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WO2008092779A1 - Verfahren und vorrichtung zur korrektur der kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur korrektur der kraftstoffeinspritzung Download PDF

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Publication number
WO2008092779A1
WO2008092779A1 PCT/EP2008/050737 EP2008050737W WO2008092779A1 WO 2008092779 A1 WO2008092779 A1 WO 2008092779A1 EP 2008050737 W EP2008050737 W EP 2008050737W WO 2008092779 A1 WO2008092779 A1 WO 2008092779A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
fuel
control device
deviation
injection
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/050737
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fredrik Borchsenius
Hong Zhang
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
Publication of WO2008092779A1 publication Critical patent/WO2008092779A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464—Characteristics of actuators
    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for correcting the fuel injection in an internal combustion engine, according to the preamble of the independent claim 1 or 6.
  • Devices of this type are used in common-rail diesel internal combustion engines. They divide the combustion chamber the fuel from the pressure accumulator and are controlled by the control device. For example, the opening time or the opening timing of the injector is varied. Further, in some structural designs, the opening width or the opening stroke of the injector can be set differently so that the amount of injected fuel can also be influenced thereby. These variable magnitudes may also be referred to as the control sizes of the injector.
  • the internal combustion engine is operated at each operating time in an optimal, that is to say economical, range, since exactly the required fuel quantity is injected.
  • a determination of the injector error via a direct measurement of the injected fuel quantity is not possible, therefore, the injector error must be determined in an indirect way.
  • the state of the art indicates different variants.
  • a method for this purpose is described in DE 3802803 Al.
  • a rotational angular acceleration is determined on the crankshaft as a measure of the smoothness of the multi-cylinder internal combustion engine.
  • the torque amounts of the individual cylinders are determined.
  • the control device adapts the torque amounts to each other by changing the injection time or the ignition time and thus achieving the maximum smoothness.
  • DE 3802803 Al is therefore not dedicated to the injector error, but causes a cylinder equalization.
  • the determination of the required change takes place only with lean air-fuel mixtures. The result is then also used for rich mixtures.
  • the internal combustion engine operates in a state based on the desired operating parameters.
  • Pressure accumulator of internal combustion engines with Druckeinspritz- device are fed by a fuel pump in the rule.
  • the fuel pump must have pressures of 1500 bar and provide more.
  • Piston pumps are often used to produce these high pressures.
  • piston pumps have the disadvantage for the here described injector error determination that they work intermittently and thus cause pressure fluctuations in the pressure accumulator.
  • the pressure fluctuations caused by the fuel pump do not disturb the determination of the actual fuel quantity, they are preferably filtered from the signals dependent on the pressure. The filtered pressure curve then contains only caused by the injectors pressure fluctuations. Thus, the output actual fuel amount can be easily determined.
  • a value can be stored in the control device which represents the deviation between actual and desired fuel quantity, e.g. as a correction factor.
  • the stored value is replaced by the new value after a deviation has been detected again.
  • the need for storage capacity is less than when storing a plurality of values.
  • the control device influences the control variables of the injectors.
  • the control device uses known injector characteristics.
  • the characteristics write standard injectors.
  • the injectors deviate from standard behavior.
  • the predetermined characteristics are not correct, and a correction is required.
  • the control device uses a known standard characteristic and adapts it with regard to the value of the determined deviation between actual and desired fuel quantity. It thus compensates for the previously used injector characteristic of the actually present characteristic. This applies to the entire operation. As a result, it changes the taxable and taxable learns the amount of fuel delivered more accurately.
  • the resulting advantages are for example a better smoothness and a better emission behavior of the internal combustion engine.
  • an injector error can be detected if, during the adaptation, a deviation from the standard characteristic that exceeds a limit value occurs.
  • FIG. 2 shows a method for operating a device according to FIG. 1, FIG.
  • Fig. 1 shows schematically a pressure injection device of an internal combustion engine not shown here with four combustion chambers.
  • an injector 2 fed from an accumulator 1 discharges.
  • These injectors 2 can be controlled depending on their structural design on the basis of opening time, opening time, opening width and / or opening stroke and inject fuel from the pressure accumulator 1 into the combustion chamber.
  • the pressure in the pressure accumulator 1 is generated by a fuel pump 3.
  • This example designed as a piston pump fuel pump 3 acts on the pressure accumulator 1 with fuel and thus generates the high pressure of about 1500 bar.
  • a pressure sensor 4 attached to the pressure accumulator 1 measures the pressure in the pressure accumulator 1, generates signals dependent on the pressure in the pressure accumulator 1 and transmits them to a control device 5.
