-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drifterkennung und Driftkompensation von Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine.
-
Gegenstand der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
-
Stand der Technik
-
Ein solches Verfahren kommt bevorzugt bei Common-Rail-Systemen zum Einsatz. Bei diesen Common-Rail-Systemen wird Kraftstoff mittels Injektoren in die Verbrennungsräume (Zylinder) der Brennkraftmaschine unter hohem Druck eingespritzt. Die Kraftstoffdruckerzeugung und die Kraftstoffzumessung sind mittels eines Hochdruckspeichers, eines sogenannten „Rails“, voneinander entkoppelt. Dies hat den Vorteil, dass der Einspritzdruck unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt werden kann und im Hochdruckspeicher fortlaufend für die Einspritzung zur Verfügung steht. Der jeweilige Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge werden in einem elektronischen Motorsteuergerät berechnet und von den jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Injektoren umgesetzt.
-
Über die Lebensdauer der genannten Injektoren kommt es naturgemäß zu driftartigen Veränderungen einzelner Baukomponenten der Injektoren, wie beispielsweise der Aktoren (Piezoaktoren, Magnetaktoren etc.) oder der diese ansteuernden Schaltventile. So kommt es beispielsweise zu Hubdriften der Aktoren oder Schaltventile oder zu solchen oder ähnlichen Driften aufgrund von Temperatureinflüssen. Diese Veränderungen führen dazu, dass auch bei einer präzisen konstanten Ansteuerung der Injektoren die den jeweiligen Zylindern zugeführte Kraftstoff-Menge nicht vorhersagbar variiert und beispielsweise zu einer entsprechenden Mengendrift führt.
-
Die genannte Drifterscheinung ist zudem bei jedem Injektor individuell ausgeprägt und beispielsweise vom über die Lebensdauer eines jeweiligen Injektors auftretenden Lastverlauf oder vom jeweiligen Injektortyp abhängig.
-
Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass die Injektoren im Betrieb der Brennkraftmaschine zur Ermöglichung eines geringen Kraftstoffverbrauchs unter gleichzeitiger Einhaltung strenger Abgasnormen sowie zur Begrenzung des Geräuschpegels bei der Verbrennung nur sehr geringe Toleranzen im Hinblick auf die Einspritzmenge aufweisen dürfen.
-
Zur Kompensation bzw. Korrektur der genannten Mengendriften bei der Kraftstoffeinspritzung wird beispielsweise in der
DE 102 32 356 A1 vorgeschlagen, den mittels eines in einer Kraftstoffleitung angeordneten Drucksensors in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erfassten Einspritzbeginn sowie das Einspritzende eines Injektors mit gespeicherten Werten dieser Größen zu vergleichen und Werte des Einspritzbeginns und/oder der Einspritzdauer so zu verändern, dass eine sich bei dem Vergleich ergebende Abweichung minimiert wird. Diese Art der Driftkorrektur hat allerdings den Nachteil, dass die präzise Erkennung des Einspritzbeginns und des Einspritzendes nicht in allen Motorlastpunkten möglich ist.
-
Weiterhin ist bekannt, die genannte Mengendrift mit den an sich bekannten Verfahren der Nullmengenkalibrierung und der Klopfzahlkorrektur des Kraftstoffgemisches zu kompensieren. Eine entsprechende Einrichtung zur Nullmengenkalibrierung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine geht beispielsweise aus der
DE 33 43 481 A1 hervor. Dabei wird in einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge auf den Sollwert Null hin geprüft und abhängig vom Ergebnis dieser Prüfung ein Regelkreis des Kraftstoffzumesssystems gegebenenfalls nachjustiert.
-
Darüber hinaus ist eine Kraftstoffmengenkorrektur auch durch einen Abgleich über das Lambda-Signal oder durch einen Abgleich über ein Zylinderdrucksignal möglich. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass zusätzliche Sensoren notwendig sind, beispielsweise ein Klopfsensor.
