DE102010014320B4

DE102010014320B4 - Verfahren zum Anpassen der tatsächlichen Einspritzmenge, Einspritzvorrichtung und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010014320B4
Application number: DE102010014320.0A
Authority: DE
Inventors: Hui Li; Christian Hauser; Dr. Engelmann Joachim; Armin Stolz
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-10
Also published as: CN102812225B; EP2556230A1; DE102010014320A1; CN102812225A; US9074547B2; EP2556230B1; WO2011124584A1; US20130024098A1

Abstract

Verfahren zum Anpassen der tatsächlichen Einspritzmenge eines Injektors einer Brennkraftmaschine an die Soll-Einspritzmenge, bei dem die durch einen Testeinspritzimpuls erzielte Kurbelwellenbeschleunigung im Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine detektiert und hieraus die eingespritzte Kraftstoffmenge des Injektors ermittelt wird und bei dem auf der Basis der ermittelten eingespritzten Kraftstoffmenge die Ansteuerdaten des Injektors der Brennkraftmaschine korrigiert werden, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge des Injektors durch einen Testeinspritzimpuls während des normalen befeuerten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (während der normalen Zündphase) detektiert und korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion durch einen Vergleich eines normalen Einspritzzyklus mit einem dem normalen Einspritzzyklus und mindestens einem zusätzlichen definierten Testimpuls entsprechenden Testzyklus oder durch einen Vergleich von zwei Zyklen mit unterschiedlichen Testeinspritzungen durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der tatsächlichen Einspritzmenge eines Injektors einer Brennkraftmaschine an die Soll-Einspritzmenge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einspritzvorrichtung und eine Brennkraftmaschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar bei Brennkraftmaschinen 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 Arbeitstaktes in jeden Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Einspritzmengen werden dabei typischerweise in erster Linie dadurch dosiert, dass die Einspritzventile bzw. Injektoren 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 der Brennkraftmaschine abhängende Soll-Einspritzmengen ergibt sich dabei insbesondere aus zeitlichen Änderungen von Eigenschaften der Einspritzventile bzw. Injektoren.
So können insbesondere Verschleißerscheinungen oder Ablagerungen dazu führen, dass sich Einspritzparameter, wie die tatsächliche Öffnungsdauer oder der tatsächliche Öffnungsgrad der Einspritzventile, und damit die tatsächliche Einspritzmenge während der Lebensdauer der Einspritzventile verändert.
Um die strengen Emissionsstandards einzuhalten und einen geringen Kraftstoffverbrauch zu ermöglichen, muss jedoch das Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine in der Lage sein, eine definierte Kraftstoffmenge exakt über die gesamte Lebenszeit eines entsprechenden Einspritzventils einzuspritzen. An die Stabilität und Genauigkeit der Einspritzung werden daher heutzutage sehr hohe Anforderungen gestellt.
Es gilt daher, die vorstehend beschriebene Drift von Eigenschaften eines Einspritzventils im Laufe seiner Lebensdauer zu kompensieren. Hierzu ist es bekannt, eine Anpassung der Einspritzparameter unter Verwendung des Kurbelwellen/Motordrehzahlsignals durchzuführen. Wenn eine Verbrennung in der Brennkraftmaschine stattfindet, tritt eine Beschleunigung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auf. Diese Beschleunigung kann im Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine detektiert werden. Hieraus kann die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt werden.
Im Einzelnen wird dabei so vorgegangen, dass während einer Phase (Kraftstoffabsperrphase), während der keine Einspritzung stattfindet, ein Testeinspritzimpuls realisiert wird und die hierdurch bewirkte Beschleunigung der Motordrehzahl ermittelt und als Anzeige für die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge verwendet wird. Auf der Basis der ermittelten tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge werden dann die Ansteuerdaten des Injektors der Brennkraftmaschine korrigiert (siehe beispielsweise die DE 102 57 686 A1 ).
