WO2020094404A1 - Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors mit durchführung einer einspritzmengenkorrektur - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine having at least one injector and carrying out a
- the present invention has for its object to provide a method of the type described, which is an additional alternative to performing an injection quantity correction without additional sensor hardware.
- Volume pulses are executed in ballistic injector operation.
- Control duration for the ballistic pulses is used t ', which results for the corresponding desired quantity on the nominal characteristic. Due to the exclusively ballistic pulses, a possible flow error is not effective. The injection quantity now executed is too small. Since the entire air path remains unchanged during the switchover process, the determined lambda deviation is solely due to the fuel error. The air ratio can therefore be used to calculate the actual injection quantity X ". If X "is now searched for on the nominal characteristic curve, the nominally required actuation time t" results. The difference between t 'and t “is the required offset correction. When this correction is taken into account, the characteristic curve of the injector under consideration shifts in the direction of the nominal characteristic curve.
- the method according to the invention comprises the following steps after applied offset correction:
- the linear range is now considered when the offset correction is applied.
- the total pulse Y is divided into several partial pulses Y '. It is important to ensure that the partial pulses Y 'also reach the maximum flow or the needle stop of the injector.
- the quantity Y is divided into the quantity Y 'and again with the activation duration s' corresponding to the Nominal characteristic curve operated. In fact, however, the set Y "now arises.
- the deviation between Y 'and Y is equivalent to the deviation of the slope of the characteristic curves at this point. If the process is repeated for different quantities / activation times, the deviation of the slope can be calculated and corrected for the entire linear characteristic.
- the detection precision can be significantly increased.
- Injector properties (with regard to ballistic and linear behavior) to perform an alternative opening detection without additional sensory hardware as well as a determination of the flow error of the injectors and thus a differentiation between air and fuel errors in the lambda control.
- the method represents an alternative detection method to the injector opening behavior. Even if a sensory opening detection is used, this allows here
- Figure 1 is a schematic representation of five opening phases of an injector
- Figure 2 is a diagram showing the flow of an injector as a function of the needle stroke
- FIG. 3 is a diagram which shows the injection rate as a function of the time of the injector
- FIG. 4 is a diagram which shows the injection quantity as a function of the control duration
- Figure 5 is a diagram showing the injection rate on the left
- FIG. 6 shows a diagram which shows the injection quantity as a function of the control duration
- FIG. 7 is a diagram which shows the injection quantity as a function of the control duration
- Figure 8 is a diagram showing the injection rate on the left
- FIG. 9 is a diagram which shows the injection quantity as a function of the control duration.
- FIG. 10 shows a diagram that shows the injection quantity as a function of the control duration.
- the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine having at least one injector and performing an injection quantity correction. Such a method is explained below using an exemplary embodiment.
- 1 shows different opening phases of an injector, with 1 being a nozzle needle, 2 being an armature, 3 being a solenoid coil, 4 being a nozzle plate and 5 being a
- Figure 1 is only a schematic representation, no springs, guides, etc. are shown.
- a basic wear / tolerance point is the free travel of the armature 2 (position A to B in FIG. 1).
- a changed free travel basically represents a temporal offset of the quantity characteristic (FIG. 4) and at the beginning of the injection rate (B to BL in FIG. 3).
- a changed free travel is not noticeable in the flow through needle stroke representation (B to BL in FIG. 2).
- the further essential wear / tolerance point is the maximum flow (position D in FIG. 1).
- the flow rate is variable via tolerances A / wear of the nozzle plate 4 (D1 in FIG. 1) or through tolerances A / wear of the stop 5 (D2 in FIG. 1).
- Flow basically represents a gradient change in the quantity characteristic (FIG. 4) and a reduced maximum rate (D to DL in FIG. 3).
- a changed flow is also visible in the representation of flow over needle stroke (D to DL in FIG. 2).
- the method according to the invention takes advantage of this behavior. If the working area of the injector is in the linear area, the algorithm can be started. This is practically the case even with very low engine loads, so that the detection can be used practically without restrictions.
- the present total injection quantity X is divided into a number n of smaller identical quantity quantities X 'with the same total quantity. It is important here that the small quantity pulses are carried out in ballistic injector operation (FIGS. 5 and 6).
- the control duration t ' which results for the desired quantity on the nominal curve, is carried out as the control duration for the ballistic pulses. Due to the exclusively ballistic pulses, a possible
- the characteristic curve of the injector under consideration shifts in the direction of the nominal characteristic curve (FIG. 7).
