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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen tatsächlicher
Einspritzmengen an Soll-Einspritzmengen durch Korrigieren von Ansteuerdauern für Einspritzventile
eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft ferner eine zur
Durchführung
eines solchen Verfahrens geeignete Einspritzvorrichtung sowie einen
Verbrennungsmotor mit einer derartigen-Einspritzvorrichtung.
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Die
Erfindung ist dabei insbesondere anwendbar auf Verbrennungsmotoren
mit sogenannten Common-Rail-Einspritzungen, bei denen mehrere – typischerweise
alle – Einspritzventile
mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung versorgt werden, die unter
einem weitgehend gleichmäßig hohen
Druck steht. Die jeweils am Beginn eines Arbeitstakts in jeden Zylinder
des Verbrennungsmotors einzuspritzenden Einspritzmengen werden dabei
typischerweise in erster Linie dadurch dosiert, dass die Einspritzventile mit
einer kürzer
oder länger
gewählten
Ansteuerdauer angesteuert werden, während der diese Einspritzventile
geöffnet
werden und Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder dringen lassen.
Eine Notwendigkeit zum Anpassen dabei tatsächlich eingespritzter Einspritzmengen
an von einem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängende Soll-Einspritzmengen
ergibt sich dabei insbesondere aus zeitlichen Änderungen von Eigenschaften
der auch als Injektoren bezeichneten Einspritzventile. So können insbesondere
Verschleißerscheinungen
oder Ablagerungen dazu führen,
dass sich eine tatsächliche Öffnungsdauer
oder ein tatsächlicher Öffnungsgrad der
Einspritzventile bei gegebenem Kraftstoffdruck und gegebener Ansteuerdauer
während
einer Lebensdauer der Einspritzventile verändert.
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Um
eine solche Drift von Eigenschaften eines Einspritzventils im Lauf
seiner Lebensdauer zu kompensieren, ist es beispiels weise aus der
Druckschrift
DE 102
57 686 A1 bekannt, sogenannte Kleinstmengenadaptionen durchzuführen, bei
denen ein Einfluss von in einzelnen Arbeitszyklen während einer
Schubphase des Verbrennungsmotors eingespritzten Kleinstmengen von
Kraftstoff auf Segmentzeiten einer Kurbelwellenbewegung des Verbrennungsmotors
analysiert werden. Darauf aufbauend können zum Einspritzen von Kleinstmengen
benötigte
Ansteuerdauern korrigiert und an altersbedingte Drifterscheinungen
angepasst werden, wobei entsprechende Kleinstmengeneinspritzungen
insbesondere für
Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen relevant sind. Eine Ansteuerdauer
für eine
durch eine größere Einspritzmenge
charakterisierte Haupteinspritzung während eines normalen befeuerten
Betriebszustands lässt
sich mit dem bekannten Verfahren nur indirekt korrigieren, indem
ein bei der Kleinstmengenadaption gewonnener Korrekturwert für eine Kleinstmengeneinspritzung
als Off-Set verwendet wird.
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Aus
dem Dokument
DE 197
20 009 C2 ist ein Verfahren zur Zylindergleichstellung
bezüglich
der Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine bekannt.
In diesem Verfahren wird, vereinfacht dargestellt, aus der maximalen
und der minimalen Drehzahl während
eines Arbeitsspiels eines jeweiligen Zylinders eine Drehzahldifferenz
gebildet. Es wird dann die Abweichung dieses Wertes in Bezug auf
den über
alle Zylinder gebildeten Mittelwert ermittelt und eine Korrektur
der Parameter so durchgeführt,
dass sich die Drehzahldifferenzen aller Zylinder auf den Mittelwert
hin verändern.
Dieses Verfahren dient lediglich zum Abgleich der Zylinder untereinander,
eine Korrektur hin auf einen vorgegebenen Sollwert kann dieses Verfahren
nicht leisten.
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Ein
weiteres Verfahren zur Zylindergleichstellung ist aus Dokument
DE 10 2005 047 829
B3 bekannt. Auch dort wird die Regelabweichung der Drehzahl
von einem ermittelten Mittelwert als Grundlage für die Korrektur der Einspritzparameter
herangezogen, was lediglich einen Abgleich der Zylinder ermöglicht,
nicht jedoch eine absolute Korrektur in Bezug auf einen festgelegten
Vorgabewert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Anpassen tatsächlicher Einspritzmengen
an Soll-Einspritzmengen
vorzuschlagen, das demgegenüber
eine genauere Dosierung der Einspritzmengen insbesondere bei einem befeuerten
Betriebszustand unter normaler Last mit dementsprechend großen Einspritzmengen
erlaubt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend
genau ansteuerbare Einspritzvorrichtung sowie einen Verbrennungsmotor
mit einer solchen Einspritzvorrichtung zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine
Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einen
Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich
mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Das
vorgeschlagene Verfahren sieht vor, dass zunächst für mindestens zwei verschiedene
Betriebszustände
des Verbrennungsmotors, unter denen mindestens ein befeuerter Betriebszustand
ist, ein Verlauf einer zeitaufgelösten Messgröße er mittelt wird, die ein
Maß für eine momentane
Winkelgeschwindigkeit einer Kurbelwellenbewegung des Verbrennungsmotors
definiert. Diese Messgröße sollte dazu
insbesondere hinreichend hoch zeitaufgelöst sein, um für jeden
der Zylinder innerhalb eines diesem Zylinder zugeordneten Segments
der Kurbelwellenbewegung mehrere Stützstellen zu liefern, wobei
die Segmente hier so definiert sein sollen, dass das Segment jedes
Zylinders einen oberen Totpunkt am Beginn eines Arbeitstaktes dieses
Zylinders umfasst, wobei sich die Segmente aller Zylinder vorzugsweise
zu einem vollständigen
Arbeitszyklus ergänzen.