Neuere Fahrzeuge besitzen jedoch solche Phasen, in denen keine Einspritzung stattfindet, in einem viel geringeren Umfang. Das bedeutet, dass die entsprechende Anpassung bzw. Korrektur der Ansteuerdaten dramatisch verlangsamt wird. Die gewünschten Emissionsstandards bzw. der gewünschte niedrige Kraftstoffverbrauch können daher in diesem Fall nur unzureichend optimiert werden. Die bekannten Lösungen, bei denen ein einziger Testimpuls während einer Kraftstoffabsperrphase benutzt wird, sind daher verbesserungswürdig.
Aus der DE 103 05 523 A1 ist ein Verfahren der eingangs angegebenen Art bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird die zusätzliche Ansteuerung (Testimpuls) bevorzugt zeitlich so positioniert, dass die durch sie ausgelöste Druckwelle im jeweiligen Injektor und dessen Zuleitung vom Rail bis zur jeweils nachfolgenden Ansteuerung bereits wieder abgeklungen ist, so dass sich die regulären Einspritzungen durch die zusätzliche Ansteuerung und daraus resultierende Einspritzungen nicht verändern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem eine besonders rasche Korrektur bzw. Anpassung der Ansteuerdaten eines Injektors einer Brennkraftmaschine möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird somit eine Online-Anpassung von mindestens einem Einspritzsteuerparameter durchgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge nicht während einer Phase (Kraftstoffabsperrphase), während der keine Einspritzung stattfindet, detektiert, sondern während des normalen befeuerten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (während der normalen Zündphase) ermittelt und korrigiert. Damit ist das Verfahren für sämtliche Fahrzeugarten geeignet, da der normale befeuerte Betriebszustand immer vorhanden ist. Die Anpassung bzw. Korrektur der Ansteuerdaten des Injektors kann sehr rasch durchgeführt werden.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Varianten eingesetzt. Bei der ersten Variante wird die Detektion der eingespritzten Kraftstoffmenge durch einen Vergleich eines normalen Einspritzzyklus mit einem dem normalen Einspritzzyklus und mindestens einem zusätzlichen definierten Testimpuls entsprechenden Testzyklus durchgeführt. Hierbei wird speziell eine Einspritzkonfiguration eingestellt, die abwechselnde Einspritzmuster mit und ohne Testimpulse aufweist. Der normale Einspritzzyklus wird hierbei durch die Anforderung des Fahrers oder eine Steuereinheit vorgegeben. Bei dem Testzyklus handelt es sich um eine Kopie des normalen Einspritzzyklus mit einem oder mehreren zusätzlichen Testimpulsen. Beide Zyklen werden miteinander verglichen, wobei die Differenz von beiden Zyklen eine Anzeige für die eingespritzte Kraftstoffmenge darstellt. Mit diesem Verfahren können absolute Kraftstoffmengen ermittelt werden.
Bei der zweiten Variante wird die Detektion durch einen Vergleich von zwei Zyklen mit unterschiedlichen Testeinspritzungen durchgeführt. Ein erster Einspritzzyklus besitzt einen oder mehrere definierte Testimpulse. Der zweite Zyklus besitzt ebenfalls einen oder mehrere definierte Testimpulse. Aus der Differenz der Zyklen können Unterschiede in den eingespritzten Kraftstoffmengen ermittelt werden.
Bevorzugt wird die Detektion der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge während einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine und/oder im ausgekuppelten Zustand derselben durchgeführt. Durch die Detektion im ausgekuppelten Zustand wird ein entsprechender Kalibrierungsaufwand für unterschiedliche Getriebetypen vermieden.
Vorzugsweise wird der Testzyklus als Kopie der Konfiguration des durch die Drehzahlsteuerung festgelegten normalen Einspritzzyklus mit mindestens einem zusätzlichen definierten Testimpuls durchgeführt, indem die Drehzahlsteuerung für den Testzyklus mindestens in einem Segment eingefroren wird. Dies wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn sich die Brennkraftmaschine in einer Steuerphase einer stetigen Leerlaufdrehzahl befindet, d. h. mindestens die Einspritzparameter im Testsegment entsprechen den Parametern des letzten Verbrennungszyklus, abgesehen vom definierten Testeinspritzimpuls. Je nach Signalverlauf und Auswertung werden die Parameter für weitere Segmente vom vorhergehenden Zyklus kopiert.