  • This control device 5 has a memory for data and values. In this memory, the signals of the pressure sensor 4 are stored. Furthermore, the control device 5 is responsible for the control of the injectors. With the aid of the injectors 2, the control device 5 influences the time of an injection and an amount of fuel to be injected. It controls the opening time of the injector 2 and, depending on the injector type, sometimes also the opening width or the opening stroke of the injectors. 2
  • control device therefore takes into account the injector type and the pressure prevailing in the pressure accumulator 1 in the selection of the variables, hereinafter referred to as "control variables.” For this purpose, it uses a characteristic field or a table which determines the duration of the opening, the pressure in the pressure accumulator 1, for the type of injector used For example, the quantity of fuel delivered as a function of the pressure and the duration of the opening can be stored in the control device 5.
  • a model description in the form of equations or formulas can also be used In order to determine it, the injector type was previously measured and the characteristic is stored in a memory of the control device 5 or in the memory of the corresponding injector.
  • the associated control variables are available.
  • the control device 5 uses this as a function of the current operating conditions and adjusts the quantity of fuel to be dispensed during the injection via the choice of the control variables.
  • the injector does not always deliver the quantity of fuel to be injected during an injection. The reasons for this are on the one hand in manufacturing tolerances of the injectors. An increase in games due to wear, temperature defects or wear of the needle point geometry also results in deviations in the amount of fuel injected. Existing deviations between the real injectors and the ideal injectors, which underlie the stored injector characteristics and which are also referred to as "standard injectors", are unavoidable in practice.
  • the controller 5 only characteristics for the standard injectors and, at most, even rigid wear predictions are provided to the controller 5. It thus works on predictions or estimates, but not on knowledge about errors of the actual injectors. However, since the precision with which the amount of fuel in the injection takes place on the efficiency and smoothness of the internal combustion engine and on the exhaust gas composition, as described below, the actual injected fuel quantity for the current control is determined. The determination preferably takes place over a wide range of the control variables. The result serves in one embodiment of the invention to adapt the injector characteristic on the basis of the characteristic for standard injectors.
  • This routine consists of 8 steps and is initiated when certain operating parameters are reached in step S1.
  • the control device 5 detects (for example continuously) the signals of the pressure sensor 4 dependent on the pressure in the pressure accumulator 1 and stores them.
  • step S2 the signals reproduce a pressure curve in the pressure accumulator 1 (S2).
  • the pressure curve are superimposed Contain pressure fluctuations, which are caused by the injectors 2 and the fuel pump 3.
  • the pressure fluctuations caused by the injectors 2 are caused by the volume outflow from the pressure accumulator 1. For this reason, the fuel quantity delivered by the injectors 2 is determined from these pressure fluctuations.
  • step S3 Since only those pressure fluctuations are required that cause the injectors 2, the pressure fluctuations caused by the fuel pump 3 are filtered out in step S3. They are e.g. from the knowledge about Fordervolumen / volume flow of the fuel pump 3 described. In order to be able to filter out the volume flow of the fuel pump 3 from the signals dependent on the pressure, it is necessary to be able to make precise statements as to when the fuel pump 3 executes a Forderhub. The filtering thus requires a synchronization to the operation of the fuel pump 3. In a drive of the fuel pump 3 by the crankshaft of the internal combustion engine, this is easily possible because of the i.d.R. known crankshaft angle position a reliable statement about the beginning is possible.
  • a position detection of Forderianan the fuel pump 3 allows synchronization between filtering and Fordertatmaschine the fuel pump 3. With knowledge of the flow and the beginning of a new Forderhubes the fuel pump 3, it is now possible to filter the pressure fluctuations caused by the fuel pump 3. The filtered pressure curve then contains only the pressure fluctuations caused by the injectors 2.
  • FIG. 3 a shows schematically the injector volume flows 6 which flow out of the pressure accumulator and the fuel pump volume flows 7, which are fed into the pressure accumulator 1.
  • the volume flows 6 and 7 are plotted in mm 3 / ms above the crank angle position alpha (in degrees).
  • alpha in degrees
  • the piston pump 3 intermittently requires fuel in the accumulator 1.
  • a Forderhub lasts about 230 °. After each full revolution (360 °) a new Forderhub begins.
  • the injectors give in the present example only for a period of 30 ° fuel from the pressure accumulator 1.
  • FIG. 4 a shows a discharge volume flow Q 1 or Q 2 (eg during injection processes) over time t.
  • the pressure fluctuations ⁇ p temporarily reduce the maximum pressure in the pressure accumulator 1.
  • the coincidence with respect to FIG. 4a is shown by dashed lines.
  • the volume flow of the fuel mass ml leads to a decrease in pressure ⁇ pi; the pressure decrease ⁇ p 2 is caused by the volume outflow of the fuel mass m2.
  • the volume outflow of the mass ml causes the larger pressure fluctuation or a larger pressure decrease than the volume outflow of the smaller mass m2.
  • step S5 the control device 5 compares the actual fuel mass with the desired fuel mass and determines a possibly existing deviation of the two. This deviation is determined for at least one injection.
