DE102007018627B4

DE102007018627B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von Stellgliedern für Brennkraftmaschinen

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Publication number: DE102007018627B4
Application number: DE102007018627A
Authority: DE
Inventors: Vincent Dian; Jürgen Dr. Fritsch; Johann GÖRZEN; Krishnareddy Malikireddy
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: DE102007018627A1; WO2008128980A1

Abstract

Verfahren zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjektoren, für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist,
mit folgenden Schritten:
– Auswählen einer vorbestimmbaren Menge an Stellgliedern aus einer Vielzahl an Stellgliedern;
– Zeitabhängiges Messen von Druck- und Massewerten jedes Stellgliedes in seinem gesamten Arbeitsbereich und Bestimmung von jeweils einem zugehörigen Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramm;
– Berechnen eines gemeinsamen, gemittelten Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramms als Nominal-Kennfeld für die ausgewählten Stellglieder;
– Bestimmung einer Mehrzahl von Korrekturkennwertfelddiagrammen und von Koordinaten innerhalb eines Kennwertfelddiagramms bestehender, optimierter Kalibrationsmesspunkte mittels dem gemittelten Kennwertfelddiagramm und den zu den ausgewählten Stellgliedern zugehörigen Kennwertfelddiagrammen;
– Korrektur von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten weiterer Stellglieder mittels der Korrekturkennlinienfelddiagramme;
– Bestimmung der Korrekturkennwertfelddiagramme ein erster bis L-ter optimierter Kalibrationsmesspunkt mit einem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt wird und mit dem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm Abweichungen der Koordinaten...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit- oder Volumen-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einem Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 8.
Aus EP 0 536 676 A ist bekannt, dass bei Brennstoffinjektoren, die der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Ansteuersignals Brennstoff zumessen, ein Datenträger mitgegeben wird, der Korrekturwerte enthält, mit denen Fehler der einzelnen Injektoren ausgeglichen werden können.
Es ist hierfür vorgesehen, dass die Korrekturdaten, die sich aufgrund gewisser Fertigungstoleranzen von Injektor zu Injektor unterscheiden, am Ende der Fertigung jedes Kraftstoffinjektors, ermittelt und in den Datenträger eingelesen werden. Dabei kann der Datenträger als Barcode oder als nur lesbares Speicherelement ausgebildet sein. Bei der ersten Initialisierung des Steuergerätes werden dann diese Daten in einen beschreibbaren Speicher des Steuergerätes eingelesen und im späteren Betrieb zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
Moderne Steuergeräte beinhalten verschiedene Funktionen, die ebenfalls Korrekturwerte ermitteln, die einem Injektor zuzuordnen sind. Eine solche Funktion wird beispielsweise als Nullmengenkalibration bezeichnet. Diese Daten werden im Steu ergerät abgelegt und zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
Es wird üblicherweise die individuelle Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors an mehreren Prüfpunkten innerhalb eines Prüfstandes erfasst. Dabei wird die Abweichung der jeweiligen Einspritzmenge vom Sollwert ermittelt. Diese Daten werden bei der Injektorfertigung in geeigneter Form auf einem Injektor angebracht. Bei der Motormontage und/oder bei der Fahrzeugmontage werden die Daten über geeignete Systeme, beispielsweise über eine Diagnoseschnittstelle in das Steuergerät übertragen. Es gibt in diesem Zusammenhang Verfahren zur Speicherung dieser Daten, die einen Austausch dieses Steuergerätes bei Auftreten eines Defektes ermöglichen. Diese sind aus der EP 1 400 674 B1 bekannt, gemäß welcher die Klassifizierung von Daten auf einer Speichervorrichtung, die direkt an dem Brennstoffinjektor angeordnet ist, gespeichert werden. Die zur Verfügung stehenden Daten dienen zur Nullmengen Kalibration und/oder Mengenkorrektur.
Ein vorrangiges Problem hierbei ergibt sich hierdurch, dass eine individuelle Vermessung der Kraftstoffinjektoren in ihrem gesamten Arbeitsbereich notwendig ist, um entsprechend Korrekturdaten zu berechnen und diese auf dem Brennstoffinjektoren kenntlich zu machen. Derartige in Prüfständen durchgeführte Vermessungsverfahren sind extrem zeit- und kostenaufwändig und somit für eine in Großserie stattfindenden Produktion einer großen Anzahl an Brennstoffinjektoren ungeeignet.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Brennstoffinjektoren Alterungsprozeßen unterliegen, welche eine Adaption der einzelnen Brennstoffinjektoren an ihre jeweiligen Funktionszustände erfordern.
