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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der
DE 35 102 16 A1 bekannt. Dort wird ein Ansteuersignal für ein mengenbestimmtes Stellglied einer Einspritzpumpe vorgegeben und ausgehend von der Betriebsdauer korrigiert. Hierzu wird die Betriebszeit der Brennkraftmaschine einem Alterungskennfeld zugeführt und ausgehend von der Betriebszeit ein Korrekturwert ausgelesen, mit der nach einer betriebskenngrößenabhängigen Korrektur zur Korrektur des Ansteuersignals verwendet wird.
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Mit dieser Vorgehensweise können nur Effekte berücksichtigt werden, die von der Betriebszeit abhängen.
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Die
EP 0 940 571 A2 offenbart ein Verfahren, mit welchem eine möglichst genaue Kraftstoffzumessung erreicht werden soll. Ausgehend von einem Grundwert wird die Ansteuerdauer erhöht und/oder verringert, bis sich eine Änderung beim Ausgangssignal des Sensors ergibt. Durch dieses Verfahren wird eine minimale Ansteuerdauer ermittelt, bei der gerade Kraftstoff eingespritzt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem Alterungseffekte weitestgehend kompensiert werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Dadurch, dass die Anzahl der Einspritzungen und/oder der Kraftstoffdruck bei der Einspritzung in die Betriebsdauer eingehen, kann berücksichtigt werden, dass in bestimmten Betriebszuständen unterschiedliche Alterungseffekte auftreten. So wurde erfindungsgemäß erkannt, dass insbesondere die Dauer und/oder die Anzahl der Einspritzungen einen wesentlichen Einfluß auf die Alterung hat. Ferner wurde erkannt, dass der Kraftstoffdruck bei der Einspritzung einen wesentlichen Einfluß besitzt. Bei einem Common-Rail-System ist dies der Raildruck. So ist durch diese Vorgehensweise eine Berücksichtigung der Fahrweise möglich.
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Dadurch, dass zur Bildung des Korrekturwerts wenigstens eine maximale Abweichung mit der Alterungsgröße gewichtet wird, ist eine sehr genaue und flexible Korrektur der Alterungseffekte möglich.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und 2 ein Blockdiagramm zur Ermittlung der Alterungsgröße.
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Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel eines Common-Rail-Injektors bei einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt, sie kann auch bei anderen Stellgliedern eingesetzt werden. Insbesondere kann sie bei Stellgliedern zur Kraftstoffzumessung eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Stellglieder, bei denen mittels eines Magnetventils und/oder eines Piezoaktors die eingespritzte Kraftstoffmenge festgelegt wird. Solche Stellglieder werden beispielsweise bei Brennkraftmaschinen zur Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendet. So bestimmen entsprechende Magnetventile den Einspritzbeginn und das Einspritzende bei Verteilerpumpen, bei Pumpe-Düse-Einheiten, bei Common-Rail-Systemen und anderen Kraftstoffzumesssystemen.
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Insbesondere bei Injektoren, die bei Common-Rail-Systemen eingesetzt werden, tritt eine Alterung auf, die dazu führt, dass die von den Injektoren bei konstantem Ansteuersignal und/oder konstanter Ansteuerdauer zugemessene Kraftstoffmenge über der Lebensdauer des Injektors abnimmt. Bei Stellgliedern, bei denen die Alterung vorhersagbar ist, erfolgt die Kompensation mit dem im folgenden beschriebenen Vorgehensweise.
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Das Stellglied ist mit 100 bezeichnet. Diesem wird über einen Verknüpfungspunkt 105 ein Signal AD zugeleitet, das die Ansteuerdauer des Stellgliedes und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt. An dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 105 liegt ein Signal AD0 einer Steuerung 110 an. Diese Steuerung 110 bestimmt das Ansteuersignal AD0, ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, wie beispielsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem Fahrerwunsch, der vorzugsweise mittels eines Fahrpedals erfasst wird.
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Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 105 liegt ein Korrektursignal K einer Auswahl 120 an. Der Auswahl 120 werden Signale der Steuerung 110 und Signale K2 eines Verknüpfungspunktes 130 sowie Signale K2B eines Verknüpfungspunktes 140 zugeleitet.