  • the deviation is determined in the case of several injections of the injectors 2 and then an averaging and / or a plausibility check of the deviations is carried out.
  • the deviation is converted into correction values of the control quantities in step S6 by means of tables stored in the memory of the control device 5.
  • the correction value is stored in the memory of the control device 5 in step S7. It remains in memory until it is replaced by a correction value of a redetermined deviation.
  • the correction value is thus used in step S8 for the control of the injectors 2 in the control device 5. It affects the control variables to account for the actual injector characteristics in the future injections and to inject the desired amount of fuel in all operating conditions.
  • the determination of the injector error in the form of a deviation between the setpoint and actual fuel quantities is advantageously carried out for as many different operating states, in particular for various fuel injection masses / quantities and / or accumulator pressures covering a wide range, in order to maximize the number of attachment points for adapting the injector characteristic to have.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine, mit einem Druckspeicher (1) für Kraftstoff, einem Drucksensor (4) zum Messen des Druckes im Druckspeicher und mindestens einem steuerbaren, aus dem Druckspeicher (1) gespeisten Injektor (2), welcher durch eine Steuereinrichtung (5) zur Einspritzung einer Soll-Kraftstoff menge angesteuert wird, wobei der Drucksensor (4) ein vom Druck im Druckspeicher (1) abhängiges Signal an die Steuereinrichtung (5) übermittelt und diese eine Abweichung zwischen der bei einer Einspritzung abgegebenen Ist-Kraftstoffmenge und der Soll-Kraftstoffmenge feststellt und die Einspritzung beim künftigen Ansteuern des Injektors (2) anhand dieser Abweichung korrigiert, ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (5) anhand des vom Druck im Druckspeicher (1) abhängige Signals die bei einer Einspritzung abgegebene Ist-Kraftstoffmenge ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 oder 6.
Vorrichtungen solcher Art werden bei Common-Rail-Diesel- brennkraftmaschinen verwendet. Sie teilen den Brennraumen den Kraftstoff aus dem Druckspeicher zu und werden dazu von der Steuereinrichtung angesteuert. Beispielsweise wird die Öffnungszeit oder der Offnungszeitpunkt des Injektors variiert. Weiter kann bei einigen konstruktiven Gestaltungen die Off- nungsweite oder der Offnungshub des Injektors verschieden eingestellt werden, so dass dadurch ebenfalls die Menge an eingespritztem Kraftstoff beeinflusst werden kann. Diese variablen Großen können auch als Steuergroßen des Injektors bezeichnet werden .
Durch Beeinflussung und Veränderung der Steuergroßen wird die Brennkraftmaschine zu jedem Betriebszeitpunkt in einem optimalen, sprich wirtschaftlichen Bereich betrieben, da exakt die benotigte Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Aber mechanische Baugruppen, so auch die Injektoren, sind grundsatzlich individuellen Streuungen durch Fertigungstoleranzen, Verschleiß, Alterung und dergleichen unterworfen. Diese Streuungen variieren zudem über die Lebensdauer. Sie verursachen eine Abweichung zwischen einer Soll-Kraftstoffmenge, die sich bei einem Norm-Injektor für aktuelle Werte der Steuergroßen ergäbe, und der tatsachlich vom realen Injektor eingespritzten Ist-Kraftstoffmenge. Mann spricht deshalb auch vom „Injektorfehler" . Abweichungen der eingespritzten Kraftstoffmenge können den Lauf der Brennkraftmaschine nachhaltig negativ beeinflussen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich immer strenger werdender Umweltvorschriften bezuglich des Emissionsverhaltens. Man ist deshalb bemuht, den Injektorfehler zu ermitteln und im laufenden Betrieb auszugleichen, indem die Steuergroßen entsprechend angepasst werden.
Eine Ermittlung des Injektorfehlers über eine direkte Messung der eingespritzten Kraftstoffmenge ist nicht möglich, daher muss der Injektorfehler auf indirektem Weg ermittelt werden. Der Stand der Technik gibt dazu verschiedene Varianten an. Ein Verfahren hierzu ist in DE 3802803 Al beschrieben. Hierbei wird eine Drehwinkelbeschleunigung an der Kurbelwelle als Maß für die Laufruhe der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ermittelt. Hierzu werden die Drehmomentbetrage der einzelnen Zylinder ermittelt. Bei einer Abweichung passt die Steuereinrichtung die Drehmomentbetrage einander an, indem sie den Einspritzzeitpunkt oder den Zundzeitpunkt verändert und somit die maximale Laufruhe erzielt. Die DE 3802803 Al widmet sich dem Injektorfehler also nicht, sondern bewirkt eine Zylindergleichstellung. Die Ermittlung der notigen Veränderung findet nur bei mageren Luft-Kraftstoffgemischen statt. Das Ergebnis wird dann ebenfalls für fette Gemische genutzt.