Dabei sollten die den verschiedenen Zylindern zugeordneten Segmente
zweckmäßigerweise gleich
groß definiert
sein. Bei dem Verbrennungsmotor wird es sich typischerweise um einen
nach einem Viertaktverfahren arbeitenden Dieselmotor handeln, so
dass ein vollständiger
Arbeitszyklus zwei Kurbelwellenumdrehungen entspricht. Die Messgröße kann insbesondere
durch Zahnzeiten eines an einem Geberrad abgegriffenen Signals oder
als von solchen Zahnzeiten abgeleitete Größe gegeben sein. Als Zahnzeit
sei dabei die Zeit bezeichnet, die zwischen einem Passieren zweier
aufeinanderfolgender Zähne des
Geberrads an einem Sensor oder dementsprechend zwischen zwei aufeinanderfolgenden
vergleichbaren Flanken eines dort abgegriffenen zahnförmigen Signals
verstreicht.
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Für jeden
dieser Betriebszustände
wird ferner jeweils für
jeden Zylinder des Verbrennungsmotors ein Amplitudenwert einer periodischen
Schwankung der Messgröße innerhalb
des diesem Zylinder zugeordneten Segments der Kurbelwellenbewegung bestimmt.
Die periodische Schwankung ergibt sich dabei in erster Linie aus
einer abbremsenden Wirkung eines zunehmenden Zylinderinnendrucks
bei einer Aufwärtsbewegung
eines Kolbens in einem Verdichtungstakt und aus einer beschleunigenden Wirkung
des im Fall einer Zündung
noch erhöhten Zylinderinnendrucks
nach einem anschließenden Passieren
eines oberen Totpunkts.
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Unter
Verwendung der so bestimmten Amplitudenwerte wird dann für jeden
Zylinder ein Differenzwert zwischen dem diesem Zy linder zugeordneten
Amplitudenwert für
den mindestens einen befeuerten Betriebszustand und einem tatsächlich gemessenen
oder extrapolierten, dem selben Zylinder zugeordneten Amplitudenwert
für einen
Vergleichsbetriebszustand bestimmt.
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Schließlich werden
die Ansteuerdauern der Einspritzventile für den mindestens einen befeuerten Betriebszustand
so verändert,
dass die für
diesen Betriebszustand bestimmten Differenzwerte aller Zylinder
einander und/oder einem gemeinsamen Soll-Wert für den mindestens einen befeuerten
Betriebszustand angeglichen werden. Der jeweilige Soll-Wert kann
dazu z. B. in einem Testmotor bei einem vergleichbaren Betriebszustand
ermittelt worden und in einem Speicher abgelegt sein. Zweckmäßigerweise
werden so entsprechende Soll-Werte für eine Vielzahl verschiedener
Betriebszustände
als Funktion einer Drehzahl und einer beispielsweise durch Ladedruck
und/oder Soll-Einspritzmenge definierten Last abgelegt, um für eine entsprechende Korrektur
der Ansteuerdauern zur Verfügung
zu stehen.
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Dadurch,
dass in beschriebener Weise Differenzen zwischen Amplitudenwerten
der periodischen Schwankungen der die Winkelgeschwindigkeit repräsentierenden
Messgröße betrachtet
und ausgewertet werden, wird in vorteilhafter Weise sowohl ein systematischer
Fehler eliminiert, der bei einer Erfassung der Messgröße auftreten
kann, beispielsweise durch Unregelmäßigkeiten eines dafür verwendeten
Geberrades, als auch ein Einfluss von Effekten, die nicht auf Einspritzmengenabweichungen
zurückzuführen sind,
auf die Amplitudenwerte der genannten periodischen Schwankungen.
In erster Linie handelt es sich dabei um Einflüsse von Kompressionsunterschieden zwischen
den verschiedenen Zylindern, die dazu führen, dass ein einzelner Amplitudenwert
beschriebener Art nicht geeignet ist, Auskünfte über eine Abweichung der tatsächlichen
Einspritzmenge von der Soll-Einspritzmenge zu geben. Durch eine
geeignete Wahl der Vergleichsbetriebszustände oder des mindestens einen
Vergleichsbetriebszustands kann eine solche Information den Differenzwerten
jedoch entnommen werden, so dass nach einer An passung der Differenzwerte
an entsprechende Soll-Werte durch eine Variation der Ansteuerdauern
davon ausgegangen werden kann, dass die dadurch korrigierte tatsächliche
Einspritzmenge mit sehr hoher Genauigkeit an die entsprechende Soll-Einspritzmenge angeglichen
worden ist.
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Eine
entsprechend vorteilhafte Einspritzvorrichtung, die eine sehr genaue
Ansteuerung von Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors ermöglicht, umfasst
dementsprechend eine Steuerung für
diese Einspritzventile, die programmtechnisch zur Durchführung des
beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Ein mit einer solchen
Einspritzvorrichtung ausgestatteter Verbrennungsmotor erlaubt eine über eine vollständige Lebensdauer
dieses Verbrennungsmotors sehr genaue Dosierung der Einspritzmengen, was
im Hinblick auf ein Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors und
optimale Emissionswerte von Vorteil ist.
