DE102006026876A1

DE102006026876A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006026876A1
Application number: DE102006026876A
Authority: DE
Inventors: Kahled Ben Yahia; Michael Schueller; Lars Reichelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-13
Also published as: EP2032824A1; US20090306878A1; WO2007141099A1; JP2009540179A; KR20090016697A; CN101466930A; CN101466930B

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße (QK, P) wird eine Ansteuergröße (AD) vorgegeben, die die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. Ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße (PZ) und der wenigstens einen Betriebskenngröße (QK, P) wird ein Korrekturwert (K) zur Korrektur der Ansteuergröße (AD) vorgegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Üblicherweise wird hierzu ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße, wie beispielsweise der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, ein Ansteuersignal für ein Stellelement vorgegeben, das die in den wenigstens einen Brennraum einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt. Ein derartiges Verfahren einer derartigen Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 197 12 143 bekannt.
Als Ansteuersignal wird üblicherweise eine Ansteuerdauer oder ein Ansteuerwinkel vorgegeben. Alternativ zu diesen Größen können beliebige andere Größen vorgegeben werden, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegen. Als Ansteuersignal kann jedes Signal, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert, verwendet werden.
Üblicherweise ist die Ansteuerdauer des Stellelements lediglich in Abhängigkeit der gewünschten Kraftstoffmenge und des Kraftstoffdrucks in einem Ansteuerdauerkennfeld abgelegt. Die Ermittlung des Ansteuerdauerkennfeldes für Injektoren eines Common-Rail-Systems wird üblicherweise am Motorprüfstand bei einer Einspritzung pro Arbeitstakt durchgeführt. Dabei variiert der Einspritzbeginn lastabhängig geringfügig im Bereich des oberen Todpunkts des jeweiligen Zylinders. Bei diesen Einspritzungen treten auf Grund des Brennratundrucks keine Mengenabweichungen auf da das entsprechende Ansteuerdauerkennfeld bei dem selben Brennraumdruck ermittelt wurde. Bei Einspritzun gen, welche weit vor dem oberen Todpunkt bzw. nach dem oberen Todpunkt bzw. nach der Verbrennung durchgeführt werden, weicht der Brennraumdruck wesentlich von dem Brennraumdruck ab, bei dem das Ansteuerdauerkennfeld ermittelt wird. Dies hat bei diesen Einspritzungen einen Mengenfehler zur Folge. Insbesondere treten diese Fehler bei einer Voreinspritzung und/oder bei einer Nacheinspritzung auf.
Dies bedeutet, abhängig davon zu welchem Zeitpunkt bzw. welcher Winkelstellung der Kurbelwelle diese Voreinspritzung und/oder Nacheinspritzung erfolgt, treten erhebliche Mengenfehler auf. Verschiedene Funktionalitäten greifen auf diese Voreinspritzung bzw. Nacheinspritzung ein. Bei diesen ist der Mengenfehler problematisch, da diese lediglich steuern und nicht regelnd eingreifen. Solche Funktionen sind beispielsweise eine Druckwellenkompensation oder eine Nullmengenkalibrierung. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese Mengenfehler darauf beruhen, dass die Einspritzmenge vom bei der Einspritzung herrschenden Brennraumdruck abhängt. Der Brennraumdruck bei der Voreinspritzung und/oder der Nacheinspritzung weicht deutlich von dem Brennraumdruck ab, der bei der Haupteinspritzung herrscht.
Insbesondere bei hydraulisch gesteuerten Einspritzsystemen, wie beispielsweise bei Common-Rail-Injektoren mit einer elektrischen Ansteuerung und mit einem Steuerraum, hängt das Nadelöffnungsverhalten vom Kräftegleichgewicht an der Düsennadel ab. Dieses Kräftegleichgewicht wird im Wesentlichen durch den Druck im Steuerraum und dem Brennraumdruck bestimmt. Dieses Kräftegleichgewicht wird über den Zylinderdruck, welcher an der Düsennadel bei geschlossenem Injektor anliegt, zusätzlich beeinflusst. Diese Beeinflussung ist typischerweise so, dass ein hoher Zylindergegendruck das Öffnungsverhalten der Düse unterstützt, d. h. die Einspritzung beginnt bei gleicher elektrischer Ansteuerung zu einem zeitlich früheren Zeitpunkt. Auf der anderen Seite wiederum ist die Einspritzrate vom Gegendruck abhängig, d. h. bei hohem Gegendruck reduziert sich die maximale Rate, da die Druckdifferenz zwischen Raildruck und Gegendruck kleiner wird.
