehe Abfolge von Einspritzungen, welche durch die vier Injektoren 31, 32, 33, 34 ausgeführt werden. Die Zeit t ist jeweils auf der Abszisse aufgetragen, während die Ordinate m die Einspritzmenge einer Einspritzung repräsentiert. Dabei bezeichnet eine Einspritzung 31r eine reguläre Einspritzung des Injektors 31. In analoger Weise bedeuten die Einspritzungen 32r, 33r, 34r jeweils reguläre Einspritzungen der Injek- toren 32, 33, 34. mθ bezeichnet eine vorgegebene Solleinspritzmenge für einen vorgegebenen Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors .
Figur 2 zeigt die Abfolge von Einspritzungen in die vier Zy- linder 51, 52, 53, 54 bei einem konstanten Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors, vorzugsweise im Leerlauf. Anhand von Figur 2 ist ersichtlich, dass die Injektoren 31, 32, 34, aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder Drift vom Sollwert abweichende Einspritzmengen liefern. Aufgrund dieser Ferti- gungstoleranzen und Drift können selbst unter der Voraussetzung identischer Ansteuerung der Injektoren unterschiedliche Injektoren unterschiedliche Einspritzmengen zur Folge haben. Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Einspritzmengen der Injektoren 31, 34 bezüglich der Solleinspritzmenge mθ zu groß, wäh- rend die Einspritzmenge des Injektors 32 zu niedrig ist. Nur Injektor 33 liefert die korrekte Einspritzmenge. Für den konstanten Arbeitspunkt und das in Figur 2 dargestellte Einspritzmuster wird durch die Turboladermessvorrichtung 42 zunächst eine erste Drehzahl des Turboladers 40 gemessen und in dem Speicherbereich 21a abgelegt. Danach geht der Verbrennungsmotor 1 in einen Betrieb mit einem Einspritzmuster, welches dem der Figur 3 entspricht, über.
Figur 3 zeigt die Abfolge von Einspritzungen in die vier Zy- linder 51, 52, 53, 54 bei demselben Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors, wie in Figur 2. Die vier Injektoren 31, 32, 33, 34 werden derart angesteuert, dass die regulären Einspritzungen 31r, 32r, 33r, 34r genau gleich wie in Figur 2 durchgeführt werden. Zusätzlich führt der Injektor 31 jedoch eine Testeinspritzung 31T durch. Für die Testeinspritzung wird der Injektor 31 durch die ECU 10 mittels der konstanten Ansteue- rungsparameter, welche in dem Speicherbereich 15 abgelegt sind, angesteuert. Die Testeinspritzung wird drehmomentneutral vorgenommen. Durch die Testeinspritzung ändert sich die Drehzahl des Turboladers 40. Sobald der Turbolader 40 einen stationären Betriebszustand erreicht hat, wird durch die Turboladermessvorrichtung 42 eine zweite Drehzahl gemessen und in dem Speicherbereich 21b abgelegt.
Anschließend wird durch die logische Schaltung 16 die Drehzahländerung durch Differenzbildung der ersten und der zwei- ten Drehzahl ermittelt und in dem Speicherbereich 21c abgelegt. In dem in Figur 3 dargestellten Beispiel wird sich die Drehzahl aufgrund der durch den Injektor 31 vorgenommenen Testeinspritzung 31T überdurchschnittlich stark ändern, da der Injektor 31 bei einer festen Ansteuerdauer überdurch- schnittlich viel Kraftstoff einspritzt. Dadurch wird die ermittelte Drehzahländerung für den Injektor 31 größer sein als eine vorgegebene Solldrehzahländerung.
Für die ermittelte Drehzahländerung wird in dem Kennfeld 14 ein Wert für eine Korrektur der Ansteuerdauer ausgelesen. Im angegebenen Beispiel des Injektors 31 muss die Ansteuerdauer verkürzt werden. Mithilfe des im Speicherbereichs 21c abgelegten Wertes für die Korrektur der Ansteuerdauer passt die Logikschaltung 16 die Ansteuerdauer des Injektors 31 derart an, dass die Solleinspritzmenge mθ für den Injektor 31 erreicht wird.