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Zum
Erfassen der Messgröße kann
ein solcher Verbrennungsmotor ein mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
verbundenes Geberrad aufweisen, das mit einem entsprechenden Sensor zusammenwirkt.
Dazu kann das Geberrad z. B. magnetisierte Zähne aufweisen, wobei im Hinblick
auf eine möglichst
hoch zeitaufgelöste
Erfassung der Messgröße für jedes
Segment der Kurbelwellenbewegung vorzugsweise mindestens zehn Zähne vorzusehen
sind. Typischerweise kann ein solches Geberrad z. B. mit sechzig
oder mehr als sechzig Zähnen
ausgeführt
sein. Da die Einspritzmengen nicht nur von den Ansteuerdauern der
Einspritzventile, sondern insbesondere auch von einem Kraftstoffdruck,
der in einer die Einspritzventile versorgenden Kraftstoffleitung
herrscht, sowie unter Umständen auch
von einem Ladedruck abhängen,
kann der Verbrennungsmotor zusätzlich
mit entsprechenden Drucksensoren für den Kraftstoffdruck und den
Ladedruck ausgestattet sein. Der Ladedrucksensor kann dabei in vorteilhafter
Weise auch für
eine Detektion des jeweiligen Betriebszustands verwendet werden.
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Für eine Genauigkeit
der mit dem vorgeschlagenen Verfahren erreichten Korrektur der Ansteuerdauern
kann es vorteilhaft sein, wenn die Amplitudenwerte der Schwankungen
der genannten Messgröße für zumindest
einen der Betriebszustände
als über
mehrere Arbeitszyklen genommene Mittelwerte bestimmt werden. Dann
müssen
selbstverständlich
in jedem verwendeten Arbeitszyklus jeweils die einander entsprechenden
Segmente der Kurbelwellenbewegung betrachtet werden.
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Wenn
zum Erfassen der Messgröße Zahnzeiten
eines an einem Geberrad abgegriffenen Signals gemessen werden, kann
es vorteilhaft sein, die Messgröße für jeden
der analysierten Betriebszustände
einer bestimmten Drehzahl aus einer Differenz zwischen dem für diesen
Betriebszustand erfassten Signal und einem entsprechenden Signal
für einen
durch dieselbe Drehzahl und einen festgelegten, vorzugsweise niedrigen
Ladedruck definierten Betriebszustand in einer Schubphase zu bilden. Messfehler,
die auf Ungenauigkeiten des Geberrads oder eines mit dem Geberrad
zusammenwirkenden Sensors zurückzuführen sind,
können
dadurch schon bei einer Ermittlung der Messgröße eliminiert werden, was dem
Verfahren eine noch größere Genauigkeit
geben kann.
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Besonders
einfach können
die tatsächlichen Einspritzmengen
an die Soll-Einspritzmengen angepasst werden, indem ein Kennfeld
korrigiert wird, das die Ansteuerdauern in Abhängigkeit von Kraftstoffdrücken in
einer die Einspritzventile versorgenden Kraftstoffleitung und von
den Soll-Einspritzmengen definiert. Ein solches Kennfeld kann selbstverständlich auch
zusätzlich
von weiteren Betriebsgrößen abhängen, z.
B. vom Ladedruck oder einer Drehzahl. Dabei ist es denkbar, das
Kennfeld durch Ändern
von Werten des Kennfeldes zu verändern,
um die Ansteuerdauern zu korrigieren. Um ein irreversibles Umprogrammieren
einer Steuerung der Einspritzvorrichtung zu vermeiden, kann es jedoch
vorteilhaft sein, wenn das Kennfeld zunächst durch feste Werte definiert
ist, die unverändert
bleiben, und zum Korrigieren ein variables Korrekturfeld zum ursprünglichen
Kennfeld hinzuaddiert wird, ohne dass dabei das ursprüngliche Kennfeld überschrieben
wird. Dabei kann es genügen,
wenn Werte des Korrekturfelds nur an einer verhältnismäßig kleinen Zahl von Stützstellen
bestimmt oder neu bestimmt werden, um die eventuell gedrifteten
Einspritzmengen an die Soll-Einspritzmengen
anzupassen, während
das Korrekturfeld oder das durch Hinzuaddieren des Korrekturfelds
korrigierte Kennfeld an allen übrigen
Stellen durch Interpolation definiert wird. Dadurch kann mit einem
verhältnismäßig geringen
Aufwand eine Korrektur aller üblichen
Ansteuerdauern für
sehr verschiedene Betriebszustände
realisiert werden.
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Auch
kann es möglich
sein, nach einer nur für
einen Betriebszustand in beschriebener Weise durchgeführten Einspritzmengenadaption
eine Korrektur der Ansteuerdauern auch für andere Betriebszustände – charakterisiert
z. B. durch andere Raildrücke
und/oder Soll-Einspritzmengen – oder
sogar für alle
möglichen
Betriebszustände
mittels eines Injektormodells oder gestützt auf Erfahrungswerte vorzunehmen,
indem die Ansteuerdauern für
andere Einspritzmengen und/oder Raildrücke in Abhängigkeit von der zunächst nur
für den
einen Betriebszustand bestimmten Korrektur bzw. ermittelten Abweichung zwischen
Soll- und Ist-Einspritzmenge oder zwischen ursprünglicher und korrigierter Ansteuerdauer
verändert
werden. Im einfachsten Fall könnte
eine solche extrapolierte Korrektur durch ein bei einem Betriebszustand
ermittelten Off-Set definiert sein. Das bringt den Vorteil mit sich,
dass eine Anpassung der Ansteuerdauern und Korrektur der Einspritzmengen über weite
Betriebsbereiche erfolgen kann, auch wenn nur selten und/oder nur
wenige Betriebszustände
erreicht werden, die eine Anpassung von Ansteuerdauern mittels der
hier vorgeschlagenen Bestimmung der Amplituden- und Differenzwerte
aus der Kurbelwellenbewegung erlauben.