Dadurch, dass der Zylinderdruck berücksichtigt wird, kann die Zumessgenauigkeit erhöht werden. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass die Mengenkorrekturfunktionen, die die Einspritzmenge als Eingangsgröße besitzen, am richtigen Betriebspunkt arbeiten.
Dadurch, dass ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße ein Korrekturwert zur Korrektur der Ansteuergröße ermittelt wird, ergibt sich eine deutlich verbesserte Kraftstoffzumessung. Dadurch werden die Effekte ausgeglichen, die darauf beruhen, dass der Injektor bzw. die Pumpe-Düse-Einheit bei einem geänderten Brennraumdruck ein geändertes Öffnungsverhalten zeigen. Dieses geänderte Öffnungsverhalten führt zu einer geänderten Einspritzmenge und gegebenenfalls zu einem geänderten Einspritzbeginn. Dies beruht darauf, dass der Druck das Öffnen des Injektors beeinflusst. Je nach Ausgestaltung des Injektors kann ein erhöhter Brennraumdruck zu einem erleichterten Öffnen, d. h. einer erhöhten Kraftstoffmenge oder zu einem erschwerten Öffnen und damit einer verringerten Kraftstoffmenge führen. Des weiteren tritt der Effekt auf dass bei einem erhöhten Brennraumdruck sich die Einspritzrate aufgrund der geringeren Druckdifferenz zwischen Kraftstoffdruck und Brennraumdruck verringert.
Besonders vorteilhaft ist es, dass der Korrekturwert abhängig von der Zylinderdruckgröße und zusätzlich von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bzw. dem Betriebspunkt des Injektors ermittelt wird.
Dies wird dadurch realisiert werden, dass das Ausgangssignal des Ansteuerkennfeldes abhängig von den Eingangsgrößen des Ansteuerkennfeldes und dem Zylinderdruck korrigiert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Betriebskenngröße eine Größe (P) verwendet wird, die den Kraftstoffdruck charakterisiert. Insbesondere bei Common-Rail-Systemen steht diese Größe zur Verfügung. Ferner hat der Kraftstoffdruck bzw. der Raildruck einen erheblichen Einfluss auf das Verhalten des Stellelements.
Eine weitere Größe, die wesentlich das Verhalten des Stellelements beeinflusst ist die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Diese liegt in Steuergeräten zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ebenfalls vor. Als Größe (QK), die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert, können verschiedene im Steuergerät vorliegende Signale verwendet werden.
Zur Erfassung der Zylinderdruckgröße (PZ) wird vorzugsweise ein Sensor verwendet. Dieser kann auch zur Ermittlung weiterer Größen verwendet werden, die dann bei der Steuerung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Bei einer kostengünstigen Alternativlösung kann auch vorgesehen sein, dass diese Größe ausgehend von anderen Betriebskenngrößen ermittelt, d.h. berechnet oder aus einem Kennfeld ausgelesen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der 1 sind die wesentlichen Elemente des Verfahrens und der Vorrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine dargestellt. In 2 die Ermittlung der Korrekturwerte für die Ansteuergröße detailliert dargestellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Ein Stellelement ist mit 100 bezeichnet. Dieses wird mit einem Ansteuersignal A beaufschlagt. Das Ansteuersignal A wird im Verknüpfungspunkt 105 durch Verknüpfen des Ausgangssignals AD eines Ansteuerdauerkennfeldes 110 und eines Korrekturwerts K gebildet. Dem Ansteuerdauerkennfeld 110 wird das Ausgangssignal P erster Sensoren 115 und das Ausgangssignal QK einer Mengenvorgabe 120 zugeführt. Der Mengenvorgabe 120 wird das Ausgangssignal FP zweiter Sensoren 122 und ein Signal N dritter Sensoren 124 zugeführt.