Der Einspritzzyklus wird vorzugsweise in n-Segmente aufgeteilt, und die durch den Testimpuls eingespritzte Kraftstoffmenge wird aus der Differenz des Drehzahl- oder Beschleunigungssignals der ersten n-Segmente und der der nachfolgenden n-Segmente ermittelt. n entspricht vorzugsweise der Anzahl der Zylinder.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch einen Vergleich des Drehzahl- oder Beschleunigungssignals vor und nach dem Testimpuls ein Verbrennungssignal für den Testimpuls ermittelt, das dem durch den Testimpuls erreichten Effekt bzw. der entsprechenden Verbrennung entspricht. Insbesondere wird ein statistisch relevanter Wert, speziell der Mittelwert, von mehreren Verbrennungssignalen gewonnen. Aus dem Verbrennungssignal bzw. dem statistisch relevanten Wert der Verbrennungssignale wird dann die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt. Mit Hilfe der ermittelten tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge werden dann die Ansteuerdaten des Injektors bzw. der Injektoren der Brennkraftmaschine so korrigiert bzw. angepasst, dass die definierte Kraftstoffmenge bzw. Soll-Kraftstoffmenge exakt über die Lebensdauer des Injektors eingespritzt wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die eine Steuerung für Einspritzventile der Brennkraftmaschine umfasst, wobei die Steuerung programmtechnisch zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, die eine derartige Einspritzvorrichtung umfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung von Beispielen von Einspritzkonfigurationen;
2 ein Diagramm, das ein Beispiel der durch einen Testimpuls erreichten Beschleunigung zeigt;
3 ein Diagramm, das ein berechnetes Verbrennungssignal für Testimpulse zeigt; und
4 ein Diagramm, das schematisch die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von Verbrennungssignalen zeigt.
Es wird nunmehr eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, bei der eine Testeinspritzung durchgeführt wird, während sich die Brennkraftmaschine in einer Steuerphase mit stetiger Leerlaufdrehzahl befindet. 1 zeigt das Einspritzkonfigurationen bei der Leerlaufdrehzahl ohne und mit Testimpuls. Der normale Einspritzzyklus wird durch die Leerlaufdrehzahlsteuerung definiert. Bei dem durchgeführten Einspritztestzyklus handelt es sich um eine Kopie der Einspritzkonfiguration beim normalen Einspritzzyklus (d. h. Einspritzzeiten, Einspritzposition etc.) mit zusätzlichem Testimpuls. Das bedeutet, dass die Leerlaufdrehzahlsteuerung für den Testzyklus „eingefroren” wird, d. h. dass die Einspritzparameter sämtlicher Einspritzimpulse den Parametern des letzten Verbrennungszyklus entsprechen, abgesehen vom definierten Testeinspritzimpuls.
Für die hier beschriebene Brennkraftmaschine mit vier Zylindern besitzt ein Verbrennungszyklus vier Segmente. Der Unterschied zwischen den ersten vier Segmenten und den nachfolgenden vier Segmenten entspricht exakt dem Testimpuls. Durch Vergleich des Drehzahlsignals oder Beschleunigungssignals der Brennkraftmaschine für die ersten vier Segmente mit dem der nachfolgenden vier Segmente kann die durch den Testimpuls erzeugte Verbrennung ermittelt bzw. berechnet werden.
Beispielsweise werden mehrere Testimpulse bei Leerlaufdrehzahl durchgeführt.
1 zeigt auf der linken Seite das Einspritzmuster im normalen Zyklus (mit aktiver Steuerung) und auf der rechten Seite das Einspritzmuster im Testzyklus (mit „eingefrorener” Steuerung) über jeweils vier Segmente. Im Unterschied zum Normalzyklus ist im Segment 0 ein Testimpuls vorhanden. Es sind im Übrigen identische Parameter für identische Segmente vorhanden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kurve, die ein Beispiel eines aus einem Testimpuls berechneten Beschleunigungssignals N DF repräsentiert. Wie erwähnt, wird ein Testimpuls im Segment 0 abgegeben und realisiert. Die Beschleunigung und Verzögerung der Kurbelwelle kann in den Segmenten 2 und 3 festgestellt werden. Durch Vergleich des Beschleunigungssignals vor und nach dem Testimpuls kann der durch den Testimpuls erzeugte „Effekt” oder die hierdurch bewirkte Verbrennung ermittelt werden.