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Die
Steuerung der entsprechenden Einspritzvorrichtung kann so programmiert
werden, dass das Kennfeld bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors
laufend oder zumindest bei gleichzeitigem Überschreiten eines bestimmten
Zeitintervalls oder einer bestimmten Betriebsdauer oder Laufdistanz seit
einer letzten entsprechenden Korrektur immer dann korrigiert wird,
wenn Betriebszustände
auftreten, die das Bestimmen und Angleichen der genannten Differenzwerte
erlauben. Dadurch wird erreicht, dass die Einspritzvorrichtung in
vorteilhafter Weise immer so eingestellt wird, dass die tatsächlichen
Einspritzmengen den entsprechenden Soll-Einspritzmengen entsprechen.
Um ein unnötig
häufiges
Korrigieren bei oft erreichten Betriebszuständen zu vermeiden, kann dabei
eine zusätzliche
Abfrage vorgesehen werden, aufgrund derer eine Korrektur unterbleibt,
wenn erst kürzlich
bei dem gleichen oder einem bezüglich
der Soll-Einspritzmenge
entsprechenden Betriebszustand eine Korrektur vorgenommen worden
ist.
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In
einer besonders einfachen Ausführung wird
der mindestens eine befeuerte Betriebszustand so gewählt, dass
er durch einen Ladedruck, eine Drehzahl und eine Soll-Einspritzmenge
definiert ist, wobei als Vergleichsbetriebszustand ein Betriebszustand
oder für
jeden der befeuerten Betriebszustände jeweils ein Betriebszustand
verwendet wird, der einer Schubphase bei gleichem Ladedruck und
gleicher Drehzahl entspricht. Da in einer Schubphase keine Einspritzung
erfolgt, kann dann die Einspritzmenge für den jeweiligen befeuerten
Betriebszustand direkt korrigiert werden, indem der entsprechende
Differenzwert an den dafür
geltenden Soll-Wert angepasst wird. In manchen Fällen kann der Amplitudenwert
für den
Vergleichsbetriebszustand dabei direkt gemessen werden. Unter Umständen wird
der Ladedruck und/oder die Drehzahl des mindestens einen befeuerten
Betriebszustands, bei dem es sich typischerweise um einen stationären Betriebszustand
handelt, jedoch in keiner Schubphase erreicht, so dass der Verbrennungsmotor
tatsächlich nie
im Vergleichsbetriebszustand betrieben wird. Dann kann der Amplitudenwert
für den
in diesem Fall fiktiven Vergleichsbetriebszustand unter Verwendung von
Amplitudenwerten extrapoliert werden, die in mehreren sich in Ladedruck
und/oder Drehzahl vom Vergleichsbetriebszustand unterscheidenden
Betriebszuständen
in Schubphasen gemessen werden. Die die Betriebszustände unter
anderem definierende Drehzahl kann in einfacher Weise über die
ohnehin direkt oder indirekt gemessene Winkelgeschwindigkeit ermittelt
werden, wozu diese Winkelgeschwindigkeit über einen Arbeitszyklus oder über mehrere
Arbeitszyklen gemittelt werden kann.
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Bei
einer alternativen Ausführung
der Erfindung wird als Vergleichszustand mindestens ein stationärer befeuerter
Betriebszustand verwendet, für den
die Ansteuerzeiten bereits richtig eingestellt sind, wobei der mindestens
eine befeuerte Betriebszustand, für den eine Korrektur der Ansteuerzeiten
vorgenommen wird, ein Betriebszustand mit geänderter Einspritzmenge ist,
der zeitlich unmittelbar auf den entsprechenden Vergleichsbetriebszustand
folgt. Der Betriebszustand für
welchem die Korrektur der Ansteuerzeiten vorgenommen wird, ist in
diesem Fall also der Betriebszustand während eines unmittelbar auf
einen Lastwechsel am Ende des Vergleichsbetriebszustands folgenden
Arbeitszyklus oder während
einer Gruppe von Arbeitszyklen, die unmittelbar auf einen solchen
Lastwechsel folgen, bevor dieser Lastwechsel, der durch ein Reduzieren
der Einspritzmenge eingeleitet wurde, sich signifikant auf den wesentlichen
trägeren
Ladedruck oder den wesentlich träger
sich ändernden
Drehzahlwert auswirkt. Diese Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens
ist insofern besonders vorteilhaft, als aufgrund der unmittelbaren
zeitlichen Folge des Vergleichszustands und des damit zu vergleichenden
Betriebszustands sichergestellt wird, dass sich die miteinander
verglichenen Betriebszustände
tatsächlich
praktisch nur in den Einspritzmengen voneinander unterscheiden, weshalb
die dann bestimmten Differenzwerte ein besonders zuverlässiges Maß für die tatsächlichen
Einspritzmengen in dem hier zeitlich auf den Vergleichszustand folgenden
Betriebszustand bilden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 4 erläutert. Es
zeigt
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1 in
diagrammatischer Darstellung einem Zahnzeitverlauf eines Verbrennungsmotor
in einer Schub phase während
zweier Kurbelwellenumdrehungen,
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2 in ähnlicher
Darstellung für
drei verschiedene Betriebszustände
in Schubphasen des Verbrennungsmotors jeweils einen Verlauf einer
Differenz zwischen einem Zahnzeitverlauf in dem entsprechenden Betriebszustand
und einem Referenzsignal,
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3 in
einem Diagramm eine Abhängigkeit der
Verläufe
aus 2 von einem Ladedruck des Verbrennungsmotors,
und
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4 in
einer der 2 entsprechenden Darstellung
für zwei
verschiedene Betriebszustände Zahnzeitverläufe nach
Subtraktion des gleichen Referenzsignals.