Das Stellelement ist vorzugsweise als Injektor eines Common-Rail-Systems oder als Pumpe-Düse-Element ausgebildet. Dabei bestimmt die Dauer des Ansteuersignals, mit dem ein Magnetventil oder ein Piezo-Aktor beaufschlagt wird, die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Der Korrekturwert wird von einer Korrektur 140 bereitgestellt, die mit den Eingangssignalen QK und P des Ansteuerkennfeldes 110 und dem Ausgangssignal PZ eines vierten Sensors 155 beaufschlagt wird.
In dem Ansteuerdauerkennfeld 110 ist das Ansteuersignal für das A Stellelement 100 abhängig vom Betriebspunkt abgelegt, der durch wenigstens die Größe QK definiert ist. Der Betriebspunkt ist durch wenigstens eine Betriebskenngröße festgelegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Betriebspunkt durch eine Größe QK, die die einzusprit zende Kraftstoffmenge charakterisiert, und eine Größe P, die den Kraftstoffdruck charakterisiert, bestimmt. Die Größe QK wird von der Mengenvorgabe vorzugsweise abhängig von einem Signal FP, das den Fahrerwunsch charakterisiert und einer Drehzahlgröße N vorgegeben. Die Größe P wird mittels des Sensors 115 gemessen. Hierbei handelt es sich um eine Größe, die den Kraftstoffdruck charakterisiert. Bei einem Common-Rail-System wird diese Größe üblicherweise als Raildruck bezeichnet.
Um die Einflüsse des Zylinderdrucks PZ zu kompensieren wird von der Korrektur 140 der Korrekturwert K abhängig von wenigstens dem Zylinderdruck PZ und einer weiteren Betriebskenngröße QK und oder P vorgegeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert abhängig vom Zylinderdruck PZ und den Eingangsgrößen des Ansteuerkennfeldes 110 vorgegeben wird. Mit dem Korrekturwert K wird dann im Verknüpfungspunkt 105 das Ausgangssignal AD des Ansteuerdauerkennfeldes 110 korrigiert. Der Zylinderdruck PZ wird mittels eines Sensors 155 gemessen oder ausgehend von anderen Größen ermittelt.
Das Ansteuerdauerkennfeld wird bei einem definierten Referenzdruck PR bedatet. Der Korrekturwert K wird mit einem modellbasierten Ansatz, der Rechenlaufzeit und Ressourcen optimiert ist, ermittelt. Hierzu wird vorzugsweise eine quadratische Näherungsformel verwendet. Hierbei wird die benötigte Ansteuerdauerkorrektur K zur Erreichung der Wunschmenge bei vom Referenzdruck PR abweichenden Brennraumdruck PZ gemäß der folgenden Formel berechnet: K = (PZ – PR)·X + (PZ – PR)·(PZ – PR)·Y
Hierbei handelt es sich bei den Größen X und Y um Parameter, die für jeden Betriebspunkt des Injektors mit Hilfe eines Applikationstools offline aus den Rohdaten ermittelt, und im SG in Kennfeldern abgelegt werden.
Alternativ können auch andere Formeln oder Modelle verwendet werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Korrekturwerte in entsprechenden Kennfeldern abgelegt sind.
Das Kennfeld 110 wird für verschiedene Zylinderdrücke vermessen. Ausgehend von diesen Messwerten werden dann die Faktoren x und y bestimmt. Die Parameter x und y wer den zu jedem Betriebspunkt des Injektors während der Applikationsphase aus den Rohdaten ermittelt und im Steuergerät in Kennfeldern abgelegt.
Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, weil die Korrektur eine ausreichende Genauigkeit aufweist und nur einen geringen Bedarf an Speicherplatz und Rechenlaufzeit benötigt. Alternativ zur obigen Formel können auch andere Formeln zur Berechnung des Korrekturwerts ausgehend von der Druckdifferenz zwischen dem tatsächlichen Wert und dem Referenzwert verwendet werden.
Bei einer weiteren Alternative kann vorgesehen sein, dass ein invertiertes Injektormodel verwendet wird.