- the linear range is now considered when the offset correction is applied.
- the total pulse is divided into several partial pulses.
- the quantity Y is divided into the quantity Y 'and in turn operated with the activation duration in accordance with the nominal characteristic. In fact, however, the set Y "now arises.
- the deviation between Y 'and Y is equivalent to the deviation of the slope of the characteristic curves at this point.
- the process is repeated for> 2 different quantities / activation times, the deviation of the slope can be calculated and corrected for the entire linear characteristic (FIG. 10). If the entire method is carried out for several different operating points and the frequency distribution of the determined corrections is considered, the detection precision can be significantly increased.
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Durchführung einer Einspritzmengenkorrektur beschrieben. Eine Gesamteinspritzmenge pro Puls eines Injektors wird in eine Vielzahl von kleineren gleichen Mengenpulsen aufgeteilt, wobei die kleineren Mengenpulse im ballistischen Injektorbetrieb ausgeführt werden. Auf der Basis dieses Schrittes wird eine entsprechende Offset-Korrektur ausgeführt. Nach angewandter Offset-Korrektur erfolgt vorzugsweise eine weitere Korrektur im linearen Injektorbetrieb. Hierdurch wird eine zusätzliche Alternative zur Durchführung einer Einspritzmengenkorrektur ohne zusätzliche sensorische Hardware bereitgestellt.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Durchführung einer Einspritzmengenkorrektur
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mindestens einen Injektor aufweisenden Verbrennungsmotors mit Durchführung einer
Einspritzmengenkorrektur.
Verbrennungsmotoren unterliegen im Betrieb einem gewissen Verschleiß und einer Veränderung ihrer technischen Eigenschaften. Um die Gesetzgebung hinsichtlich Emissionierung zu erfüllen, sind bei der Fertigung der Bauteile enge Toleranzen einzuhalten. Jedwede Detektion der während der Laufzeit auftretenden
Veränderungen erlaubt eine Erweiterung der Fertigungsgrenzen und/oder den Einsatz günstigerer Materialien, was letztlich zu einem geringeren Produktpreis bzw. erhöhten Gewinn führt. Alternativ können solche Detektionsalgorithmen zur Erreichung höherer Ziele bezüglich Leistung und/oder Emissionierung eingesetzt werden.
Bisher werden Detektionsalgorithmen basierend auf Sensorsignalen des Injektors zur Mengenkorrektur verwendet. Hierbei werden elektromechanische
Eigenschaften genutzt, um charakteristische Punkte im Injektorverhalten zu detektieren und mittels einer Regelung zeitlich immer auf den gleichen Wert zu stellen. Nachteil dieser Verfahren ist, dass insbesondere bei der Detektion des Öffnungsverhaltens in der Regel nicht das konventionelle Ansteuersignal verwendet werden kann. Ein Übertrag von Detektions- zu Betriebsansteuerung ist notwendig.
Heute ist kein Verfahren bekannt, welches aufgrund der Injektoreigenschaften eine Änderung des maximalen Durchflusses der Düse erlaubt. Es gibt Methoden, die aufgrund des gemessenen Druckeinbruches im Rail/in der Versorgungsleitung auf die eingespritzte Kraftstoffmenge rückschließen. Meistens findet sich bei heute ausgeführten Systemen die Volllastmengenabweichung in einer Offset-Korrektur
des Lambdareglers wieder, wobei nicht differenziert wird, ob es sich um einen Luft- oder Kraftstofffehler handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, das eine zusätzliche Alternative zur Durchführung einer Einspritzmengenkorrektur ohne zusätzliche sensorische Hardware darstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Aufteilen der Gesamteinspritzmenge X pro Puls des Injektors in eine Vielzahl von kleineren gleichen Mengenpulsen X‘ mit gleicher Gesamtmenge, wobei die kleineren Mengenpulse im ballistischen Injektorbereich ausgeführt werden;
Betreiben der kleineren Mengenpulse X‘ mit einer Ansteuerdauer t‘ entsprechend einer Nominalkennlinie des Injektors;
Zurückrechnen auf die tatsächliche Einspritzmenge X“ aus dem Luftverhältnis;
Suchen von X“ auf der Nominalkennlinie zur Ermittlung der nominal notwendigen Ansteuerzeit t“; und
Ermitteln des Unterschiedes zwischen t‘ und t“ und Durchführen einer
entsprechenden Offset-Korrektur.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die vorliegende
Gesamteinspritzmenge X in eine Anzahl kleinerer gleicher Mengenpulse X‘ mit gleicher Gesamtmenge aufgeteilt. Hierbei ist es wichtig, dass die kleinen
Mengenpulse im ballistischen Injektorbetrieb ausgeführt werden. Als
Ansteuerdauer für die ballistischen Pulse wird t‘ verwendet, das sich für die entsprechende Wunschmenge auf der Nominalkennlinie ergibt. Aufgrund der ausschließlich ballistischen Pulse ist ein eventueller Durchflussfehler nicht wirksam.