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Bei
dem Verbrennungsmotor, auf den sich die 1 bis 4 beziehen,
handelt es sich um einen als Viertakter betriebenen Dieselmotor
mit vier Zylindern, der als Einspritzvorrichtung eine Common-Rail-Einspritzung
aufweist. Auf einer Kurbelwelle dieses Verbrennungsmotors sitzt
ein Geberrad mit im vorliegenden Fall 60 Zähnen, die magnetisiert sind und
mit einem induktiven Sensor zusammenwirken. Mittels dieses Sensors
werden Zahnzeiten tZ gemessen, die definiert
sind als Zeitintervalle, die zwischen einem Passieren zweier aufeinander
folgender Zähne
des Geberrads am Sensor verstreichen. Die Zahnzeiten tZ entsprechen
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
also Zeiten, die für
eine Kurbelwellenbewegung um 6° benötigt werden.
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Die
Einspritzvorrichtung weist für
jeden der vier Zylinder des Verbrennungsmotors ein Einspritzventil
auf, wobei die Einspritzventile durch eine gemeinsame unter hohem
Druck stehende Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt werden.
Darüber
hinaus umfasst die Einspritzvorrichtung eine Steuerung für die Einspritzventile,
welche die Einspritzventile immer dann, wenn eine Einspritzung erfolgen
soll, mit einer definierten Ansteuerdauer ansteuert, um ein der
jeweiligen Ansteuerdauer entsprechendes Öffnen der Einspritzventile
zu bewirken. Dazu verwendet die Steuerung ein Kennfeld, das die
Ansteuerdauern in Abhängigkeit
von einem in der Kraftstoffleitung herrschenden Kraftstoffdruck
und einer Soll-Einspritzmenge definiert. Die Soll-Einspritzmenge
wiederum ergibt sich für
einen definierten Betriebszustand des Verbrennungsmotors jeweils
aus einer aktuellen Drehzahl, einem aktuellen Ladedruck und einer
Gaspedalstellung. Zum Ansteuern der Einspritzventile greift die
genannte Steuerung dementsprechend auf einen gemessenen Kraftstoffdruck
und einen gemessenen Ladedruck pl zurück, wozu
der Verbrennungsmotor mit entsprechenden Drucksensoren ausgestattet
ist.
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Die
Steuerung der Einspritzvorrichtung ist nun programmtechnisch eingerichtet
zum Anpassung tatsächlich
eingespritzter Einspritzmengen an die Soll-Einspritzmengen durch
Korrigieren der Ansteuerdauern für
die Einspritzventile nach einem nachfolgend genauer beschriebenen
Verfahren.
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1 zeigt
einen mit dem erwähnten
Geberrad erfassten Zahnzeitverlauf 1 für zwei Kurbelwellenumdrehungen
in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der einer Schubphase
entspricht, bei dem also kein Kraftstoff eingespritzt wird. Die dazu
gemessenen Zahnzeiten tZ sind dazu über einer Zahnzahl
Z aufgetragen, welche die den Sensor passierenden Zähne des
Geberrads zählt.
Der erkennbare Zahnzeitverlauf hat eine periodische Struktur, wobei
Schwankungen der Zahnzeit tZ in erster Linie auf
Zylinderinnendrücke
zurückzuführen sind,
die die Kurbelwellenbewegung in einem Verdichtungstakt vor einem
Arbeitstakt eines Zylinders abbremsen und während eines Arbeitstaktes beschleunigen.
Dementsprechend ergeben sich Maxima der Zahnzeit tZ, insbesondere
jeweils beim Passieren eines oberen Totpunkts jedes der vier Zylinder.
In 1 sind von links nach rechts jeweils durch eine
vertikale gestrichelte Linie ein oberer Totpunkt OTI eines ersten
Zylinders, ein oberer Totpunkt OTIII eines dritten Zylinders, ein
oberer Totpunkt OTIV eines vierten Zylinders und ein oberer Totpunkt
OII eines zweiten Zylinders des Verbrennungsmotors markiert, wobei
die oberen Totpunkte OTI bis OTIV jeweils nach dem Zylinder benannt
sind, für
den sie einen Beginn des Arbeitstaktes definieren. Weitere Schwankungen
des in 1 abgebildeten Zahnzeitverlaufs ergeben sich durch
Massenkräfte
sowie durch Unregelmäßigkeiten
des Geberrads, die als systematische Fehler interpretiert werden
können.
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Um
diese systematischen Fehler zu eliminieren, werden nachfolgend Zahnzeitdifferenzen ΔtZ zwischen tatsächlich gemessenen Zahnzeiten
tZ und einem Referenzsignal betrachtet.