Eine Realisierung dieser Vorgehensweise ist in 2 detailliert dargestellt. Bereits in 1 beschriebene Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Größen QK und P gelangen zusätzlich zu einem ersten Kennfeld 200 und einem zweiten Kennfeld 210. In dem ersten Kennfeld 200 ist der Faktor Y und in dem zweiten Kennfeld 205 der Faktor x abhängig vom Betriebspunkt des Injektors abgelegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als Eingangsgrößen für die Kennfelder 200 und 210 dieselben Eingangsgrößen wie für das Ansteuerdauerkennfeld 110 verwendet werden. In dem Verknüpfungspunkt 210 bzw. in dem Verknüpfungspunkt 215 werden die Ausgangssignale X bzw. Y der Kennfelder mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 220 bzw. mit dem Ausgangssignal des Subtraktionspunktes 230 vorzugsweise multiplikativ verknüpft. Die beiden Ausgangssignale der Verknüpfungspunkte 210 und 215 gelangen zu dem Verknüpfungspunkt 240, der diese beiden Signale vorzugsweise additiv verknüpft. Am Ausgang des Verknüpfungspunktes 240 liegt der Korrekturwert K an.
Dem Subtraktionspunkt 230 wird zum einen das Ausgangssignal PZ des Sensors 155 für den Brennraumdruck und das Ausgangssignal einer Referenzwertvorgabe 250 zugeführt. Am Ausgang der Referenzwertvorgabe 250 liegt der Referenzdruck PR an. Bei dem Referenzdruck PR handelt es sich um den Brennraumdruck, bei dem das Ansteuerdauerkennfeld 110 vermessen wurde.
Die in 2 dargestellten Elemente 200 bis 250 bilden die oben angegebene Formel wieder.
Erfindungsgemäß ist eine lineare Korrektur abhängig von der Differenz zwischen dem Referenzwert PR und dem aktuellen Brennraumdruck PZ, sowie eine quadratische Korrektur vorgesehen. Für die lineare Korrektur ist ein Faktor X in dem Kennfeld 205 und für die quadratische Korrektur ein Faktor Y in dem Kennfeld 200 abhängig vom Betriebspunkt des Injektors abgelegt. Bei diesen Faktoren werden zum einen die Differenz und zum anderen das Quadrat der Differenz multipliziert und dadurch der Korrekturwert K mittels eines quadratischen Ansatz berechnet.
Diese Vorgehensweise wird für alle Einspritztypen, d. h. die Voreinspritzungen, die Haupteinspritzung und die Nacheinspritzungen angewendet. Eine mögliche Deaktivierung abhängig vom Betriebspunkt des Injektors stellt eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung vor. Diese Deaktivierung ermöglicht eine Einsparung an Rechenlaufzeit bei einem erwartungsgemäßen geringen Korrekturbedarf. Dieser liegt beispielsweise bei großen Einspritzmengen oder großen Kraftstoffdrücken vor. So kann vorgesehen sein, dass der Korrekturwert K über ein entsprechendes Schaltmittel, das abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine angesteuert wird, zum Verknüpfungspunkt 105 gelangt.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine entsprechende Korrektur vorgesehen ist, um den Ansteuerbeginn zu korrigieren, d. h. neben der Ansteuerdauer wird auch der Ansteuerbeginn korrigiert.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße (QK, P) eine Ansteuergröße (AD) vorgegeben wird, die die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße (PZ) und der wenigstens einen Betriebskenngröße (QK, P) ein Korrekturwert (K) zur Korrektur der Ansteuergröße (AD) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße eine Größe (P), die den Kraftstoffdruck charakterisiert, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße eine Größe (QK), die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderdruckgröße (PZ) mit einem Sensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert ausgehend von einer Differenz zwischen einem Referenzwert (PR) und dem aktuellen Wert für die Zylinderdruckgröße (PZ) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (K) ausgehend von der Differenz und wenigstens einem Faktor (X, Y), der von der wenigstens einen Betriebskenngröße (QK, P) abhängt, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderdruckgröße (PZ) ausgehend von Betriebskenngrößen ermittelt wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln (110) die ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße (QK) eine Ansteuergröße (AD), die die eingespritzte Kraftstoff menge bestimmt, vorgeben, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (140) vorgesehen sind, die ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße (PZ) ein Korrekturwert (K) zur Korrektur der Ansteuergröße (AD) vorgeben.