Die nun ausgeführte Einspritzmenge ist zu gering. Da während des Umschaltvorganges der gesamte Luftpfad unverändert bleibt, ist die ermittelte Lambdaabweichung ausschließlich durch den Kraftstofffehler bedingt. Aus dem Luftverhältnis darf darum auf die tatsächliche Einspritzmenge X“ rückgerechnet werden. Wird nun X“ auf der Nominalkennlinie gesucht, ergibt sich die nominal notwendige Ansteuerzeit t“. Bei dem Unterschied zwischen t‘ und t“ handelt es sich um die erforderliche Offset-Korrektur. Bei Berücksichtigung dieser Korrektur verschiebt sich die Kennlinie des betrachteten Injektors Richtung Nominalkennlinie.
In Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach angewandter Offset-Korrektur die folgenden Schritte:
Aufteilen der Gesamteinspritzmenge Y pro Puls des Injektors in eine Vielzahl von kleineren gleichen Mengenpulsen Y‘, wobei die kleineren Mengenpulse im linearen Injektorbetrieb ausgeführt werden;
Betreiben der kleineren Mengenpulse Y‘ mit einer Ansteuerdauer s‘ entsprechend einer Nominalkennlinie;
Erhalten der Menge Y“;
Ermitteln der Abweichung zwischen Y‘ und Y“ als Abweichung der Steigung der Kennlinien in diesem Punkt; und
Wiederholen dieses Vorganges für verschiedene Mengen/Ansteuerzeiten und Berechnen der Abweichung der Steigung für die gesamte lineare Kennlinie und Korrektur derselben.
Nach dem gleichen Prinzip wird nunmehr bei angewandter Offset-Korrektur der Linearbereich betrachtet. Auch hier wird der Gesamtpuls Y in mehrere Teilpulse Y‘ unterteilt. Hierbei ist darauf zu achten, dass auch die Teilpulse Y‘ den maximalen Durchfluss bzw. den Nadelanschlag des Injektors erreichen. Die Menge Y wird in die Menge Y‘ geteilt und wiederum mit der Ansteuerdauer s‘ entsprechend der
Nominalkennlinie betrieben. Tatsächlich stellt sich nun aber die Menge Y“ ein. Die Abweichung zwischen Y‘ und Y“ ist gleichbedeutend mit der Abweichung der Steigung der Kennlinien in diesem Punkt. Wiederholt man den Vorgang für verschiedene Mengen/Ansteuerzeiten kann die Abweichung der Steigung für die gesamte lineare Kennlinie berechnet und korrigiert werden.
Führt man das gesamte Verfahren für mehrere unterschiedliche Betriebspunkte durch und betrachtet die Häufigkeitsverteilung der ermittelten Korrekturen, kann die Detektionspräzision signifikant erhöht werden.
Insgesamt erlaubt es die vorliegende Erfindung, unter Ausnutzung der
Injektoreigenschaften (bezüglich ballistischem und linearem Verhalten) eine alternative Öffnungsdetektion ohne zusätzliche sensorische Hardware sowie eine Ermittlung des Durchflussfehlers der Injektoren und somit eine Differenzierung zwischen Luft- und Kraftstofffehlern in der Lambdaregelung durchzuführen.
Hierdurch werden neben einer verbesserten Einspritzmengentoleranz engere Diagnosegrenzen bzw. eine höhere Zuverlässigkeit der Lambdadiagnose inklusive einer Verbesserung des Pin-Pointings im Fehlerfall erreicht. Des Weiteren stellt die Methode eine alternative Detektionsmethode zum Injektoröffnungsverhalten dar. Selbst bei Einsatz einer sensorischen Öffnungsdetektion erlaubt die hier
beschriebene Methode mindestens ein Plausibilisieren der sensorischen Detektion.