Als Referenzsignal dient dabei beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein
ausgewähltes
Zahnzeitsignal, das bei einer bestimmten Drehzahl und einem verhältnismäßig niedrigem
Ladedruck von 1030 mbar in einer Schubphase gemessen wird. In 2 sind
in einer der 1 entsprechenden Darstellung
drei Verläufe 2, 3 und 4 von
Zahnzeitdifferenzen ΔtZ gezeigt, die erhalten werden in drei verschiedenen
Schubphasen des Verbrennungsmotors bei einer dem Referenzsignal
entsprechenden Drehzahl, aber verschiedenen Ladedrücken, wobei
der Verlauf 2 einem Ladedruck von 1130 mbar, der Verlauf 3 einem
Ladedruck von 1230 mbar und der Verlauf 4 einem Ladedruck
von 1390 mbar entspricht. Die hier durch die Verläufe 2, 3 und 4 dargestellten
Zahnzeitdifferenzen ΔtZ können
als Messwerte einer zeitaufgelösten
Messgröße interpretiert
werden, die ein Maß für eine momentane Winkelgeschwindigkeit
der Kurbelwellenbewegung des Verbrennungsmotors definiert. Aufgrund
des Subtrahierens des Referenzsignals von den tatsächlich gemessenen
Zahnzeiten zeigen die Verläufe 2, 3 und 4 dieser
Messgröße eine
regelmäßigere Struktur als
die Zahnzeitverläufe
selbst. Wenn die beim Messen der Zahnzeiten tZ bzw.
beim Messen einer momentanen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle auftretenden
systematischen Fehler nicht zu groß sind, können jedoch auch die Zahnzeiten
tZ selbst anstelle der Zahnzeitdifferenzen ΔtZ als Werte einer alternativ definierten
Messgröße zum Repräsentieren der
momentanen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle verwendet werden.
Auch die Verläufe 2 und 3 und 4 aus 2 zeigen
jedoch, trotz der Differenzbildung, noch Abweichungen zwischen verschiedenen
Segmenten I, II, III, IV, die auf unterschiedliche Kompressionen
der vier Zylinder zurückzuführen sind.
Die Segmente I bis IV bezeichnen dabei Teilsegmente der Kurbelwellenbewegung,
die jeweils einem der Zylinder zugeordnet sind, wobei diese Segmente
I bis IV gleich groß und
so definiert sind, dass sie sich zu einem vollständigen Arbeitszyklus ergänzen und
jedes der Segmente I, II, III und IV jeweils den oberen Totpunkt
des Zylinders, dem es zugeordnet ist, umfasst. Ein zwei Kurbelwellenumdrehungen umfassender
Arbeitszyklus ergibt sich so aufgrund einer entsprechenden Zündfolge
durch die in Reihenfolge ihrer Nennung durchlaufenen Segmente I,
III, IV und II, die wieder jeweils nach dem Zylinder benannt sind,
dem sie zugeordnet sind.
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Für jeden
der vier Zylinder kann ein Amplitudenwert AS einer
innerhalb des jeweiligen Segments I, II, III oder IV dieses Zylinders
auftretenden Schwankung der in 2 durch
die Verläufe 2, 3 und 4 wiedergegebenen
Messgröße für den jeweiligen Betriebszustand
in der Schubphase definiert werden. Drei dieser Amplitudenwerte
AS sind beispielhaft für den ersten Zylinder in 2 durch
vertikale Doppelpfeile veranschaulicht. Die Amplitudenwerte AS zeigen eine lineare Abhängigkeit vom Ladedruck pl, was ein Extrapolieren der Amplitudenwerte
auch für
andere Ladedrücke
pl erlaubt. In 3 ist diese
Abhängigkeit
grafisch dargestellt, wobei im Einzelnen ein dem ersten Zylinder
zugeordneter Amplitudenverlauf 5 für im Segment I gemessene Amplitudenwerte
AS, ein dem zweiten Zylinder zugeordneter
Amplitudenverlauf 6 für
im Segment II gemessene Amplitudenwerte AS,
ein dem dritten Zylinder zugeordneter Amplitudenverlauf 7 für im Segment
III gemessene Amplitudenwerte AS und ein
dem vierten Zylinder zugeordneter Amplitudenverlauf 8 für im Segment
IV gemessene Amplitudenwerte AS abgebildet
ist. Tatsächlich
gemessene Amplitudenwerte AS sind als Messpunkte
markiert.
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Um
die Ansteuerdauern der Einspritzventile für einen bestimmten befeuerten
Betriebszustand zu korrigieren, wird nun in diesem befeuerten Betriebszustand
ein in 4 beispielhaft gezeigter Messgrößenverlauf 9 ermittelt,
der genauso gewonnen wird wie die Verläufe 2, 3 und 4 aus 2.