Aus der DE 41 34 304 A1 ist ebenso ein Verfahren bekannt, gemäß welchem mehrere Größen eines Magnetventils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine erfasst werden, um Ungleichförmigkeiten beim Einspritzvorgang einfach und schnell auszugleichen. Auf einem Prüfstand werden Faktoren bestimmt, die als gespeicherte Stellgrößenfaktoren eine zuvor berechnete Stellgröße zur Ansteuerung des Magnetventils verändern. Anschließend steuert diese veränderte Stellgröße das Magnetventil an. Die ermittelten Faktoren werden in Abhängigkeit von zuvor erfassten Größen derart ausgewählt, dass zunächst eine wählbare Betriebsgröße der Brennkraftmaschine eingestellt wird, anschließend eine Bestimmung einer Stellgröße, ausgehend von der auf einer Welle der Brennkraftmaschine angeordneten Markierung berechnet wird eine tatsächliche Stellgröße separat für dieses Magnetventil ermittelt wird, woraus sich der Faktor aus der berechneten Stellgröße und der ermittelten Stellgröße ergibt. Ein Abspeichern des ermittelten Faktors und ein Verändern der wählbaren Betriebsgrößen werden zudem durchgeführt, bevor diese aufgeführten Schritte bis zur Herstellung eines optimierten Funktionszustandes entsprechend oft wiederholt werden.
Aus US 4,402,294 ist ein Injektionssystem bekannt, welches eine Brennstoffinjektorkalibration durchführt. Es wird zur Kalibration ein Kalibrationswiderstand verwendet, der einen im Zusammenhang mit der Brennstoffdurchflussrate des Injektors korrigierenden Widerstand aufweist. Die somit ermittelten Werte werden mit einer Zahl einer Tabelle in Beziehung gesetzt. Anhand dieser Zahl wird dann die Zeitdauer bestimmt, welche erforderlich ist, um den Injektor derart zu betreiben, dass der gewünschte Brennstoffausstoß erhalten wird.
Weiterhin ist bekannt, Injektoren mit in einem Prüfstand ermittelten Messdaten in verschiedene Gruppen zu klassifizieren, um hierdurch beispielsweise eine Gruppe an Injektoren mit geringen Brennstoffabgaben, eine Gruppe an Injektoren mit hohen Brennstoffabgaben und eine Gruppe an Injektoren ohne wesentliche Abweichungen von den Sollwerten der Brennstoffabgaben zu erhalten. In einem Kraftfahrzeug werden dann anschließend Kraft-stoffinjektoren aus lediglich einer Gruppe eingebaut und das Steuergerät entsprechend programmiert. Eine derartige Klassifizierung hat nachteilhaft die Zusammenfassung einer Großzahl von Injektoren innerhalb einer Gruppe mit weiterhin – wenn auch geringerer – unterschiedlichen Brennstoffabgabencharakteristiken zur Folge, so dass selbst bei einer Verwendung von Brennstoffinjektoren aus einer gemeinsamen Gruppe keine optimale Aufeinanderabstimmung der in einem gemeinsamen Motor verwendeten Brennstoffinjektoren vorliegt.
DE 10 2004 007 799 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum injektor-individuellen Mengenabgleich in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Es findet ein Abgleich von Kennliniensteigungen einzelner Brennstoffinjektoren mittels eines Steigungskorrekturfaktors statt.
DE 102 15 610 A1 zeigt ein System und ein Verfahren zum Korriegieren des Einspritzverhaltens von mindestens einem Injektor, bei dem ein Vergleich von Ist- und Soll-Werten bezüglich der Parameter von Brennstoffinjektoren durchgeführt wird.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibration von Brennstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen zur Verfügung zu stellen, welches/welche eine Kompensierung von Abweichungen in den Brennstoffabgabencharakteristiken einzelner Brennstoffinjektoren auf schnelle und kostengünstige Weise ermöglicht, ohne dass hierfür die einzelnen Brennstoffinjektoren in ihrem gesamten Arbeitsbereich vermessen werden müssen.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einem Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, folgende Schritte durchgeführt werden:

– Auswählen einer vorbestimmbaren Menge an Stellgliedern aus einer Vielzahl an Stellgliedern;
– Messen von Druck- und Massewerten jedes Stellgliedes in seinem gesamten Arbeitsbereich und Bestimmung von jeweils einem zugehörigen Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramm;
– Berechnen eines gemeinsamen, gemittelten Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramms als Nominal-Kennfeld für die ausgewählten Stellglieder;
– Bestimmung einer Mehrzahl von Korrekturkennwertfelddiagrammen und von Koordinaten innerhalb eines Kennwertfelddiagramms bestehender, optimierter Kalibrationsmesspunkte mittels dem gemittelten Kennwertfelddiagramm und den zu den ausgewählten Stellgliedern zugehörigen Kennwertfelddiagrammen, und
– Korrektur von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten weiterer Stellglieder mittels der Korrekturkennlinienfelddiagramme.