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An dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 130 liegt ein Ausgangssignal K1 eines Verknüpfungspunktes 132. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 130 liegt das Ausgangssignal einer Toleranzvorgabe 133 an. Der Verknüpfungspunkt 130 verknüpft die beiden Signale K1 und das Ausgangssignal der Toleranzvorgabe 133 vorzugsweise additiv. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 132 liegt das Ausgangssignal einer Vorgabe 134, die ein Signal bezüglich der maximal möglichen Abweichung MAX vorgibt. Am ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 132 liegt das Ausgangssignal K0 einer Wichtungsvorgabe 135, die auch als Wichtungskennlinie 135 bezeichnet wird. Der Verknüpfungspunkt 132 verknüpft das Signal K0 der Wichtungsvorgabe 135 und das Ausgangssignal der Vorgabe 134 vorzugsweise multiplikativ. Der Wichtungskennlinie 135 wird eine Alterungsgröße D bezüglich der Betriebsdauer von einer Betriebsdauererfassung 136 zugeleitet.
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An dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 140 liegt ein Ausgangssignal K1b eines Verknüpfungspunktes 142. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 140 liegt das Ausgangssignal einer Toleranzvorgabe 143 an. Der Verknüpfungspunkt 140 verknüpft die beiden Signale K1b und das Ausgangssignal der Toleranzvorgabe 143 vorzugsweise additiv. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 142 liegt das Ausgangssignal einer Vorgabe 144, die ein Signal bezüglich der maximal möglichen Abweichung MAX vorgibt. Am ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 142 liegt das Ausgangssignal K0b einer Wichtungskennlinie 145. Der Verknüpfungspunkt 142 verknüpft das Signal K0b der Wichtungsvorgabe 145 und das Ausgangssignal der Vorgabe 144 vorzugsweise multiplikativ. Der Wichtungskennlinie 145 wird eine Alterungsgröße D bezüglich der Betriebsdauer von einer Betriebsdauererfassung 136 zugeleitet. Alternativ kann anstelle der Wichtungskennlinie 145 auch die Wichtungskennlinie 135 verwendet werden.
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Diese Einrichtung arbeitet wie folgt. Die in der 1 dargestellte Struktur dient zur Berechnung eines Korrekturwerts K mit dem ein Signal AD0, das die Ansteuerdauer eines Injektors bestimmt, korrigierbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur in dem Verknüpfungspunkt 105 additiv. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass eine multiplikative Korrektur erfolgt. Ferner können auch Signale, ausgehend von denen die Ansteuerdauer des Injektors berechnet werden, entsprechend korrigiert werden.
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Der Korrekturwert K wird wie folgt ermittelt. Die Betriebsdauererfassung 136 liefert das Signal D, das die Betriebsdauer und/oder die Alterung charakterisiert. Dieses Signal gelangt zu der Wichtungskennlinie 135, die das Verhalten des Injektors im Laufe seines Betriebs charakterisiert. Verringert sich beispielsweise über die Lebensdauer die eingespritzte Kraftstoffmenge, so ist in der Wichtungskennlinie ein über der Zeit ansteigender Wert abgelegt. Vorzugsweise steigt der Wert zwischen dem Wert 0 und 1 an.
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Die Wichtungskennlinie berücksichtigt das zeitliche Verhalten der Injektoren. Diese ist nahezu für alle Injektoren gleich. Bei einer einfachen Ausgestaltung ist die Wichtungskennlinie als Exponentialfunktion realisiert.
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Diese das zeitliche Verhalten charakterisierende Größe K0 wird in dem Verknüpfungspunkt 132 mit der maximalen Abweichung MAX multipliziert. Diese maximale Abweichung MAX gibt an, wie groß die maximale Abweichung von dem Endwert ist. Dieser Wert MAX gibt an, um welchen Wert sich die Einspritzmenge auf Grund der Alterung über der Lebensdauer verändert. Dieser Wert wird vorzugsweise für jeden einzelnen oder eine bestimmte Gruppe von Injektoren ermittelt.
