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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens
wenigstens eines Injektors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der
Technik
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Elektrisch
betriebene Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff werden beispielsweise
im Rahmen von Common-Rail-Systemen verwendet. Bei der Speichereinspritzung "Common-Rail" sind Druckerzeugung
und Einspritzung entkoppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von
der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im "Rail" für die Einspritzung
bereit. Einspritzzeitpunkt und -menge werden im elektronischen Motor-Steuergerät berechnet
und von einem Injektor an jedem Motorzylinder über ein ferngesteuertes Ventil
umgesetzt.
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Derartige
Injektoren weisen aufgrund Ihrer mechanischen Fertigungstoleranzen
unterschiedliche Mengenkennfelder auf. Unter einem Mengenkennfeld
ist die Beziehung zwischen Einspritzmenge, Raildruck und Ansteuerzeit
zu verstehen. Dies hat zur Folge, daß trotz elektrisch definierter
Steuerung jeder einzelne Injektor den Verbrennungsraum mit unterschiedlichen
Mengen an Kraftstoff füllt.
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Um
einen möglichst
geringen Kraftstoffverbrauch unter Einhaltung strenger Abgasnormen
und eine sehr gute Laufruhe zu erreichen, dürfen die Injektoren im Betrieb
nur sehr geringe Toleranzen im Hinblick auf die Einspritzmenge aufweisen.
Diese geforderten geringen Toleranzen können aufgrund der mechanischen
Fertigungstoleranzen nicht eingehalten werden. Um dennoch eine definierte
Einspritzmenge bei den Injektoren sicherzustellen, werden die Injektoren
nach der Fertigung an charakteristischen Arbeitspunkten auf ihre
Einspritzmenge vermessen und in Klassen eingeordnet. Die jeweilige
Klasse muß dem
Motor-Steuergerät
während
des Betriebs der Injektoren bekannt sein, so daß die Steuerung an die speziellen
Merkmale der Klasse injektorspezifisch angepaßt werden kann.
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Wenn
eine derartige Korrektur der Toleranzen durch das Motor-Steuergerät aufgrund
der Kenntnis der Klasse nicht möglich
ist, müssen
die Injektoren mechanisch nachgearbeitet werden.
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Es
existieren nun zahlreiche Möglichkeiten, die
Klasseninformation auf dem Injektor zu speichern, beispielsweise
durch verschiedene Kodierungen wie etwa mittels Barcode, durch Widerstände am Injektor
oder durch Klartext auf dem Injektor. Sind die Klasseninformationen
durch einen Code auf dem Injektor gespeichert, so werden die Informationen
mittels einer Codeerkennung und nachfolgender Programmierung dem
Steuergerät übermittelt.
Bei Speicherung der Klasseninformation mittels Widerständen an
den Injektoren kann die Information automatisch von dem Steuergerät ausgelesen
werden. Allerdings sind zusätzliche
elektrische Leitungen erforderlich. Die Erkennung von Klartext kann
beispielsweise mittels einer Kamera erfolgen.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
in dem Injektor elektronische Speichermöglichkeiten vorzusehen, in
welchen beispielsweise die Klasseninformtion gespeichert ist. Das
Steuergerät
kann diese Werte über eine
Schnittstelle aus dem Injektor auslesen um im Folgebetrieb nutzen.
Bei dieser Lösung
ist allerdings nachteilig, daß eine
separate Schnittstelle zwischen Steuergerät und den Injektoren erforderlich
ist.
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Die
Klassifizierung von Injektoren erfolgt beispielsweise dadurch, daß die Injektoren
an mehreren Prüfpunkten
bezüglich
der Einspritzmengenzumessung geprüft werden. Liegen die gemessenen Ist-Werte
an allen Prüfpunkten
innerhalb eines vorbestimmten Toleranzfensters, so wird der Injektor
als gut bewertet. Ferner wird der Ist-Wert eines Meßpunktes
benutzt, um die Injektoren in drei Toleranzklassen einzuteilen.
Toleranzfenster der jewei ligen Klassen betragen an diesem Prüfpunkt je
ein Drittel der Gesamttoleranz. Da zwischen den Prüfpunkten nur
eine ungenügende
Korrelation besteht, ist eine Toleranzeinengung an den übrigen Prüfpunkten
nicht möglich.
Sofern die Injektoren an einem Motor verbaut sind, wird die Klassenzugehörigkeit
in das dem Motor zugeordnete Steuergerät einprogrammiert.