Die Korrektur der Ansteuerdauer kann beispielsweise als Faktor hinterlegt sein, mit dem die ursprüngliche Ansteuerdauer multipliziert werden muss. In einer einfacheren Variante ist das Kennfeld 14 reine Abbildung der Drehzahländerung auf die Korrektur der Ansteuerdauer ausgestaltet sein. Ein solches Kennfeld 14 führt jedoch nur für denjenigen Arbeitspunkt zu einer präzisen Korrektur, für welchen das Kennfeld auch zuvor ausgemessen wurde. In andern Arbeitspunkten stellt es lediglich eine Näherung der optimalen Korrektur der Ansteuerdauer dar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kennfeld 14 daher als mehrdimensionales Kennfeld hinterlegt, welches Last des Verbrennungsmotors, Drehzahl des Verbrennungsmotors und Drehzahländerung des Turboladers auf eine Korrektur der Ansteuerdauer abbildet. Mathematisch gesprochen handelt es sich um eine Abbildung von Raum R3 nach R. Um in dieser Variante den Wert für die Korrektur der Einspritzdauer auslesen zu können, muss die ECU 10 zusätzlich Kenntnis über den Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors haben. Diese Kenntnis ist in einer ECU 10 jedoch praktisch immer vorhanden.
Figur 4 zeigt die Abfolge von Einspritzungen in die vier Zylinder 51, 52, 53, 54 des Verbrennungsmotors, wobei die Ansteuerung des Injektors 31 gemäß der in dem Kennfeld 14 ermittelten Korrektur der Ansteuerdauer angepasst worden ist, sodass die Solleinspritzmenge mθ erzielt wird. Analog zu der oben beschriebenen Vorgehensweise für den Injektor 31 wird nun die Ansteuerung des Injektors 32 korrigiert. Dabei wird wiederum zunächst die Drehzahl des Turboladers bei einem Arbeitspunkt ohne Testeinspritzung und anschließend mit Test- einspritzung 32T, welche durch den Injektor 32 durchgeführt wird, gemessen. Der zu der Drehzahländerung gehörige Wert für die Korrektur der Einspritzdauer wird wiederum aus dem Kennfeld 14 ausgelesen.
Figur 5 zeigt die Einspritzmuster der Injektoren 31, 32, 33, 34, nachdem jeder Injektor 31, 32, 33, 34 sequentiell eingestellt worden ist. Leicht erkennbar ist hier, dass nun sämtliche Injektoren 31, 32, 33, 34 gleiche Einspritzmengen erzeugen. Es sei dabei ergänzend angemerkt, dass die Erfindung selbstverständlich nicht auf Motoren mit vier Zylindern beschränkt ist.
Ebenso sei erwähnt, dass eine Testeinspritzung nicht drehmomentneutral zu sein braucht, da die Einflüsse einer reduzier- ten Wärmeproduktion durch Verrichtung von Arbeit am KoI- ben ebenfalls in einem Kennfeld mittels Simulationen oder Tests berücksichtigt werden können.
Es wird angemerkt, dass eine Testeinspritzung nicht eine se- parate Einspritzung zu sein braucht. So ist es beispielsweise ebenfalls möglich zunächst wie für Figur 2 beschrieben die erste Drehzahl zu messen. Anstatt wie in Figur 3 dargestellt wird jedoch zur Ermittlung einer zweiten Drehzahl durch den Injektor 31 nicht eine separate Einspritzung 31T durchge- führt, sondern die Einspritzungen 31r werden um eine definierte Zeitdauer verlängert. Eine dadurch messbare Änderung der Drehzahl des Turboladers kann mittels eines geeignet ausgemessenen Kennfelds ebenfalls verwendet werden, um die Ansteuerung des Injektors 31 anzupassen.
Ein Kontrollparameter des Einspritzsystems, wie beispielsweise die Korrektur der Einspritzdauer, braucht nicht als Faktor hinterlegt zu sein. Ebenso kann die Korrektur mittels eines Summanden oder einer geeignete anderweitigen mathematische Funktion vorgenommen werden.
Eine Korrektur der Einspritzmenge ist nicht nur über die Einspritzdauer möglich, sondern die Korrektur der Einspritzmenge kann auch über einen Pegel eines Ansteuersignals für einen Injektor vorgenommen werden, beispielsweise über den Spannungsverlauf des Ansteuersignals.