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Zu diesem so ermittelten Korrekturwert K1 wird dann im Verknüpfungspunkt 130 ein weiterer Korrekturwert hinzuaddiert, der vorzugsweise die individuelle Abweichung des einzelnen Injektors von einem Durchschnittswert aller Injektoren darstellt. Dieser Wert berücksichtigt insbesondere die Toleranz des Injektors. Am Ausgang des Verknüpfungspunktes 130 steht der Korrekturwert K2 zur Verfügung.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung kann diese Berücksichtigung der Toleranz der Injektoren auch weggelassen bzw. bei der Ermittlung des Wertes MAX berücksichtigt werden.
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Vorteilhaft bei der dargestellten Ausführungsform ist, dass die beiden Fehleranteile, die das zeitliche Verhalten und die Toleranzabweichung der Injektoren charakterisieren, für jeden Injektor getrennt berücksichtigt werden.
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Bei einer einfachen Ausführungsform wird dieser Korrekturwert K2 unmittelbar als Korrekturwert K verwendet. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden für unterschiedliche Betriebspunkte unterschiedliche Korrekturwerte verwendet. Ein zweiter Korrekturwert K2b steht am Ausgang des Verknüpfungspunktes 140 zur Verfügung. Dieser wird entsprechend von den Blöcken 142 bis 145 bestimmt.
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Die Auswahl 120 wählt abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine den Korrekturwert K2 oder K2b aus und gibt diesen als Korrekturwert K weiter. Zur Beurteilung des Betriebszustandes wird von der Auswahl 120 vorzugsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder eine diese Größen charakterisierende Größen verwendet. Hierzu verwendet die Auswahl 120 die Betriebskenngrößen, die ihr von der Steuerung 110 übermittelt werden. Dabei kann wie in 1 dargestellt lediglich zwischen zwei Betriebszuständen unterschieden werden, oder es können zwischen einer Vielzahl von Bereichen von Betriebszuständen unterschieden werden.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass an wenigstens drei Betriebspunkten die Korrekturwerte ermittelt und ausgehend von diesen ein Korrekturkennfeld berechnet wird. Dieses Korrekturkennfeld dient dann zur Korrektur.
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In 1 ist die Korrektur anhand eines Injektors dargestellt. Vorzugsweise ist für jeden Injektor eine Korrektur vorgesehen. D. h. es kann vorgesehen sein, dass für jeden Injektor eine maximale Abweichung 134 und eine Toleranz 133 vorgegeben wird. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist sogar vorgesehen, dass auch die Wichtungskennlinie 135 individuell für jeden Injektor vorgebbar ist. Desweiteren wird auch die Alterungsgröße D für jeden Injektor individuell ermittelt. Dies bietet die Möglichkeit, bei einem Austausch eines Injektors, der beispielsweise defekt war, die Alterungsgröße wieder auf 0 zurückzusetzen. Durch die zylinderindividuelle Korrektur ist es möglich, einzelne Injektoren bei einem Defekt auszutauschen.
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Im einfachsten Fall kann die Betriebsdauer über einen Betriebsstundenzähler oder Kilometerstand ermittelt werden.
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Diese Möglichkeit kann insbesondere bei bekannten Belastungsprofilen, wie beispielsweise bei Stationärmotoren, Langstrecken-LKW eingesetzt werden. Bei Fahrzeugen mit unbekanntem Belastungsprofil ist der Kilometerstand bzw. der Betriebsstundenzähler kein zuverlässiges Signal, das die Alterung der Injektoren charakterisiert.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Alterung der Injektoren von der Häufigkeit der Betätigung, d. h. der Anzahl der Einspritzungen und des jeweils herrschenden Kraftstoffdrucks, abhängig ist. D. h. die Alterung der Injektoren wird wesentlich durch die Fahrweise des Fahrers bestimmt.
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Erfindungsgemäß wird zum Ausgleich der Alterungseffekte bei einer Messung für jeden Prüfpunkt ermittelt, wie stark sich die Menge über der Lebensdauer verändert. Die so ermittelte maximale Abweichung wird im Steuergerät als Wert MAX abgelegt und mittels eines von der Alterungsgröße D abhängigen Faktor K0 gewichtet. Die bei der Injektorfertigung ermittelte Toleranz wird addiert und somit steht für diesen Arbeitspunkt eines Injektors ein abhängig von Alterungsgröße und Injektortoleranz individuell ermittelter Korrekturwert K2 zur Verfügung.