In ähnlicher Weise kann die hier beschriebene Methode mit anderen„Durchfluss erkennenden“ Methoden, beispielsweise Druckeinbruch, kombiniert werden zur gegenseitigen Plausibilisierung. Voraussetzung ist in allen Fällen die Verwendung einer Injektorschließpunktregelung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung von fünf Öff- nungsphasen eines Injektors;
Figur 2 ein Diagramm, das den Durchfluss eines Injek- tors in Abhängigkeit vom Nadelhub zeigt;
Figur 3 ein Diagramm, das die Einspritzrate in Abhän- gigkeit von der Zeit des Injektors zeigt;
Figur 4 ein Diagramm, das die Einspritzmenge in Abhän- gigkeit von der Steuerdauer zeigt;
Figur 5 ein Diagramm, das links die Einspritzrate in
Abhängigkeit von der Zeit und rechts die Einspritzrate in Abhängigkeit von der Zeit für einzelne Teilpulse zeigt;
Figur 6 ein Diagramm, das die Einspritzmenge in Abhän- gigkeit von der Steuerdauer zeigt;
Figur 7 ein Diagramm, das die Einspritzmenge in Abhän- gigkeit von der Steuerdauer zeigt;
Figur 8 ein Diagramm, das links die Einspritzrate in
Abhängigkeit von der Zeit für den Gesamtpuls und rechts die Einspritzrate in Abhängigkeit von der Zeit für Teilpulse zeigt;
Figur 9 ein Diagramm, das die Einspritzmenge in Abhän- gigkeit von der Steuerdauer zeigt; und
Figur 10 ein Diagramm, dass die Einspritzmenge in Ab- hängigkeit von der Steuerdauer zeigt.
Bei der vorliegenden Erfindung geht es um ein Verfahren zum Betreiben eines mindestens einen Injektor aufweisenden Verbrennungsmotors mit Durchführung einer Einspritzmengenkorrektur. Ein derartiges Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Die vorliegende Erfindung macht sich die unterschiedlichen Injektoreigenschaften im ballistischen Betrieb (Nadelanschlag bzw. max. Durchfluss wird nicht erreicht = Position A-C in Figur 1 ) und im linearen Bereich (Nadelanschlag bzw. max.
Durchfluss wird sicher erreicht, Position D in Figur 1 ) zunutze. Hierbei zeigt Figur 1 verschiedene Öffnungsphasen eines Injektors, wobei mit 1 eine Düsennadel, mit 2 ein Anker, mit 3 eine Magnetspule, mit 4 eine Düsenplatte und mit 5 ein
mechanischer Anschlag bezeichnet sind. Figur 1 ist lediglich eine schematische Darstellung, wobei keine Federn, Führungen etc. gezeigt sind.
Auf den folgenden Figuren ist zur Vereinfachung lediglich eine Abnahme der Einspritzmenge (gestrichelte Linien) zur Normalmenge (durchgezogenen Linien) dargestellt. Alle folgenden Aussagen gelten aber auch sinngemäß für eine
Mengenzunahme.
Ein grundsätzlicher Verschleiß/Toleranzpunkt ist der Leerweg des Ankers 2 (Position A zu B in Figur 1 ). Ein veränderter Leerweg stellt grundsätzlich ein zeitliches Offset der Mengenkennlinie (Figur 4) und im Einspritzratenbeginn (B zu BL in Figur 3) dar. In der Darstellung Durchfluss über Nadelhub ist ein veränderter Leerweg nicht bemerkbar (B zu BL in Figur 2).
Der weitere wesentliche Verschleiß/Toleranzpunkt ist der maximale Durchfluss (Position D in Figur 1 ). Der Durchfluss ist veränderlich über ToleranzenA/erschleiß der Düsenplatte 4 (D1 in Figur 1 ) oder durch ToleranzenA/erschleiß des Anschlags 5 (D2 in Figur 1 ). Eine Veränderung des max. Durchflusses stellt grundsätzlich eine Gradientenänderung in der Mengenkennlinie (Figur 4) und eine verringerte maximale Rate (D zu DL in Figur 3) dar. Auch in der Darstellung Durchfluss über Nadelhub ist ein veränderter Durchfluss sichtbar (D zu DL in Figur 2).
Dieses Verhalten macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zunutze. Befindet sich der Arbeitsbereich des Injektors im Linearbereich, kann der Algorithmus gestartet werden. Dies ist praktisch schon bei sehr geringen Motorlasten der Fall, so dass die Erkennung praktisch ohne Einschränkungen angewendet werden kann.