Durch die Verwendung von sogenannten Kennwertfelddiagrammen und die Verwendung weniger optimierter Kalibrationsmesspunkte innerhalb von Kennwertfelddiagrammen weiterer Brennstoffinjektoren aus einer Großserie, die in ihrer Brennstoffabgabencharakteristik bzw. ihrem Einspritzprofil analysiert werden sollen, kann jeder Brennstoffinjektor mit seinen Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten an den wenigen ausgewählten optimierten Kalibrationspunkten bestimmt bzw. vermessen werden und das zugehörige Kennwertfelddiagramm durch ein abgespeichertes und auswählbares Korrekturkennwertfelddiagramm korrigiert werden, um neue Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte für das Stellglied, insbesondere dem Brennstoffinjektor, zu erhalten, welches zu einem Abgleich mehrerer Stellglieder in ihrer Brennstoffabgabecharakteristik und somit zu einer Abweichung, beispielsweise Verringerung von deren Streuung führen soll.
Die Korrekturkennwertfelddiagramme können in einzelnen Steuereinheiten, die nachfolgenden weiteren Brennstoffinjektoren, welche nicht die Testinjektoren sind, zugeordnet sind, oder in einem Steuergerät, welches in einem Prüfstand, in welchem die Brennstoffinjektoren mittels der optimierten Kalibrationspunkte vermessen werden, abgespeichert werden. Ein Aufruf eines derartigen passenden Korrekturkennwertfeldes, wie es in einem Korrekturkennwertfelddiagramm wiedergegeben ist, zu dem jeweiligen momentan zu messenden Brennstoffinjektor, welcher aus einer Großserie stammt, findet dann statt, wenn an den ausgewählten optimierten Kalibrationsmesspunkten, die beispielsweise 1–20, vorzugsweise 2–5 in ihrer Anzahl sein können, und die in ihren Koordinaten in dem vorausgegangenen Testverfahren festgelegt worden sind, die verschiedenen Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte gemessen worden sind.
Derartige Streuungen in einem Einspritzprofil von Brennstoffinjektor zu Brennstoffinjektor ergeben sich aus Abmessungsunterschieden der Bauelemente der Brennstoffinjektoren, wie es beispielsweise bei Vorliegen von Einspritzlöchern mit unterschiedlichen Durchmessern, durch welche der Brennstoff in den Brennstoffraum eingespritzt wird, der Fall sein kann. Derartige Bauelementeabmaßtoleranzen weisen eine gewisse statistische Verteilung über eine große Anzahl an Brennstoffinjektoren, wie es bei Vorliegen einer Großserie der Fall ist, auf. Dies lässt eine Art Systemidentifikation zu, in welcher einzelne zuvor erfindungsgemäß berechnete Korrekturkennwertfelder der einzelnen Brennstoffinjektoren mit unterschiedlichen Bauelementeabmaßtoleranzen zugewiesen werden können.
Mit Hilfe einer derartigen Systemidentifikation werden Korrekturkennwertfelder berechnet, die es ermöglichen, die Abweichung eines einzelnen Brennstoffinjektors in seinen Werten mit jeweils einer Gewichtung pro Korrekturkennwertfeld zu kompensieren. Es reicht somit aus, dass bei jedem Brennstoffinjektor, der aus einer Großserie herausgenommen wird, nur noch vorzugsweise an wenige, beispielsweise 2–5 Kalibrationspunkten anstatt an sämtlichen Punkten des Kennwertfeldes dieses Brennstoffinjektors, welches in einem Kennwertfelddiagramm wiedergegeben wird, vermessen wird.
Ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht die Identifikation der systematischen Gesetzmäßigkeiten der Injektorstreuung von Brennstoffinjektoren aus einer Großserie und verringert somit die Erfassung von Daten an wenigen Messpunkten pro Brennstoffinjektor, um anschließend eine Korrektur des Kennwertfeldes durchzuführen. Hierdurch wird eine Zeit- und Kostenersparnis bei der Überprüfung von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten vieler Stellglieder, insbesondere Brennstoffinjektoren erreicht, und somit das Durchtesten einer Großserie an Brennstoffinjektoren beschleunigt. Eine derartige Überprüfung mittels weniger Messpunkte hat anschließend eine Kompensierung festgestellter Abweichungen in den Werten mittels der Korrekturkennwertfelder zur Folge, die vorteilhaft dazu führt, dass die einzelnen Brennstoffinjektoren in ihren Brennstoffabgabecharakteristiken aufeinander abgestimmt werden und somit eine optimierte Verbrennung innerhalb einer Brennkraftmaschine erzeugen.
Zur Korrektur der Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte werden Brennstoffinjektorenkennwertfelddiagramme der weiteren Stellglieder, die aus einer Großserie zu vermessen sind, durch Messung von Druck- und Massewerten an den optimierten Kalibrationspunkten, die zuvor bestimmt worden sind, bestimmt und mittels daraus gewonnener Messergebnisse wird eines der Korrekturkennfelddiagramme jedem Stellglied zugeordnet, um das dem Stellglied, insbesondere dem Brennstoffinjektor, zugehörige Korrekturkennfelddiagramm zu verändern.
Die Daten der Korrekturkennwertfelddiagramme werden in den weiteren Stellgliedern zugeordneten Steuereinheiten bzw. einem gemeinsamen Steuergerät gespeichert.
Die Korrekturkennwertfelddiagramme werden in Abhängigkeit von dem Alter des zu korrigierenden Stellgliedes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mittels unterschiedlichen Altersadaptionskennwertfelddiagrammen in ihren Werten korrigiert. Hierfür werden die aus einer Menge von 10–1000 ausgewählten Brennstoffinjektoren, die zu Testzwecken dienen, einem Alterungstest unterzogen und regelmäßig vermessen. Es erweist sich als vorteilhaft, diese Messungen parallel sowohl auf Spezialprüfständen als auch in Feldversuchen in Kraftfahrzeugen durchzuführen, um die Veränderungen sorgfältig aufeinander abzustimmen und miteinander abzuwägen.
Mit Hilfe dieser Messungen werden nach dem gleichen Systemidentifikationsverfahren die Korrekturkennwertfelder alterungsabhängig adaptiert, indem die Altersadaptionskennwertfelddiagramme geschaffen werden und über Datenbanken oder Datenträger zur Verfügung gestellt werden. Sie können bereits während der Produktion der Großserie in einem Steuergerät hinterlegt werden, wenn bis zu diesem Zeitpunkt die Alterungseffekte bekannt bzw. abschätzbar sind.
Wenn sich zum Zeitpunkt der Fertigung oder des Einbaus unvorhersehbare Langzeitdrifts bei den Kennwertfeldern der Brennstoffinjektoren ergeben, besteht die Möglichkeit diese Kennwertfelder bei einer regelmäßig durchzuführenden Kraftfahrzeuginspektion zu aktualisieren. Wenn die alterungsabhängigen Kennwertfelder nicht in dem Steuergerät gespeichert werden, können sie bei jeder Inspektion beispielsweise über ein Diagnosegerät angepasst werden.
Es ist ebenso gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Kopplung der Korrekturkennwertfelddiagramme denkbar, wenn ein Abfall des Druckwertes stattfindet. Eine derartige Korrektur, die bei Druckabfällen im Rail während oder nach den Einspritzvorgängen stattfindet, ist vorteilhaft, da sich hierdurch das Brennstoffinjektorverhalten über die Korrelationsfunktionen individuell für jeden Brennstoffinjektor beeinflussen lässt. Eine derartige Korrektur des Kennwertfeldes eines Brennstoffinjektors kann durch Parallelverschiebung des Kennwertfeldes erfolgen.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Korrekturkennwertfelder mit einem Minimum Fuel Mass Adaptation(MFMA)-Verfahren zur automatischen Adaption an die Injektoralterung bei laufendem Motor gekoppelt wird. Dies ermöglicht eine laufende Korrektur der Brenn-stoffinjektoren in Abhängigkeit von deren Alterserscheinungen.