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Die Berechnung dieser Daten wird zu Beginn dieser Fahrt für jeden Arbeitspunkt und jedem Injektor durchgeführt. Die Verwendung der einzelnen Korrekturwerte erfolgt vorzugsweise derart, dass ausgehend von Korrekturwerten von wenigstens drei Betriebspunkten ein Korrekturkennfeld aufgespannt wird, aus denen die einzelnen Werte für die verschiedenen Betriebspunkte ausgelesen werden.
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Zur Erfassung der Alterungsgröße wird die Anzahl der Einspritzungen und der bei der Einspritzung herrschende Kraftstoffdruck, bei einem Common-Rail-System ist dies der Raildruck, erfasst. Hierzu wird in einem festen Raster die Anzahl der Einspritzungen ermittelt und mit dem Raildruck gewichtet. Diese Erfassung erfolgt vorzugsweise im gleichen Zeitraster, in dem der Raildruck erfasst wird. Die so ermittelte Alterungsgröße stellt ein Maß für die Alterung dar und wird im Laufe eines Fahrzyklusses aufaddiert. Am Ende des Fahrzyklusses wird die alte Alterungsgröße und die neue Alterungsgröße als Summe im Steuergerät abgelegt, um beim nächsten Start ausgehend von dem abgelegten Wert die Korrekturwerte zu berechnen.
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Alternativ kann auch während des Betriebs die Alterung kontinuierlich erfasst und bei der Berechnung der Korrekturwerte verwendet werden.
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Bei einem Tausch eines Injektors im Rahmen der Wartung oder bei einer Reparatur kann mittels eines sogenannten Servicetesters wahlweise die Alterungsgröße zurückgesetzt oder auf einen bestimmten Wert vorbelegt werden.
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Eine entsprechende Struktur zur Ermittlung der Alterungsgröße D ist in 2 dargestellt. Bereits in 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. In einem Speicherelement 200 ist die aktuelle Alterungsgröße D abgelegt. Diese Alterungsgröße gibt die Zeitdauer an, mit der der jeweilige Injektor betrieben wird. D. h. er gibt die Dauer an, die der Injektor seit seiner Fertigung und/oder einer grundlegenden Reparatur betrieben wurde. Diese Alterungsgröße D wird zur Korrektur der Ansteuerdauer der Wichtungskennlinie 135 der 1 zugeleitet.
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Zum anderen gelangt diese Alterungsgröße D zu einem Additionspunkt 210. Am zweiten Eingang des Additionspunkts 210 liegt das Signal DN an, das das Ausgangssignal einer Summation 220 darstellt. Der Summation 220 wird ein Signal eines Kennfeldes 230 zugeleitet. Das Kennfeld 230 verarbeitet das Ansteuersignal der Injektoren AD, das von der Steuerung 110 bereitgestellt wird, und einem Drucksignal p eines Drucksensors. Der Drucksensor 240 liefert ein Signal p bezüglich des Kraftstoffdrucks. Bei einem sogenannten Common-Rail-System wird hierzu der dort vorhandene Raildrucksensor verwendet, der ein Signal bezüglich des Kraftstoffdrucks im Rail bereitstellt. Das Signal AD dient zur Erfassung der Anzahl der Einspritzungen in einem bestimmten Zeitintervall.
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Die beiden Größen bezüglich der Zahl der Einspritzungen pro Zeitintervall und des Raildrucks werden dem Kennfeld 230 zugeführt, das ausgehend von diesen beiden Signalen eine Alterungsgröße bestimmt, die über einen gewissen Zeitraum von der Summation 220 aufintegriert wird und dadurch das Signal DN bereitgestellt.
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Das Ausgangssignal DA des Verknüpfungspunktes 210 gelangt über ein Schaltmittel 250 zu dem Speicherelement 200. Am zweiten Eingang des Schaltmittels liegt das Ausgangssignal einer externen Betriebsdauervorgabe 260 an.
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Das Schaltmittel 250 ist derart ausgebildet, dass es nach Aufsummation der Alterungsgröße durch die Summation 220, das Ausgangssignal der Verknüpfung 210 im Speicherelement 200 ablegt. Liegt an einer externen Betriebsdauervorgabe 260 ein Signal an, so wird dieses von dem Schaltmittel unmittelbar dem Speicherelement zugeführt.