-
Darüber hinaus weisen einige der genannten Verfahren den Nachteil auf, dass entweder relativ lange Betriebszeiten der Brennkraftmaschine zur genannten Kraftstoffmengenkorrektur erforderlich sind oder die zur Mengenkorrektur erforderlichen Mengenmessungen insbesondere zur Vermeidung von Übertragungsfehlern ausschließlich bei Voreinspritzungen durchgeführt werden. Zudem wird die Mengenkorrektur mittels der genannten Methode der Nullmengenkalibrierung aus Sicherheitsgründen nur bei Voreinspritzungen durchgeführt, da die dort ermittelten Messergebnisse naturgemäß fehlerbehaftet sind und deshalb die Mengenkorrektur nur für diejenigen Messpunkte erfolgen kann, die mittels der Nullmengenkalibrierung auch tatsächlich gemessen wurden. Insbesondere findet keine Extrapolation außerhalb des gemessenen Mengenbereichs statt.
-
Des Weiteren erfolgt die Mengenkorrektur in den meisten Fällen ausschließlich im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, in dem normalerweise keine Einspritzungen erfolgen. Während der Kalibrierung wird dann an einem Zylinder eine Menge eingespritzt und die Reaktion der Motordrehzahl beobachtet. Die dabei eingespritzte Menge liegt in der Größenordnung einer typischen Voreinspritzmenge, da eine größere Menge vom Fahrer wahrgenommen und den Fahrkomfort beeinträchtigen würde. Die Korrektur etwaiger Mengendriften erfolgt dann auch nur an diesen Messpunkten. Auch dort wird von einer Extrapolation hin zu größeren Einspritzmengen abgesehen.
-
Aus der
DE 10 2004 031 008 A1 ist ein Verfahren zur Berechnung der eingespritzten Kraftstoffmenge beschrieben, bei dem ein Mengensignal aus einer Frequenzanalyse des Raildrucksignals bestimmt wird.
-
Die
DE 35 06 114 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine durch ein Signal eines Klopfsensors.
-
Das Dokument
DE 103 02 806 A1 beschreibt eine Druckwellenkompensation eines Drucks einer Kraftstoffeinspritzung.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Injektordrift an beliebigen Motorlastpunkten zu erkennen und die Gleichstellung der Injektoren zu prüfen. Dabei soll auf zusätzliche Sensorik weitestgehend verzichtet werden. Auch soll es möglich sein, eine Drifterkennung und -korrektur im Fahrbetrieb mit einer vorgebbaren Einspritzmenge vorzunehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Drifterkennung und Driftkompensation von Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine gelöst durch die Schritte:
- - Abtasten eines den Raildruck charakterisierenden Signals;
- - Transformation des zeitdiskreten Signals in den Frequenzraum;
- - Durchführung einer Merkmalsextraktion aus dem Frequenz-Spektrum zur Festlegung wenigstens eines Merkmalsvektors;
- - Vergleich des wenigstens einen Merkmalsvektors mit wenigstens einem korrespondierenden, zuvor ermittelten und in einem Speicher gespeicherten Merkmalsvektor, der einen ordnungsgemäß funktionierenden Injektor charakterisiert;
- - bei Feststellung einer Abweichung des wenigstens einen Merkmalsvektors von dem gespeicherten Merkmalsvektor um eine vorgebbare Größe: Schließen auf eine Abweichung der eingespritzten Menge aufgrund einer Drift.
-
Grundidee der Erfindung ist es, aus dem Raildrucksignal, das bei Common-Rail-Systemen ohnehin verfügbar ist, mit einem Verfahren, welches mit einer wesentlich reduzierten Datenmenge auskommt, auf die Erkennung einer Mengendrift von Injektoren einer Brennkraftmaschine zu schließen.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
-
So sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens beispielsweise vor, im Falle des Bestehens einer Abweichung des wenigstens einen Merkmalsvektors von dem wenigstens einen gespeicherten Merkmalsvektor um eine vorgegebene Größe die Ansteuerdauer des Injektors so zu variieren, dass die Abweichung des wenigstens einen Merkmalsvektors von dem wenigstens einen hinterlegten Merkmalsvektor verschwindet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Driftkompensation.