Vorzugsweise werden die injektorindividuellen Kalibrationsdaten, welche sich als Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte aus der Anwendung der Korrekturkennwertfelddiagramme und der Messung an den optimierten Kalibrationspunkten als Korrektur ergeben, als Datenblatt dem Brennstoffinjektor beigefügt, und/oder als Zahlenwert auf dem Injektor aufgedruckt.
Alternativ können diese Daten als Punkt-/Strichcode, 2D-Strichcode, Matrixcode etc. auf dem Brennstoffinjektor aufgedruckt werden. Ebenso ist eine Speicherung in einem RFID-Chip oder in einem elektronischen Datenspeicherelement, der auf dem Brennstoffinjektor angeordnet ist, denkbar. Auch eine Hinterlegung der Daten in einer Datenbank ist denkbar, die bei dem Brennstoffinjektorhersteller oder dem Fahrzeughersteller existiert. Ebenso können diese Daten über das Internet oder über Datenträger den Werkstätten zur Verfügung gestellt werden. Die Abweichungsdaten können auch einzelnen Widerständen zugeordnet werden.
Zur Bestimmung der Korrekturkennwertfelddiagramme werden ein erster bis L-ter optimierter Kalibrationsmesspunkt mit einem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt und mit den ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagrammen werden Abweichungen der Koordinaten von Messpunkten in den N Kennwertfelddiagrammen der N Stellglieder von Koordinaten von Messpunkten in dem gemittelten Kennwertfelddiagramm berechnet.
Vorteilhaft weist eine Vorrichtung zur Kalibration von Stellgliedern, insbesondere Brenn-stoffinjektoren, die ein Verfahren, wie beschrieben, durchführt, das Steuerungsgerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens auf, wobei das Steuergerät bzw. die Vorrichtung einer hierfür entsprechend programmierten Software aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1A In einem Masse-Zeit-Diagramm Kennlinien verschiedener Brennstoffinjektoren, die zu Testzwecken ausgewählt worden sind, bei einem ersten Druckwert;
1B in einem Masse-Zeit-Diagramm die Kennlinien verschiedener Brennstoffinjektoren, die zu Testzwecken ausgewählt worden sind, bei einem vom ersten Druckwert kleineren zweiten Druckwert;
2A in einem Druck-Masse-Diagramm eine schematische Darstellung eines Kennwertfelds;
2B in einem Druck-Masse-Diagramm eine schematische Darstellung eines Korrekturkennwertfelds, und
3 in einer schematischen Darstellung die Grundfunktion des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den 1A und 1B wird in jeweils einem Masse-Zeit-Diagramm eine Mehrzahl an Brennstoffinjektoren in ihren Kennlinien dargestellt, wobei es sich hierbei um eine Auswahl an Brennstoffinjektoren aus einer Großserie handelt. Beispielsweise werden 100 Brennstoffinjektoren ausgewählt.
Die verschiedenen Beispiele geben Kennlinien von Brennstoffinjektoren mit unterschiedlichen Masseangaben hinsichtlich ihrer Brennstoffabgaben in Abhängigkeit von der Zeit an. Die unterschiedlichen Brennstoffinjektorenkennlinien geben Kennlinien von Brennstoffinjektoren mit unterschiedlichen darin vorherrschenden Druckwerten wieder.
Die in 1A wiedergegebenen Kennlinien entstehen bei einem ersten Druckwert p₁. Die in 1B wiedergegebenen Kennli nien entstehen bei einem zweiten Druckwert p₂, der kleiner als p₁ ist.
Bei einer normierten Brennstoffinjektorkennlinie mit einem Druckwert p₁ = const oder p₂ = const ist in einem ersten Zeitabschnitt 1 ein Leerhub (Blind Lift), der diejenige Zeitspanne angibt, in welcher ein Piezoelement ohne Berührung zu einem Steuerventil sich in Richtung des Steuerventils bewegt, wiedergegeben. Mit dem zweiten Zeitabschnitt 2 ist ein ballistischer Bereich der Einspritznadel wiedergegeben. In dem dritten Zeitabschnitt 3 wird der lineare Bereich des Brennstoffinjektors dargestellt.