Die vorliegende Gesamteinspritzmenge X wird in einer Anzahl n von kleineren gleichen Mengengrößen X‘ mit gleicher Gesamtmenge aufgeteilt. Hierbei ist es wichtig, dass die kleinen Mengenpulse im ballistischen Injektorbetrieb ausgeführt werden (Figuren 5 und 6). Als Ansteuerdauer für die ballistischen Pulse wird die Steuerdauer t‘ ausgeführt, die sich für die Wunschmenge auf der Nominalkurve ergibt. Aufgrund der ausschließlich ballistischen Pulse ist ein eventueller
Durchflussfehler nicht wirksam (Figur 5). Die nun ausgeführte Einspritzmenge ist zu gering. Da während des Umschaltvorganges der gesamte Luftpfad unverändert bleibt, ist die ermittelte Lambdaabweichung ausschließlich durch den
Kraftstofffehler bedingt. Aus dem Luftverhältnis darf darum auch die tatsächliche Einspritzmenge X“ rückgerechnet werden. Wird nun X“ auf der Nominalkennlinie gesucht, ergibt sich die nominal notwendige Ansteuerzeit t“ (Figur 6). Der
Unterschied zwischen t‘ und t“ ist die erforderliche Offset-Korrektur. Bei
Berücksichtigung dieser Korrektur verschiebt sich die Kennlinie des betrachteten Injektors Richtung Nominalkennlinie (Figur 7).
Nach dem gleichen Prinzip wird nunmehr bei angewandter Offset-Korrektur der Linearbereich betrachtet. Auch hier wird der Gesamtpuls in mehrere Teilpulse unterteilt. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass auch die Teilpulse den maximalen Durchfluss bzw. den Nadelanschlag erreichen (Figur 8). Die Menge Y wird in die Menge Y‘ geteilt und wiederum mit der Ansteuerdauer entsprechend der Nominalkennlinie betrieben. Tatsächlich stellt sich nun aber die Menge Y“ ein. Die Abweichung zwischen Y‘ und Y“ ist gleichbedeutend mit der Abweichung der Steigung der Kennlinien in diesem Punkt.
Wiederholt man den Vorgang für > 2 verschiedene Mengen/Ansteuerzeiten, kann die Abweichung der Steigung für die gesamte lineare Kennlinie berechnet und korrigiert werden (Figur 10). Führt man das gesamte Verfahren für mehrere unterschiedliche Betriebspunkte durch und betrachtet die Häufigkeitsverteilung der ermittelten Korrekturen, kann die Detektionspräzision signifikant erhöht werden.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines mindestens einen Injektor aufweisenden Verbrennungsmotors mit Durchführung einer Einspritzmengenkorrektur mit den folgenden Schritten:
Aufteilen der Gesamteinspritzmenge X pro Puls des Injektors in eine Vielzahl von kleineren gleichen Mengenpulsen X‘ mit gleicher Gesamtmenge, wobei die kleineren Mengenpulse im ballistischen Injektorbetrieb ausgeführt werden;
Betreiben der kleineren Mengenpulse X‘ mit einer Ansteuerdauer t‘ entsprechend einer Nominalkennlinie des Injektors;
Zurückrechnen auf die tatsächliche Einspritzmenge X“ aus dem Luftverhältnis;
Suchen von X“ auf der Nominalkennlinie zur Ermittlung der nominal notwendigen Ansteuerzeit t“; und
Ermitteln des Unterschiedes zwischen t‘ und t“ und Durchführen einer entsprechenden Offset-Korrektur.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Schritte nach angewandter Offsetkorrektur:
Aufteilen der Gesamteinspritzmenge Y pro Puls des Injektors in eine Vielzahl von kleineren gleichen Mengenpulsen Y‘, wobei die kleineren Mengenpulse im linearen Injektorbetrieb ausgeführt werden;
Betreiben der kleineren Mengenpulse Y‘ mit einer Ansteuerdauer s‘ entsprechend einer Nominalkennlinie;
Erhalten der Menge Y“;
Ermitteln der Abweichung zwischen Y‘ und Y“ als Abweichung der Steigung der Kennlinien in diesem Punkt; und
Wiederholen dieses Vorganges für verschiedene Mengen/Ansteuerzeiten und Berechnen der Abweichung der Steigung für die gesamte lineare Kennlinie und Korrektur derselben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es für mehrere unterschiedliche Betriebspunkte durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Häufigkeitsverteilung der ermittelten Korrekturen zur Erhöhung der Detektionspräzision auswertet.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass es zur Plausibilisierung einer sensorischen Detektion durchgeführt wird.
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