Auch der Messgrößenverlauf 9 zeigt
also Zahnzeitdifferenzen ΔtZ zwischen den in diesem befeuerten Betriebszustand
gemessenen Zahnzeiten tZ und dem bei der gleichen
Drehzahl gemessenen Referenzsignal. In einer abgewandelten Ausführungsform
könnte
der Messgrößenverlauf 9 auch
durch die Zahnzeiten tZ selbst definiert
sein. In einer zuvor schon im Zusammenhang mit 2 beschriebenen
Art wird nun für den
befeuerten Betriebszustand jeweils für jeden Zylinder ein Amplitudenwert
AL einer in 4 gut erkennbaren
periodischen Schwankung des Messgrößenverlaufs 9 innerhalb
des diesem Zylinder zugeordneten Segments I, II, III bzw. IV der
Kurbelwellenbewegung bestimmt. Dann wird für jeden Zylinder ein Differenzwert
AL-AS zwischen dem
diesem Zylinder zugeordneten Amplitudenwert AL für den befeuerten Betriebszustand
und einem tatsächlich
gemessenen oder extrapolierten, demselben Zylinder zugeordneten
Amplitudenwert AS für einen Vergleichsbetriebszustand
bestimmt. Dabei ist der stationäre
befeuerte Betriebszustand, in dem der Messgrößenverlauf 9 ermittelt
wird, durch einen Ladedruck, die schon erwähnte Drehzahl und eine Soll-Einspritzmenge
definiert, während
der Vergleichsbetriebszustand beim vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel
definiert ist als Betriebszustand, der einer Schubphase bei dem
gleichen Ladedruck und der gleichen Drehzahl entspricht. Der Amplitudenwert
AS für
diesen Vergleichsbetriebszustand kann entweder direkt gemessen werden,
indem ein Messgrößenverlauf 10, entsprechend
den Verläufen 2, 3 und 4 aus 2, durch
Zahnzeitmessung bestimmt wird, während
der Verbrennungsmotor im Vergleichsbetriebszustand betrieben wird.
Alternativ kann der Amplitudenwert AS für den Vergleichsbetriebszustand
auch durch Extrapolation unter Verwendung anderer Amplitudenwerte
AS bestimmt werden, die in mehreren sich
im Ladedruck vom Vergleichsbetriebszustand unterscheidenden Betriebszuständen in
Schubphasen gemessen werden. Dazu kann der in 3 gezeigte Zusammenhang
der Amplitudenwerte AS in Schubphasen mit
dem Ladedruck pl verwendet werden, wobei
jeweils der Amplitu denverlauf 5, 6, 7 oder 8 zu
berücksichtigen
ist, der dem Zylinder entspricht, für den der Differenzwert AL–AS bestimmt werden soll.
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Der Übersichtlichkeit
halber ist in 4 nur ein dem ersten Zylinder
zugeordneter Amplitudenwert AL für den befeuerten
Betriebszustand und nur ein demselben Zylinder zugeordneter Amplitudenwert
AS für
den entsprechenden Vergleichsbetriebszustand eingezeichnet. Entsprechende,
davon leicht abweichende Amplitudenwerte AL und
AS werden in gleicher Weise auch für die übrigen Zylinder
bestimmt. Schließlich
werden die Ansteuerdauern der Einspritzventile für den befeuerten Betriebszustand so
verändert,
dass die für
diesen Betriebszustand bestimmten Differenzwerte AL–AS aller Zylinder einander sowie einem gemeinsamen
Soll-Wert für
den befeuerten Betriebszustand angeglichen werden. Der für den jeweiligen
befeuerten Betriebszustand spezifische Soll-Wert kann dazu in einem
Testmotor ermittelt werden und als Funktion von Drehzahl und Soll-Einspritzmenge
in der Steuerung abgelegt sein. Zum Angleichen des Differenzwerts
AL–AS für
einen bestimmten Zylinder bzw. das zu diesem Zylinder gehörende Segment
I, II, III oder IV wird dabei die Ansteuerdauer des Einspritzventils
dieses Zylinders verlängert,
wenn der Differenzwert AL–AS kleiner ist als der Soll-Wert, und verkürzt, wenn
der Differenzwert AL–AS größer ist
als der Soll-Wert. Dadurch, dass die Differenzwert AL–AS aneinander und an den jeweiligen Soll-Wert
angeglichen werden, werden die tatsächlichen Einspritzmengen an
die entsprechende Soll-Einspritzmenge angepasst, weil Einflüsse auf die
Messgrößenverläufe 9 und 10,
die nicht auf Einspritzmengenaufweichungen zurückzuführen sind, durch die Differenzbildung
eliminiert werden.
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Zum
Bestimmen der Amplitudenwerte AL und AS können
selbstverständlich
auch mehrere aufeinander folgende Arbeitszyklen berücksichtigt
werden, wobei die Amplitudenwerte AL und
AS dann als Mittelwerte gemessener Schwankungen
in den entsprechenden Segmenten I, II, III oder IV zu definieren sind.
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Das
Anpassen der tatsächlichen
Einspritzmenge jedes Einspritzventils an die entsprechende Soll-Einspritzmenge
wird im Einzelnen durchgeführt, indem
das schon erwähnte
Kennfeld, das die Ansteuerdauern in Abhängigkeit von Kraftstoffdruck
und Soll-Einspritzmenge definiert, korrigiert wird. Das geschieht
durch Hinzuaddieren eines variablen Korrekturfelds zu einem durch
feste Werte definierten Kennfeld. Eine Korrektur des Kennfelds wird
dabei in beschriebener Weise für
verschiedene befeuerte Betriebszustände, die verschiedenen Soll-Einspritzmengen entsprechen,
durchgeführt.
Dabei genügt
es jedoch, wenn das Korrekturfeld nur an einer endlichen Zahl von
Stützstellen,
beispielsweise an 16 Stützstellen,
bestimmt oder umdefiniert wird und das vollständige Korrekturfeld dann durch
Interpolation definiert wird.