Andere bekannte Verfahren, wie z.B. in der Druckschrift DE 19612179 Cl beschrieben, nutzen einen beim Verbrennungsvorgang entstehenden Korperschall zur Zylindergleichstellung. Hierzu werden Verbrennungsgerausche der einzelnen Zylinder durch eine Analyse des Korperschalls ermittelt und eventuell auftretende Unterschiede festgestellt. Durch Steuermaßnahmen, wie beispielsweise eine Vor- oder Spatverlegung des Einspritzvorganges, kann der Beginn eines Verbrennungsvorganges ausgewählter Zylinder beeinflusst und die Drehmomentbetrage der Zylinder einander angeglichen werden. Der Injektorfehler wird nicht ermittelt. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass insbesondere bei großen Einspritzmengen der Injektorfehler mit großer Genauigkeit festgestellt werden kann und die tatsachlich eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemaß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelost.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemaß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 6 gelost.
Erfindungsgemaß können mit Hilfe der Druckeinspritz- Vorrichtung oder mit Hilfe des Verfahrens Unterschiede zwischen Ist- und Soll-Kraftstoffmenge festgestellt und korrigiert werden. Dabei arbeitet die Brennkraftmaschine in einem Zustand, dem gewünschte Betriebsparameter zugrunde liegen.
Bei Brennkraftmaschinen mit einer Druckeinspritz-Vorrichtung und einem Druckspeicher werden durch den Drucksensor vom Druck im Druckspeicher abhangige Signale erzeugt und an die Steuereinrichtung übermittelt. Auf Grundlage dieser Signale, z.B. mittels eines Modells, ermittelt die Steuereinrichtung die abgegebene Ist-Kraftstoffmenge. Geben die vom Druck abhangigen Signale einen Absolutdruck wieder, stellt die Steuereinheit auf Grundlage dieses Absolutdruckes die abgegebene Ist- Kraftstoffmenge fest. Durch Verwenden des Absolutdruckes entfallt ein Umrechnen der Signale. Eine damit verbundene Reduzierung von Rechenaufwand sowie benötigter Rechenleistung entlastet die Steuereinheit, das Modell ist vereinfacht und mögliche Fehlerquellen werden ausgeschlossen.
Druckspeicher von Brennkraftmaschinen mit Druckeinspritz- Vorrichtung werden in der Regel von einer Kraftstoffpumpe gespeist. Die Kraftstoffpumpe muss hierzu Drucke von 1500 bar und mehr bereitstellen. Um diese hohen Drucke zu erzeugen, werden häufig Kolbenpumpen eingesetzt. Kolbenpumpen besitzen jedoch für die hier geschilderte Injektorfehlerbestimmung den Nachteil, dass sie intermittierend arbeiten und somit Druckschwankungen im Druckspeicher verursachen. Damit die durch die Kraftstoffpumpe hervorgerufenen Druckschwankungen beim Ermitteln der Ist-Kraftstoffmenge nicht stören, werden sie vorzugsweise aus den vom Druck abhangigen Signalen gefiltert. Der gefilterte Druckverlauf enthalt dann lediglich durch die Injektoren verursachte Druckschwankungen. Damit kann die abgegebene Ist-Kraftstoffmenge leichter ermittelt werden.
Um die abgegebene Ist-Kraftstoffmenge nur in bestimmten Zeitabstanden ermitteln zu müssen, kann in der Steuereinrichtung ein Wert gespeichert werden, welcher die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Kraftstoffmenge repräsentiert, z.B. als Korrekturfaktor. Somit ist es möglich auch bei einer intermittierenden Ermittlung der Abweichung der Steuereinrichtung einen Wert zum Steuern zur Verfugung zu stellen. Der gespeicherte Wert wird nach einer erneut festgestellten Abweichung durch den neuen Wert ersetzt. Somit ist nur der letzte Wert der Abweichung gespeichert, und der Bedarf an Speicherkapazität ist geringer, als beim Speichern von einer Vielzahl von Werten.