In 2A ist ein Kennwertfelddiagramm bzw. ein Kennwertfeld (Kennfeld genannt) in schematischer Darstellung und in 2B ein Kennwertfelddiagramm mit einzelnen eingezeichneten Korrekturpunkten, wiedergegeben, wie es sich aus der Vermessung eines Brennstoffinjektors an beispielsweise 600 Punkten seines Arbeitsbereiches ergibt. Dieses Kennwertfeld setzt sich aus über die Ordinate aufgetragene Druckwerte, z. B. 20, und aus den über die Abszisse aufgetragenen Massewerten, z. B. 30, zusammen und ergibt letztendlich in zeitlicher Abhängigkeit die einzelnen gemessenen Druck- und Massewerte eines Brennstoffinjektors wieder. Hierbei werden beispielsweise 20 Druckwerte und 30 Massewerte dargestellt.
Es werden nun N Brennstoffinjektoren zu Testzwecken ausgewählt, um sogenannte Korrekturkennwertfelder zu bestimmen und nachfolgende Berechnung wird durchgeführt: Jedes T ~n ist eine Zeitmatrix mit den Stützstellen eines Kennfeldes, wobei die Spalten diskreten Massewerten und die Zeilen diskreten Druckwerten des n-ten Brennstoffinjektors zugeordnet sind.
Diese werden durch Messung der ausgewählten N Brennstoffinjektoren in ihrem Arbeitsbereich zur Bestimmung der Zeitwerte in Abhängigkeit von Druck und Masse bestimmt.
Gemessen werden also N Kennfelder T ~n bei N Testinjektoren, n = 1...N Es muss nicht der gesamte Arbeitsbereich vermessen werden. Aus geeigneten Punkten im Arbeitsbereich können die restlichen Punkte auch extrapoliert bzw. interpoliert werden.
Anschließend wird aus diesen Kennwertfelddiagrammen ein gemitteltes Kennwertfelddiagramm
berechnet:
Es gilt nun für eine festzustellende Abweichung eines Kennwertfelddiagramms eines weiteren zu prüfenden Brennstoffinjektors aus der Großserie folgendes:
wobei

C~: die Zeitmatrix eines Korrekturkennfeldes,
l: = 1...L die Anzahl an Korrekturkennfeldern (z. B. L = 5), und
kn,l: die injektorindividuellen Korrekturwerte sind.

Es gilt: k_n,l = k_n,l (m_l, p_l)
oder: k_n,l = k_n,l (t_l, p_l)
Dabei stellen m_l, p_l und t_l die Stützstellen dar, an denen die Injektoren kalibriert werden.
An L optimalen Punkten k_n,l (m_l, p_l) werden injektorindividuelle Abweichungen bestimmt, wobei wieder gilt
und kn,l = kn,l – k -l
Für die Korrekturmatrizen gilt nun
in Matrixnotation
entspricht
Mit P ~ = (A ~T A ~)–1A ~T kann eine optimale Lösung für dieses überbestimmte Gleichungssystem angegeben werden: X ~ = P ~·B ~
Mit zunehmender Anzahl L verbessert sich auch die Korrekturgenauigkeit. L wird vorzugsweise empirisch bestimmt.
Bestimmung optimaler Orte p_l, m_l bzw. t_l
Die Orte p_l, m_l bzw. t_l können entweder empirisch vorgegeben werden oder, wie nachfolgend beschrieben, über einen Optimierungsalgorithmus gefunden werden.
Optimale Orte der Korrekturpunke k_n,l (m_l, p_l) bzw. k_n,l (m_l, t_l) werden ermittelt, in dem die Orte m_l, p_l bzw. t_l solange variiert werden, bis sich ein minimaler Fehler in der Gleichung
einstellt.
Für f(x) können folgende Funktionen angesetzt werden, f(X ~) = σn(X ~n)
wobei die Verwendung der Standardabweichung σn(X ~n) aufgrund der statistischen Verteilung der Fehler in diesem Falle vorzuziehen ist.
In einem derartigen Iterationsverfahren wird mittels eines ersten herausgegriffenen Messpunktes ein erstes Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt und mit dem ersten Korrekturkennwertfelddiagramm werden die Abweichungen bzw. Fehler bei sämtlichen zu Testzwecken ausgewählten Brennstoffinjektoren berechnet. Dies wird bei sämtlichen Messpunkten durchgeführt. Somit ergeben sich 600 Einzelfehler. Aus dem kleinsten Fehler folgt der beste Ort für den 1. Kalibrationspunkt Δk_n,l. In gleicher Weise werden auch die anderen L Orte gefunden. In einer Schleife werden nun reihum alle L Orte nochmals solange getestet und erforderlichenfalls verschoben, bis sich eine optimale Anpassung einstellt.