-
Was die Transformation des zeitdiskreten Signals in den Frequenzraum betrifft, so sind rein prinzipiell unterschiedliche Transformationsverfahren denkbar. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht die Verwendung einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) vor, die eine sehr schnelle Transformation ermöglicht.
-
Als das den Raildruck charakterisierende Signal wird vorteilhafterweise das Ausgangssignal eines Raildrucksensors, der bei derartigen Common-Rail-Systemen ohnehin vorhanden ist und beispielsweise im Rail verbaut ist, verwendet.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 schematisch ein Blockdiagramm eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt und
- 2 schematisch den Ablauf des Verfahrens zur Drifterkennung und Driftkompensation gemäß der Erfindung.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine, dargestellt in 1, wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet. Mit 100 ist in 1 ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über einen ersten Filter 105 und eine Vorförderpumpe 110 mit einem zweiten Filter 115 in Verbindung. Vom zweiten Filter 115 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 125. Die Hochdruckpumpe 125 steht mit einem Rail 130 in Verbindung.
-
Das Rail 130, das auch als Speicher bezeichnet werden kann, ist mittels Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 verbunden. Über ein Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbunden. Das Druckregelventil 135 ist mittels beispielsweise einer Spule 136 ansteuerbar.
-
Der Bereich zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und dem Eingang des Druckregelventils 135 wird als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Hochdruckbereich steht der Kraftstoff unter sehr hohem Druck. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 145 erfasst.
-
Das Ausgangssignal des Sensors 145 gelangt zu einer Steuereinheit 150. Die Steuereinheit 150, beispielsweise ein Motorsteuergerät, beaufschlagt die Spule 136 des Druckregelventils 135 mit einem Ansteuersignal. Des Weiteren werden Steuereinheiten 160 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Steller zur Beeinflussung der Abgasrückführrate, des Ladedrucks der eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder des Einspritzbeginns. Die Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff erfolgt durch die Ansteuerung der Injektoren 131.
-
Die Steuereinheit 150 verarbeitet die Signale verschiedener Sensoren 170 und 175. So liefert beispielsweise der Sensor 170 ein Signal PWG, das der Fahrpedalstellung entspricht. Der Sensor 175 liefert ein Drehzahlsignal N. Ferner können noch weitere Sensoren 178 vorgesehen sein, die weitere Signale beispielsweise die Stellung der Kupplung oder des Getriebes charakterisierende Signale usw. liefern.
-
Die Einrichtung arbeitet wie folgt. Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter 100 befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 durch die Filter 105 und 115 gefördert. Ausgangsseitig der Vorförderpumpe 110 weist der Kraftstoff einen Druck zwischen 1 und 3 bar auf.
-
Die Hochdruckpumpe 125 fördert den Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte von ca. 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, also Dieselbrennkraftmaschinen, Druckwerte von ca. 1000 bis 2000 bar erzielt. Über die Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Zylindern der (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine zugemessen werden.
-
Mittels des Sensors 145 wird der gemessene Kraftstoffdruck P_Rail im gesamten Hochdruckbereich erfasst. Mittels des Druckregelventils 135, das durch die Spule 136 ansteuerbar ist, kann der Druck im Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der Spule 136 anliegenden Spannung bzw. dem durch die Spule 136 fließenden Strom öffnet das Druckregelventil 136 bei unterschiedlichen Druckwerten. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Druckregelung mittels einer steuerbaren Hochdruckpumpe vorzunehmen.
-
Bei derartigen Kraftstoffeinspritzsystemen beeinflussen der Einspritzbeginn wie auch die eingespritzte Menge das Raildrucksignal. Bei konstanten Betriebspunkten ergibt sich auf diese Weise ein charakteristisches Raildrucksignal. Um nun Mengendriften festzustellen und zu kompensieren, sieht das erfindungsgemäße Verfahren, das anhand der 2 nachfolgend erläutert wird, folgende Vorgehensweise vor.