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Aus
der
DE 102 15 610
A1 sind nun ein System und ein Verfahren zum Korrigieren
des Einspritzverhaltens von mindestens einem Injektor mit einer Einrichtung
zum Speichern von Informationen über den
mindestens einen Injektor und mit einem Mittel zum Steuern des mindestens
einen Injektors unter Berücksichtigung
der gespeicherten Information bekannt, bei dem die Informationen
durch ein Vergleichen von Soll-Werten mit Ist-Werten ermittelt werden und bei dem
die Informationen individuell auf mehrere Prüfpunkte mindestens eines Injektors
bezogen sind. Hierdurch erhält
das Steuergerät
genaue Informationen über
mehrere Prüfpunkte
bzw. Betriebspunkte jedes einzelnen Injektors, was bei Systemen des
Stands der Technik, bei welchen das Steuergerät Korrekturen nur auf der Grundlage
der Klasseninformation vornehmen kann, nicht möglich ist. Dies ermöglicht es,
durch Maßnahmen
im Steuergerät
individuell für
jeden Injektor abhängig
von Soll-Menge und Raildruck die Ansteuerdauer gegenüber dem Nominalkennfeld
zu korrigieren, um der Soll-Menge möglichst nahezukommen. Dazu
erhält
das Steuergerät
beim Einbau je Injektor mehrere, vorzugsweise vier Prüfwerte aus
der Fertigung. Aus diesen Größen wird
ein Korrekturmengen-Kennfeld aufgebaut. Aus den Abweichungen der
Einspritzmengen von ihren Soll-Werten wird an den vorzugsweise vier
Prüfpunkten
die Mengenkorrektur für
eine Reihe von Druck/Ansteuerkombinationen bestimmt. Mit Hilfe dieser
Druck/Ansteuerkombination wird für
jeden Prüfpunkt
eine Korrelation der Einspritzmenge zur Einspritzmenge an einem
Prüfpunkt
festgelegt. Durch das Steuergerät
wird bei bekannten Werten für die
Mengenabweichung an den jeweiligen Prüfpunkten das Korrekturmengen-Kennfeld
mit Zahlenwerten gefüllt.
Vorteilhaft hierbei ist, daß die
Gutausbringung der Fertigung gesteigert werden kann.
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Es
hat sich nun gezeigt, daß die
Abweichung abhängig
ist von Toleranzen der Einzelkomponenten eines Injektors. Dabei
kann rein prinzipiell zwischen zwei Fehlerarten unterschieden werden,
nämlich multiplikativen
Fehlern und additiven Fehlern. So führen Toleranzen von Einzelkomponenten,
wie z.B. Düsendurchfluß, Düsennadelhub
zu einer Mengenabweichung, welche mit zunehmender Ansteuerdauer des
Injektors zunimmt (multiplikative Fehler). Nahezu unabhängig von
der Ansteuerdauer ist hingegen die Abweichung, die sich z.B. durch
Abweichung in der Vorspannung des Magnetventils, des Restluftspalts des
Magnetventils und dergleichen ergibt (additive Fehler).
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Das
aus der
DE 102 15
610 A1 bekannte Verfahren zur Korrektur der Einspritzmenge
aufgrund von Fertigungstoleranzen, auch als IMA bezeichnet, lassen
keine Unterscheidung zu, ob ein additiver oder multiplikativer Fehler
vorliegt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu vermitteln,
welches die Bestimmung der Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten
eines Injektors nach Injektorzusammenbau ermöglicht und insbesondere eine
Beurteilung ermöglicht,
in welchem Maße
multiplikative oder additive Fehler vorliegen.
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Vorteile der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Grundidee
der Erfindung ist es, die Mengenabweichungen zu bestimmen, die durch
Einzelkomponenten des Injektors hervorgerufen werden. Dabei geht
die Erfindung von der Annahme aus, daß diese Einzelkomponenten linear
zu den Korrekturmengen beitragen. Auf diese Weise ist es möglich, multiplikative
wie auch additive Fehler zu berücksichtigen
und die Korrektur der Einspritzmengen des Injektors entsprechend
zu verbessern.
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Vorzugsweise
wird dabei eine Anzahl von Messungen der Korrekturmengen vorgenommen,
die wenigstens der Anzahl der durch Einzelkomponenten des Injektors
hervorgerufenen Mengenabweichungen entspricht. Die Mengenabweichungen
werden in diesem Falle durch Lösen
eines linearen Gleichungssystems bestimmt. Dabei werden Konstanten berücksichtigt,
die den Einzelkomponenten zuzuordnen sind. Diese Konstanten werden
bevorzugt durch Simulation oder auf experimentellem Wege bestimmt.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung. Die Erfindung wird anhand eines in der Figur schematisch
dargestellten Teils eines Common-Rail-Systems erläutert.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
der Hochdruckteil des Speichereinspritzsystems Common-Rail dargestellt.