Damit Brennkraftmaschinen unter allen Betriebsbedingungen optimal arbeiten, beeinflusst die Steuereinrichtung die Steuergroßen der Injektoren. Dazu greift die Steuereinrichtung auf bekannte Injektor-Charakteristiken zurück. Die Charakteristiken schreiben Norm-Injektoren. Allerdings weichen die Injektoren in der Praxis von dem Normverhalten ab. Somit stimmen die vorgegebenen Charakteristiken nicht, und eine Korrektur wird erforderlich. In einer vorteilhaften Weiterbildung greift die Steuereinrichtung auf eine bekannte Norm-Charakteristik zurück und adaptiert diese hinsichtlich des Wertes der ermittelten Abweichung zwischen Ist- und Soll-Kraftstoffmenge. Sie gleicht somit die zuvor verwendete Injektorcharakteristik der tatsachlich vorliegenden Charakteristik an. Dies gilt für den gesamten Betrieb. Dadurch verändert sie die Steuergroßen und steu- ert die abgegebene Kraftstoffmenge genauer. Sich ergebende Vorteile sind beispielsweise eine bessere Laufruhe und ein besseres Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine. Weiter kann ein Injektorfehler erkannt werden, wenn im Laufe der A- daption eine Abweichung von der Norm-Charakteristik auftritt, die einen Grenzwert überschreitet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung beispielhaft naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Druckeinspritz-Vorrichtung einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3a in der Vorrichtung der Fig. 1 auftretende Volumen ströme,
Fig. 3b Druckverlaufe in einem Druckspeicher der Fig. 1,
Fig. 4a Injektor-Volumenstrom und
Fig. 4b Druckverlauf in einem Druckspeicher der Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt schematisiert eine Druckeinspritz-Vorrichtung einer hier nicht naher dargestellten Brennkraftmaschine mit vier Brennraumen . In jeden dieser Brennraume mundet ein aus einem Druckspeicher 1 gespeister Injektor 2. Diese Injektoren 2 können abhangig von ihrer konstruktiven Gestaltung anhand von Öffnungszeit, Offnungszeitpunkt, Offnungsweite und/oder Offnungshub gesteuert werden und spritzen Kraftstoff aus dem Druckspeicher 1 in die Brennraume ein. Der Druck im Druckspeicher 1 wird von einer Kraftstoffpumpe 3 erzeugt. Diese z.B. als Kolbenpumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe 3 beaufschlagt den Druckspeicher 1 mit Kraftstoff und erzeugt somit den hohen Druck von ca. 1500 bar. Ein am Druckspeicher 1 angebrachter Drucksensor 4 misst den Druck im Druckspeicher 1, erzeugt vom Druck im Druckspeicher 1 abhangige Signale und übermittelt diese an eine Steuereinrichtung 5. Diese Steuereinrichtung 5 besitzt einen Speicher für Daten und Werte. In diesem Speicher werden die Signale des Drucksensors 4 gespeichert. Des Weiteren ist die Steuereinrichtung 5 für die Steuerung der Injektoren verantwortlich. Mit Hilfe der Injektoren 2 beeinflusst die Steuereinrichtung 5 den Zeitpunkt einer Einspritzung und eine einzuspritzende Kraftstoffmenge. Sie steuert dazu die Öffnungszeit des Injektors 2 sowie, abhangig vom Injektor-Typ, mitunter auch die Offnungsweite oder den Offnungshub der Injektoren 2.
Die eingespritzte Kraftstoffmenge hangt naturlich für eine gegebene Offnungsdauer vom Injektortyp und dem Druck im Druckspeicher 1 ab. Die Steuereinrichtung berücksichtigt also bei der Wahl der Großen, nachfolgend als „Steuergroßen" bezeichnet den Injektor-Typ und den im Druckspeicher 1 herrschenden Druck. Dazu verwendet sie ein Kennfeld oder eine Tabelle, das für den verwendeten Injektortyp die Offnungsdauer, den Druck im Druckspeicher 1 und die abgegebene Kraftstoffmenge in einen Zusammenhang setzt. Beispielsweise kann die abgegebene Kraftstoffmenge als Funktion des Druckes und der Offnungsdauer in der Steuereinrichtung 5 hinterlegt sein. Optional kann auch eine modellhafte Beschreibung in Form von Gleichungen bzw. Formeln verwendet werden. Diese hinterlegte Information wird auch als Injektor-Charakteristik bezeichnet. Um sie zu bestimmen, wurde der Injektor-Typ zuvor vermessen und die Charakteristik in einem Speicher der Steuereinrichtung 5 oder im Speicher des entsprechenden Injektors abgelegt.
Somit sind für jede einzuspritzende Kraftstoffmenge und für den Druck im Druckspeicher 1 die zugehörigen Steuergroßen verfugbar. Die Steuereinrichtung 5 greift in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsbedingungen darauf zurück und stellt über die Wahl der Steuergroßen die bei der Einspritzung abzugebende Kraftstoffmenge ein. In der Praxis wird durch den Injektor nicht immer die bei einer Einspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge abgegeben. Die Grunde hierfür liegen zum einen in Fertigungstoleranzen der Injektoren. Auch eine Erhöhung von Spielen durch Verschleiß, Temperaturdefekte oder ein Verschleiß der Nadelspitzgeometrie hat Abweichungen der eingespritzten Kraftstoffmenge zur Folge. Vorhandene Abweichungen zwischen den realen Injektoren und den idealen Injektoren, welche der hinterlegten Injektor-Charakteristik zugrunde liegen und welche auch als „Norm-Injektoren" bezeichnet werden, sind in der Praxis unvermeidlich .