Es sei zudem erwähnt, dass die Erfindung nicht auf eine Ermittlung eines einzigen Korrekturparameters pro Injektor, wie beispielsweise die im Speicherbereich 21c abgelegte Drehzahländerung, begrenzt ist. Es ist ebenso gut möglich, mehrere Korrekturparameter für einen Injektor zu ermitteln und zu speichern, beispielsweise als mehrdimensionales Kennfeld, bei welchem für verschiedenen Arbeitspunkte des Verbrennungsmo- tors und für unterschiedliche Raildrücke die Drehzahländerungen, welche durch eine Testeinspritzung in dem Turbolader zustande kommen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgemessen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer Betriebscharakteristik eines Einspritzsystems (30) eines Verbrennungsmotors (1) , wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Turbolader (40) umfasst; umfassend die Verfahrensschritte:
A) Vornehmen einer Testeinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors (1) mittels des Einspritzsystems (30) ; B) Ermitteln eines Betriebsparameters des Turboladers (40) ; C) Ermitteln einer Betriebscharakteristik des Einspritzsystems (30) anhand des ermittelten Betriebsparameters des Turboladers (40) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter des Turboladers (40) ein Rotationsparameter, vorzugsweise eine Turboladerdrehzahl oder eine aus einer Turboladerdrehzahl ableitbare Größe ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebscharakteristik des Einspritzsystems (30) eine Einspritzmenge oder eine aus einer Einspritzmenge ableitbare Größe, insbesondere ein Kontrollparameter des Einspritzsystems, ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte A) bis C) für mehrere Testeinspritzungen vorgenommen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testeinspritzung oder die Testeinspritzungen drehmomentneutral vorgenommen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Betriebsparameters eine Kalibrierung des Einspritzsystems (30) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung des ermittelten Betriebsparameters von einem Sollwert verwendet wird, um in einer späteren Einspritzung denselben oder einen anderen Sollwert genauer zu erzielen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für mehrere Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors, vorzugsweise für alle Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors, durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren verwendet wird, um möglichst gleichartige Einspritzmuster in unterschiedliche Zylinder (51, 52, 53, 54) zu erzielen.
10. Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebscharakteristik eines Einspritzsystems mit: a) einer injektorseitigen Schnittstelle (12) zur Ansteuerung eines Einspritzsystems (30) , insbesondere zur Auslösung einer Testeinspritzung in einen Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors (1) ; b) einer turboladerseitigen Schnittstelle (13) zum Empfang eines Betriebsparameters des Turboladers; c) einer elektronischen Schaltung (11) , die derart ausgestaltet ist, dass anhand des turboladerseitig empfangenen Betriebsparameters eine Betriebscharakteristik des Ein- spritzsystems (30) ermittelbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter des Turboladers (40) ein Rotationsparameter, vorzugsweise eine Turboladerdrehzahl oder eine aus einer Turboladerdrehzahl ableitbare Größe, ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebscharakteristik des Einspritzsystems (30) eine Einspritzmenge oder eine aus einer Einspritzmenge ableitbare Größe, insbesondere ein Kontrollparameter des Einspritzsystems (30) , ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Testeinspritzung drehmomentneutral vornehmbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (11) derart ausgestaltet ist, dass anhand des ermittelten Betriebsparameters eine Kalibrierung des Einspritzsystems (30) vornehmbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung des ermittelten Betriebsparameters von einem Sollwert verwendet wird, um in einer späteren Einspritzung denselben oder einen anderen Sollwert genauer zu erzielen insbesondere um in der späteren Einspritzung eine vorgesehene Einspritzmenge Kraftstoff genauer zu erzielen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elektronische Kontrollsystem (10) Testeinspritzungen in mehrere Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmo- tors (1), vorzugsweise in alle Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors (1), vornehmbar sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (11) derart ausgebildet ist, dass das Einspritzsystem (30) durch das elektronische Kontrollsys- tem (10) derart ansteuerbar ist, dass unter Berücksichtigung der ermittelten Betriebscharakteristik ein möglichst gleichartiges Einspritzmuster für unterschiedliche Zylinder (51, 52, 53, 54), vorzugsweise für sämtliche Zylinder (51, 52, 53, 54) des Verbrennungsmotors (1), erzielbar ist.
18. Verbrennungsmotor (1) umfassend einen Motorblock (50), ein Einspritzsystem (30) , einen Turbolader (40) , eine Turbo- ladermessvorrichtung (42) und das elektronische Kontrollsystem (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 17.
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