Somit findet eine Variierung von vier ausgewählten Messpunkten in ihren Werten solange statt, bis vier optimierte Kalibrationspunkte und somit auch vier optimierte Korrektur kennwertfeldermatrizen vorliegen. Dies ermöglicht die Vermessung weiterer Brennstoffinjektoren aus einer Großserie an lediglich 2–5, beispielsweise 4 Messpunkten, nämlich den sogenannten optimierten Kalibrationsmesspunkten innerhalb des Kennwertfelddiagrammes eines jeden Brennstoffinjektors und eine anschließende Kompensierung der festgestellten Fehler mittels einem zugehörigen Korrekturkennwertfelddiagramm, ohne dass der gesamte Arbeitsbereich, also sämtliche 600 Meßpunkte eines Kennwertfelddiagramms des Brennstoffinjektors, durchgemessen werden muß.
Alternativ zu einem derartigen Iterationsverfahren ist ein Gradientenverfahren denkbar.
In 3 wird in einer schematischen Darstellung das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben. Ein Injektorkennwertfelddiagramm 10 wird mit einem berechneten Korrekturkennwertfelddiagramm 11, welches einem individuellen Brennstoffinjektor 12 zugeordnet ist, verglichen, wie es durch das Bezugszeichen 13 wiedergegeben wird. Eine sich daraus ergebende Korrektur des Kennwertfelddiagramms eines zu vermessenden Brennstoffinjektors ergibt das brennstoffinjektorspezifische Kennwertfelddiagramm 14, in welchem zusätzlich Korrekturen hinsichtlich bestehender Druckwerte 15 und der Brennstoffmenge 16 durchgeführt werden können. Dieses gegebenenfalls korrigierte Kennwertfelddiagramm 14 wird dann zur Aktivierung eines Brennstoffinjektors 17 eingesetzt.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjektoren, für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, mit folgenden Schritten: – Auswählen einer vorbestimmbaren Menge an Stellgliedern aus einer Vielzahl an Stellgliedern; – Zeitabhängiges Messen von Druck- und Massewerten jedes Stellgliedes in seinem gesamten Arbeitsbereich und Bestimmung von jeweils einem zugehörigen Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramm; – Berechnen eines gemeinsamen, gemittelten Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramms als Nominal-Kennfeld für die ausgewählten Stellglieder; – Bestimmung einer Mehrzahl von Korrekturkennwertfelddiagrammen und von Koordinaten innerhalb eines Kennwertfelddiagramms bestehender, optimierter Kalibrationsmesspunkte mittels dem gemittelten Kennwertfelddiagramm und den zu den ausgewählten Stellgliedern zugehörigen Kennwertfelddiagrammen; – Korrektur von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten weiterer Stellglieder mittels der Korrekturkennlinienfelddiagramme; – Bestimmung der Korrekturkennwertfelddiagramme ein erster bis L-ter optimierter Kalibrationsmesspunkt mit einem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt wird und mit dem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm Abweichungen der Koordinaten von Messpunkten in den N Kennwertfelddiagrammen der N Stellglie der von Koordinaten von Messpunkten in dem gemittelten Kennwertfelddiagramm berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur der Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte Kennwertfelddiagramme der weiteren Stellglieder durch Messung von Druck- und Massewerten an den optimierten Kalibrationspunkten bestimmt und mittels daraus gewonnener Messergebnisse eines der Korrekturkennwertfelddiagramme jedem Stellglied zugeordnet wird, um das dem Stellglied zugehörige Kennwertfelddiagramm zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Daten der Korrekturkennwertfelddiagramme in den weiteren Stellgliedern zugeordneten Steuereinheiten gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzahl der optimierten Kalibrationsmesspunkte 1–20, vorzugsweise 2–5 gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturkennwertfelddiagramme in Abhängigkeit von dem Alter des zu korrigierenden Stellgliedes mittels unterschiedlicher Altersadaptionskennwertfelddiagramme in ihrem Wert korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturkennwertfelddiagramme durch einen Abfall des Druckwertes in ihren Werten korrigiert werden.
Vorrichtung zur Kalibration von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjektoren, für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einem Brennstoffraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Steuerungsgerät zur Durchführung eines verfahrensgemäß einem der vorangegangenen Ansprüche umfaßt.