Der Steuereinrichtung 5 werden jedoch nur Charakteristiken für die Norm-Injektoren und bestenfalls noch starre Verschleißvorhersagen bereitgestellt. Sie arbeitet somit nach Vorhersagen oder Schätzungen, aber nicht nach Kenntnis über Fehler der tatsachlich vorliegenden Injektoren. Da sich jedoch die Präzision, mit der die Kraftstoffmenge bei der Einspritzung erfolgt, auf Wirkungsgrad und Laufruhe der Brennkraftmaschine sowie auch auf deren Abgaszusammensetzung auswirkt, wird wie nachfolgend beschrieben die tatsachlich eingespritzte Kraftstoffmenge für die aktuelle Ansteuerung ermittelt. Die Ermittelung erfolgt dabei vorzugsweise über einen breiten Bereich der Steuergroßen. Das Ergebnis dient in einer Ausfuhrungsform der Erfindung dazu, die Injektor-Charakteristik ausgehend von der Charakteristik für Norm-Injektoren zu adaptieren.
Um die tatsachlich abgegebene Kraftstoffmenge zu ermitteln wird eine in Fig. 2 dargestellte Routine durchlaufen.
Diese Routine besteht aus 8 Schritten und wird bei Erreichen definierter Betriebsparameter im Schritt Sl eingeleitet. Für einen definierten Zeitabschnitt erfasst die Steuereinrichtung 5 dann (z.B. kontinuierlich) die vom Druck im Druckspeicher 1 abhangigen Signale des Drucksensors 4 und speichert diese.
In Schritt S2 geben die Signale einen Druckverlauf im Druckspeicher 1 wieder (S2) . In dem Druckverlauf sind überlagerte Druckschwankungen enthalten, welche durch die Injektoren 2 und die Kraftstoffpumpe 3 hervorgerufen werden. Die durch die Injektoren 2 bewirkten Druckschwankungen sind durch den Volumen- abfluss aus dem Druckspeicher 1 verursacht. Aus diesen Druckschwankungen wird deshalb die von den Injektoren 2 abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt.
Da nur diejenigen Druckschwankungen benotigt werden, die die Injektoren 2 verursachen, werden die durch die Kraftstoffpumpe 3 verursachten Druckschwankungen in Schritt S3 ausgefiltert. Sie werden z.B. aus der Kenntnis über Fordervolumen/Volumenstrom der Kraftstoffpumpe 3 beschrieben. Um den Volumenstrom der Kraftstoffpumpe 3 aus den vom Druck abhangigen Signalen herausfiltern zu können, ist es notwendig, genaue Aussagen treffen zu können, wann die Kraftstoffpumpe 3 einen Forderhub ausfuhrt. Die Filterung bedarf also einer Synchronisierung auf den Betrieb der Kraftstoffpumpe 3. Bei einem Antrieb der Kraftstoffpumpe 3 durch die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist dies einfach möglich, da aus der i.d.R. bekannten Kurbelwellenwinkelstellung eine zuverlässige Aussage über den Beginn möglich ist. Alternativ ermöglicht eine Positionserfassung von Forderelementen der Kraftstoffpumpe 3 die Synchronisierung zwischen Filterung und Fordertatigkeit der Kraftstoffpumpe 3. Mit Kenntnissen über den Volumenstrom und den Beginn eines neuen Forderhubes der Kraftstoffpumpe 3 ist es nun möglich, die durch die Kraftstoffpumpe 3 verursachten Druckschwankungen zu filtern. Der gefilterte Druckverlauf beinhaltet dann nur noch die von den Injektoren 2 verursachten Druckschwankungen .
Im Druckspeicher 1 überlagern sich, wie erwähnt, Volumenzu- flusse von der Kraftstoffpumpe 3 und Volumenabflusse bei Einspritzungen zu Druckschwankungen. Fig. 3a zeigt schematisch die Injektor-Volumenstrome 6 die aus dem Druckspeicher abfließen und die Kraftstoffpumpen-Volumenstrome 7, die in den Druckspeicher 1 eingespeist werden. Die Volumenstrome 6 und 7 sind in mm3/ms über der Kurbelwinkelstellung Alpha (in Grad) aufgetragen. Zur Vereinfachung wurden in Fig. 3a alle Volumen- Strome auf der positiven y-Achse aufgetragen. Wie zu sehen ist, fordert die Kolbenpumpe 3 intermittierend Kraftstoff in den Druckspeicher 1. Ein Forderhub dauert etwa 230°. Nach jeder vollen Umdrehung (360°) beginnt ein neuer Forderhub. Die Injektoren hingegen geben im vorliegenden Beispiel nur für eine Dauer von 30° Kraftstoff aus dem Druckspeicher 1 ab.