-
Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass das in 2 schematisch dargestellte Verfahren beispielsweise als Computerprogramm in dem Steuergerät 150 der Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen kann. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät 150 lesen kann. Alternativ ist es aber auch möglich, den in 2 dargestellten Ablauf als Schaltungsteil des Steuergeräts 150 auszubilden, wobei dann die nachfolgend beschriebenen einzelnen Blöcke des als Blockschaltbild dargestellten Ablaufdiagramms entsprechende Schaltungsteile darstellen, die Teil einer Schaltungseinheit des Steuergeräts 150 sind.
-
Das den Raildruck P_Rail charakterisierende Signal 210, das mittels des Sensors 145 erfasst wird, wird in einem Schritt/Schaltungsteil 220 laufend abgetastet, wobei die Abtastfrequenz das Abtasttheorem erfüllt. In einem Schritt/Schaltungsteil 230 erfolgt die Transformation dieses zeitdiskreten Signals mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) 230 in den Frequenzraum. Diese Transformation ergibt für vorgebbare konstante Betriebspunkte der Brennkraftmaschine ein jeweils charakteristisches Frequenz-Spektrum. Auf der Basis dieses Frequenz-Spektrums erfolgt nun in Schritt/Schaltungsteil 240 eine Merkmalsextraktion. Die wesentliche Bedeutung dieser Merkmalsextraktion liegt in der Datenreduktion. Es wird in diesem Schritt/Schaltungsteil 240 ein Merkmalsvektor ermittelt, wobei die Dimension des Vektors bestimmt werden kann und im Sinne einer Datenreduktion möglichst klein gehalten wird. Der so erfasste frequenzabhängige Merkmalsvektor P_Rail(f)Akt wird nun mit einem zuvor bestimmten, den gleichen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakterisierenden Merkmalsvektor P_Rail(f)NEU verglichen. Dieser Merkmalsvektor beschreibt ein ordnungsgemäß funktionierendes System. Er wurde zuvor bei vorgegebenen Umgebungsbedingungen, das heißt beispielsweise vorgegebener Drehzahl N, eingespritzter Menge, Umgebungstemperatur, Temperatur des Kraftstoffs, Batteriespannung, Betriebsart und dergleichen, die schematisch durch einen Pfeil 260 dargestellt sind, entweder in einem Schritt/in einer Schaltungseinheit 250 berechnet und in einem auch als Ablage bezeichneten Speicher, der Teil des Schaltungsteils 250 ist, gespeichert.
-
In Schritt/im Schaltungsteil 270 erfolgt eine Subtraktion des in Schritt/im Schaltungsteil 240 bestimmten Merkmalsvektors P_Rail(f)Akt und P_Rail(f)NEU. Das Ergebnis dieser Subtraktion wird in einem Schritt/Schaltungsteil 280 in einen Vektorabstand umgerechnet und hieraus zur Driftkorrektur eine Änderung der Ansteuerdauer ΔAD bzw. eine Änderung des Ansteuerbeginns ΔAB berechnet und diese Werte zur Ansteuerkorrektur des Injektors, in 2 schematisch durch einen Pfeil 290 dargestellt, verwendet.
-
Während des Betriebs erfolgt laufend eine Merkmalsextraktion und ein anschließender Vergleich zwischen den beiden Merkmalsvektoren in einem Betriebspunkt auf vorbeschriebene Weise. Im Falle des Auftretens einer Abweichung erfolgt kontinuierlich die beschriebene Umrechnung in eine Ansteuerdauerkorrektur ΔAD bzw. in eine Ansteuerbeginnkorrektur ΔAB. Die Korrektur erfolgt so, dass der Abstand zwischen den beiden Vektoren minimiert wird und im Idealfalle so verändert wird, dass der Abstand verschwindet, dass also die beiden Merkmalsvektoren zusammenfallen und eine Drift so optimal korrigiert wird.