Es werden im folgenden nur die Hauptkomponenten und solche Komponenten
näher erläutert, welche
für das Verständnis der
vorliegenden Erfindung wesentlich sind. Die Anordnung umfaßt eine
Hochdruckpumpe 10, welche über eine Hochdruckleitung 12 mit
dem Hochdruckspeicher ("Rail") 14 in
Verbindung steht. Der Hochdruckspeicher 14 ist über weitere
Hochdruckleitungen mit den Injektoren verbunden. In der vorliegenden
Darstellung sind eine Hochdruckleitung 16 und ein Injektor 18 gezeigt.
Der Injektor 18 ist in den Motor eines Kraftfahrzeugs eingebaut.
Das dargestellte System wird von einem Motor-Steuergerät 20 gesteuert. Durch
das Motor-Steuergerät 20 erfolgt insbesondere
eine Steuerung des Injektors 18.
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An
dem Injektor 18 ist eine Einrichtung 22 zum Speichern
von Informationen vorgesehen, welche sich individuell auf den Injektor 18 beziehen.
Die in der Einrichtung 22 gespeicherten Informationen können von
dem Motor-Steuergerät 20 berücksichtigt werden,
so daß eine
individuelle Steuerung eines jeden Injektors 18 erfolgen
kann. Vorzugsweise handelt es sich bei den Informationen um Korrekturwerte für das Mengenkennfeld
des Injektors 18. Die Einrichtung 22 zum Speichern
der Informationen kann als Datenspeicher, als eine oder mehrere
elektrische Widerstände,
als Barcode, durch alphanumerische Verschlüsselung oder auch durch eine
an dem Injektor 18 angeordnete integrierte Halbleiterschaltung realisiert
sein. Das Motor-Steuergerät 20 kann
ebenfalls eine integrierte Halbleiterschaltung zur Auswertung der
in der Einrichtung 22 gespeicherten Informationen aufweisen.
Diese Informationen sind bevorzugt Angaben zu Korrekturmengen, also
der Abweichung einer tatsächlich
eingespritzten Kraftstoffmenge von einer Soll-Menge. Aufgrund von
Fertigungstoleranzen entstehen nämlich
bei diesen Injektoren 18 Abweichungen von der Nenneinspritzmenge.
Die Höhe
dieser Abweichungen ist abhängig
von der Toleranzlage der Einzelkomponenten, aus welchen der Injektor 18 besteht.
Prinzipiell kann zwischen zwei Fehlerarten unterschieden werden,
nämlich
zum einen Toleranzen von Einzelkomponenten, wie z.B. Düsendurchfluß, Düsennadelhub
und dergleichen, die zu einer Mengenabweichung führen, welche mit zunehmender
Ansteuerdauer des Injektors 18 zunimmt – also einen multiplikativen
Fehler darstellt-, und Abweichungen, die nahezu unabhängig von
der Ansteuerdauer sind und sich z.B. durch Abweichungen in der Vorspannung
des Magnetventils, dessen Restluftspalts und dergleichen ergeben – sogenannte
additive Fehler.
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Um
Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten eines Injektors 18 nach
dessen Zusammenbau zu bestimmen und herauszufinden, in welchem Maße multiplikative
oder additive Fehler vorliegen, werden nun an mehreren Prüfpunkten
insgesamt n Messungen der Korrekturmengen ΔQn =
Qn – Qnenn vorgenommen. Die Erfindung geht dabei
von der Annahme aus, daß die
Mengenabweichungen der Einzelkomponenten δi zur
Korrekturmenge ΔQn linear beitragen gemäß folgender Gleichung: ΔQn = Σianiδi.
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Die
Konstanten ani werden dabei durch Simulation
oder auf experimentellem Wege zuvor bestimmt. Die Toleranzabweichung δi sind
die unbekannten Größen eines
derartigen linearen Gleichungssystems und können durch Auflösen des
linearen Gleichungssystems bestimmt werden. Dabei ist Voraussetzung,
daß das
Gleichungssystem bestimmt oder überbestimmt
ist, d.h. daß n > i ist, oder anders
ausgedrückt,
es müssen
mindestens so viele Messungen der Korrekturmenge an Prüfpunkten
vorgenommen werden, wie Toleranzabweichungen δi der
i-ten-Einzelkomponente berücksichtigt
werden sollen. Durch dieses Verfahren wird die Korrektur der Einspritzmenge
durch Kenntnis, in welchem Maße multiplikative
oder additive Fehler vorliegen, entscheidend verbessert. Es ist
eine Korrektur in Abhängigkeit
von der Ansteuerdauer möglich.
Besonders vorteilhaft ist auch, daß weniger Meßaufwand
während
der Produktion für
eine hochgenaue Bestimmung der Korrekturmengen erforderlich ist.