Alle 180° findet bei der hier dargestellten Vierzylinder- Brennkraftmaschine eine Einspritzung statt. Eine Integration der im Diagramm von Kurven und Achsen eingeschlossenen Flache, ergibt das aus dem Druckspeicher durch Einspritzung entnommene bzw. das geforderte Kraftstoffvolumen. Die Fig. 3b zeigt den zugehörigen Druckverlauf im Druckspeicher 1, der sich durch die Zuflüsse (von der Kolbenpumpe 3) und Abflüsse (durch die Injektoren 2) ergibt, wobei ein gemessener Druckverlauf 8 (gezackte Kurve) und ein simulierter Druckverlauf 9 (glatte Kurve) dargestellt sind. Die Volumenstrome der Fig. 3a haben deshalb eine Entsprechung im Druckverlauf der Fig. 3b. Die VoIu- menabflusse fuhren zu Druckeinbruchen und sind in dem Druckverlauf im Druckspeicher 1 z.B. als Unterbrechung eines Druckanstieges, welcher durch die Fordertatigkeit der Kolbenpumpe 3 verursacht wird, zu erkennen. Die Druckeinbruche verursachen hier lokale Minima, die in Fig. 3b z.B. mit M I und M III bezeichnet sind. Erfolgt der Volumenabfluss außerhalb des Forderhubes der Kolbenpumpe 3, sind Wendepunkte im Druckverlauf bei M II und M IV zu erkennen. Aus dem Druckverlauf im Druckspeicher 1 kann somit auf bei Injektoroffnung abgegebene Volumina ruckgeschlossen werden.
Eine quantitative Zusammenschau von Volumenstrom der Injektoren und Druckabfall im Druckspeicher ist schematisch nochmals in Fig. 4a und 4b zu sehen. In Fig. 4a ist ein abfließender Volumenstrom Ql bzw. Q2 (z.B. bei Einspritzvorgangen) über die Zeit t dargestellt. Durch Integration der zwischen den Kurven und der Zeitachse eingeschlossenen Flachen erhalt man die zu beiden Volumenstromen Ql und Q2 gehörenden Volumina und daraus die zugehörigen eingespritzten Kraftstoffmassen ml und m2. Im dargestellten Beispiel ist die bei der ersten Einspritzung ab- gegebene Kraftstoffmasse ml großer als die bei der zweiten Einspritzung abgegebene Kraftstoffmasse m2. Der dazugehörende Druckverlauf im Druckspeicher 1 ist in Fig. 4b dargestellt, wobei der Druck p über der Zeit t aufgetragen ist. Die Druckschwankungen Δp mindern temporar den maximalen Druck im Druckspeicher 1. Die zeitliche Übereinstimmung zu Fig. 4a ist durch gestrichelte Linien gezeigt. Der Volumenabfluss der Kraftstoffmasse ml fuhrt zu einer Druckabnahme Δpi; die Druckabnahme Δp2 ist durch den Volumenabfluss der Kraftstoffmasse m2 verursacht. Wie erwartet, verursacht der Volumenabfluss der Masse ml die größere Druckschwankung bzw. eine größere Druckabnahme als der Volumenabfluss der kleineren Masse m2.
Es zeigt sich eine indirekte Proportionalitat zwischen dem Vo- lumenabfluss und der Druckabnahme im Druckspeicher 1. Somit lassen die in Fig. 4b dargestellten Druckschwankungen, welche für eine Einspritzung charakteristisch sind, Rückschlüsse auf die abgegebene Kraftstoffmasse m zu. Aus dem Druck im Druckspeicher 1 sowie der Offnungsdauer des Injektors wird im Schritt S4 der Fig. 2 die eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt, die als Ist-Kraftstoffmenge zu verstehen ist.
In der Steuereinrichtung 5 ist für verschiedene Betriebsbedingungen, z.B. als Funktion des Druckes im Druckspeicher 1, die zugehörige Kraftstoffmasse hinterlegt, welche mit Norm- Injektoren eingespritzt wurde. Diese vom jeweiligen Betriebszustand abhangige Kraftstoffmasse wird auch als Soll- Kraftstoffmasse bezeichnet. Die Steuereinrichtung 5 vergleicht im Schritt S5 die Ist- mit der Soll-Kraftstoffmasse und bestimmt eine eventuell vorhandene Abweichung der Beiden. Diese Abweichung wird für mindestens eine Einspritzung ermittelt.
Um mögliche Fehler in den vom Druck abhangigen Signalen oder einen Fehler der Filterung weitestgehend auszuschließen, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Abweichung bei mehreren Einspritzungen der Injektoren 2 ermittelt und anschließend eine Mittelwertbildung und/oder eine Plausibili- tatsprufung der Abweichungen vorgenommen. Die Abweichung wird in Schritt S6 mit Hilfe von Tabellen, welche im Speicher der Steuereinrichtung 5 gespeichert sind, in Korrektur-Werte der Steuergroßen umgerechnet. Im Anschluss wird in Schritt S7 der Korrektur-Wert in dem Speicher der Steuereinrichtung 5 abgelegt. Er verbleibt so lange im Speicher, bis er durch einen Korrektur-Wert einer erneut festgestellten Abweichung ersetzt wird.