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Die
Steuerung der Einspritzvorrichtung ist so programmiert, dass das
Kennfeld in beschriebener Weise bei einem Betrieb des Verbrennungsmotor laufend
immer dann korrigiert wird, wenn Betriebszustände auftreten, die das Bestimmen
und Angleichen der genannten Differenzwerte AL–AS erlauben. Einschränkend kann eine zusätzliche
Abfrage in einer Programmierung der Steuerung realisiert sein, die eine
Korrektur des Kennfelds ausschließt, wenn seit einer letzten
Korrektur für
den gleichen oder einen bezüglich
der Soll-Einspritzmenge entsprechenden Betriebszustand erst kürzlich durchgeführt worden ist.
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Eine
Abwandlung der beschriebenen Ausführungsform sieht vor, dass
als Vergleichszustand kein Betriebszustand in einer Schubphase des
Verbrennungsmotors, sondern ein stationärer befeuerter Betriebszustand
verwendet wird, für
den die Ansteuerzeiten der Einspritzventile richtig eingestellt
sind, wobei durch Angleichen entsprechend ermittelter Differenzwerte
eine Korrektur der Ansteuerdauern der Einspritzventile für einen
ebenfalls befeuerten Betriebszustand vorgenommen wird, der durch
eine andere, typischerweise geringere, Einspritzmenge definiert
ist und zeitlich unmittelbar auf den Vergleichsbetriebszustand folgt,
bevor ein den Vergleichsbe triebszustand beendender Lastwechsel zu
einer signifikanten Änderung
der Drehzahl und des Ladedrucks geführt hat.
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Die
beschriebene Erfindung macht es möglich, Ansteuerdauern für die Einspritzventile
während einer
Lebensdauer des Verbrennungsmotors praktisch ständig zu korrigieren, so dass
sich sogar eine Injektorcodierung vor einem Einbau der Einspritzventile
zur Charakterisierung von Toleranzabweichungen erübrigen kann.
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Bei
einer Weiterbildung des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die Steuerung
bzw. ein die beschriebene Steuerung umfassendes Motorsteuergerät so eingerichtet
sein, dass ein besonderer Eingriff, wie z. B. ein Abbau des auch
als Raildruck bezeichneten Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleitung, vorgenommen
wird, wenn beim Erfassen der Zahnzeiten tZ oder
der Zahnzeitdifferenzen ΔtZ Amplitudenwerte AL detektiert
werden, die eine für
einen normalen Betrieb unplausible Größe erreichen und damit einen
Fehler indizieren. Dabei macht man sich, wie auch bei den schon
beschriebenen Aspekten des Ausführungsbeispiels,
zunutze, dass die Amplituden AL der Messgröße, die
insbesondere durch die Zahnzeitdifferenzen ΔtZ oder
alternativ auch durch die Zahnzeiten tZ selbst – also ohne
Subtraktion eines Referenzsignals – gegeben sein kann, ein Maß für ein in
dem jeweiligen Segment I, II, III oder IV während eines Arbeitszyklus auftretendes
Wechselmoment an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors bildet.
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Die
Anpassung der tatsächlichen
Einspritzmengen an die jeweiligen Soll-Einspritzmengen ist durch
das beschriebene Verfahren ausgesprochen einfach möglich, weil
eine Differenz zwischen der tatsächlichen
Einspritzmenge und der entsprechenden Soll-Einspritzmenge eine weitgehend
lineare Abhängigkeit
von einer Differenz zwischen dem in beschriebener Weise ermittelten
Differenzwert AL–AS und dem
entsprechenden Soll-Wert für
diesen Differenzwert AL–AS zeigt.
Die mit dem beschriebenen Verfahren gegenüber dem Stand der Technik genauer
dosierten Einspritzmengen erlauben schließlich in vorteilhafter Weise, den
Verbrennungsmotor insofern höher
auszureizen, als für
die Einspritzmengen keine Sicherheitsabstände von Grenzwerten mehr eingehalten
werden müssen,
die bislang aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Einspritzmengendosierung
nötig waren.
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Schließlich kann
die Messung der Amplitudenwerte AL für befeuerte
Betriebszustände
des Verbrennungsmotors oder die Ermittlung der entsprechenden Differenzwerte
AL–AS auch dazu verwendet werden, zum Einstellen
einer maximalen Leistung oder optimalen Auslastung einer Einspritzmenge
einzustellen, bei der der eingespritzte Kraftstoff gerade noch vollständig verbrannt
wird. Dazu können
die Einspritzmengen durch Verlängern
der Ansteuerdauern der Einspritzventile solange vergrößert werden, bis
die zunächst
lineare Zunahme der entsprechenden Amplitudenwerte AL von
einem abflachenden Verlauf abgelöst
wird.
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Für den Fall,
dass bei einem normalen Betrieb unerwünscht selten Betriebszustände des
Verbrennungsmotors erreicht werden, die eine Einspritzmengenadaption
hier vorgeschlagener Art ermöglichen,
kann vorgesehen sein, dass bei einem Werkstattaufenthalt – z. B.
mittels eines entsprechenden Werkstatt-Diagnose-Werkzeugs – geprüft wird,
ob, wie oft, wann und/oder bei was für Betriebszuständen solche
Anpassungen der Einspritzmengen vorgenommen worden sind, um dann
im Bedarfsfall – vorzugsweise
automatisiert – zum
Durchführen
des vorgeschlagenen Verfahrens geeignete Betriebszustände des
Verbrennungsmotors – vorzugsweise
bei still stehendem Fahrzeug – gezielt
anzufahren, so dass das Verfahren zum Anpassen der Einspritzmengen dann
durchgeführt
wird. Das kann z. B. auf einem Test- oder Prüfstand geschehen.