Der Korrektur-Wert wird in Schritt S8 folglich für die Ansteuerung der Injektoren 2 in der Steuereinrichtung 5 verwendet. Sie beeinflusst die Steuergroßen dahingehend, dass die tatsachliche Injektor-Charakteristik bei den künftigen Einspritzungen berücksichtigt und in allen Betriebszustanden die gewünschte Soll-Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Die Bestimmung des Injektorfehlers in Form einer Abweichung zwischen Soll- und Ist-Kraftstoffmenge wird Vorteilhafterweise für möglichst viele verschiedene Betriebszustande, insbesondere für verschiedene einen weiten Bereich abdeckende Kraftstoffeinspritzmassen/- mengen und/oder Druckspeicherdrucke, durchgeführt, um möglichst viele Stutzstellen zur Adaption der Injektorcharakteristik zu haben.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine, mit einem Druckspeicher (1) für Kraftstoff, einem Drucksensor (4) zum Messen des Druckes im Druckspeicher und mindestens einem steuerbaren, aus dem Druckspeicher (1) gespeisten Injektor (2), welcher durch eine Steuereinrichtung (5) zur Einspritzung einer Soll-Kraftstoffmenge angesteuert wird, wobei der Drucksensor (4) ein vom Druck im Druckspeicher (1) abhangiges Signal an die Steuereinrichtung (5) übermittelt und diese eine Abweichung zwischen der bei einer Einspritzung abgegebenen Ist-Kraftstoffmenge und der Soll- Kraftstoffmenge feststellt und die Einspritzung beim künftigen Ansteuern des Injektors (2) anhand dieser Abweichung korrigiert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinrichtung (5) anhand des vom Druck im Druckspeicher (1) abhangigen Signals die bei einer Einspritzung abgegebene Ist-Kraftstoffmenge ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) aus dem Signal des Drucksensors (4) mit Hilfe eines in der Steuereinrichtung (5) hinterlegten Modells die eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge feststellt, wobei dieses Signal einen Absolutdruck wiedergibt und die Steuereinrichtung (5) mit diesem die abgegebene Ist-Kraftstoffmenge ermittelt.
3. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolben-Pumpe (3) zum Beladen des Druckspeichers mit Kraftstoff vorgesehen ist und die Steuereinrichtung (5) bei der Ermittlung der Ist-Kraftstoffmenge die durch die Pumpe (3) im Druckspeicher verursachten Druckschwankungen aus den Signalen entfernt.
4. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) einen Speicher besitzt und in diesem einen Wert der Abweichung zwischen der Soll- und der Ist-Kraftstoffmenge speichert und die Steuereinrichtung (5) intermittierend einen neuen Wert der Abweichung ermittelt und mit diesem den gespeicherten Wert aktualisiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) den Wert der Abweichung zu einer Injektor-Charakteristik adaptiert.
6. Verfahren zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine, wobei aus einem Druckspeicher (1) eingespritzt, der Druck im Druckspeicher (1) gemessen und vom Druck abhangige Signale erzeugt werden und wobei für jeden Einspritzvorgang eine Soll-Kraftstoffmenge vorgegeben wird, aus einem Vergleich zwischen Soll- und Ist-Kraftstoffmenge eine Abweichung ermittelt wird und anhand dieser Abweichung die Soll-Kraftstoffmenge künftiger Einspritzungen korrigiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass aus den vom Druck abhangigen Signalen für mindestens eine Einspritzung die tatsachlich abgegebene Ist-Kraftstoffmenge ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den vom Druck abhangigen Signalen mit Hilfe eines Modells die eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge bestimmt wird, wobei das Modell einen Absolutdruck im Druckspeicher (1) verwendet und daraus die abgegebene Ist-Kraftstoffmenge ermittelt.
8. Verfahren nach einem der obigen Verfahrens-Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (1) durch eine Kolben-Pumpe (3) mit Kraftstoff beladen wird und durch die Pumpe verursachte Druckschwankungen im Druckspeicher (1) bei der Ermittlung der Ist-Kraftstoffmenge aus den vom Druck abhangigen Signalen entfernt werden.
9. Verfahren nach einem der obigen Verfahrens-Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Abweichung zwischen SoIl- und Ist-Kraftstoffmenge repräsentierender Wert gespeichert und dieser bei einer erneut festgestellten Abweichung aktualisiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Abweichung zum Steuern nach einer bekannte Injektor-Charakteristik adaptiert wird.
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