Zum Konfigurieren des „Verbrennungssignals” kann folgendes Berechnungsverfahren angewendet werden: SIG_CMB = (a₁·N_DF(0) + a₂·N_DF(1) + a₃·N_DF(2) + a₄·N_DF(3)) Summe von N_DF nach Testimpuls –(a₅·N_DF(0) + a₆·N_DF(1) + a₇·N_DF(2) + a₈·N_DF(3)) Summe von N_DF vor Testimpuls
Hierbei stellen N_DF(0) bis N_DF(3) die den Segmenten 0–3 zuzuordnenden Beschleunigungswerte dar.
Die Werte a₁...a₈ stellen Gewichtungsparameter dar, die je nach dem Auftreten der Beschleunigung und Verzögerung im entsprechenden Segment konfiguriert werden.
3 zeigt das gemäß vorheriger Gleichung berechnete Verbrennungssignal SIG_CMB für die unterschiedlichen Testimpulse, das gemäß dem beschriebenen Verfahren ermittelt wurde. Um ein zuverlässigeres Ergebnis zu erreichen, können Filterverfahren oder Mittelwertbildungsverfahren Anwendung finden. Durch einfache Mittelwertbildung nach Ausschließen des Maximums und Minimums kann der statistische Verbrennungswert sig_cmb_mean berechnet werden.
Die Beziehung oder Korrelation zwischen den Werten sig_cmb_mean und einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge ist bekannt, da sie experimentell ermittelt werden kann. Auf der Basis der ermittelten tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge werden dann die Ansteuerdaten des entsprechenden Injektors der Brennkraftmaschine korrigiert.
4 zeigt nur rein beispielhaft zur Verdeutlichung die Beziehung zwischen berechneten Verbrennungswerten CMB_STC und der jeweiligen tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge MF für einen Druck von 80 MPa.

Claims

Verfahren zum Anpassen der tatsächlichen Einspritzmenge eines Injektors einer Brennkraftmaschine an die Soll-Einspritzmenge, bei dem die durch einen Testeinspritzimpuls erzielte Kurbelwellenbeschleunigung im Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine detektiert und hieraus die eingespritzte Kraftstoffmenge des Injektors ermittelt wird und bei dem auf der Basis der ermittelten eingespritzten Kraftstoffmenge die Ansteuerdaten des Injektors der Brennkraftmaschine korrigiert werden, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge des Injektors durch einen Testeinspritzimpuls während des normalen befeuerten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (während der normalen Zündphase) detektiert und korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion durch einen Vergleich eines normalen Einspritzzyklus mit einem dem normalen Einspritzzyklus und mindestens einem zusätzlichen definierten Testimpuls entsprechenden Testzyklus oder durch einen Vergleich von zwei Zyklen mit unterschiedlichen Testeinspritzungen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion während einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion im ausgekuppelten Zustand der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Testzyklus als Kopie der Konfiguration des normalen Einspritzzyklus mindestens in einem Segment und mindestens einem zusätzlichen definierten Testimpuls durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Testzyklus als Kopie der Konfiguration des durch die Drehzahlsteuerung, insbesondere Leerlaufdrehzahlsteuerung, festgelegten normalen Einspritzzyklus und mindestens einem zusätzlichen definierten Testimpuls durchgeführt wird, indem die Drehzahlsteuerung, insbesondere Leerlaufdrehzahlsteuerung, für den Testzyklus eingefroren wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzzyklus in n Segmente aufgeteilt wird und die durch den Testimpuls eingespritzte Kraftstoffmenge aus der Differenz des Drehzahl- oder Beschleunigungssignals der ersten n Segmente und dem der nachfolgenden n Segmente ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Vergleich des Drehzahl- oder Beschleunigungssignals vor und nach dem Testimpuls ein Verbrennungssignal für den Testimpuls ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein statistisch relevanter Wert, insbesondere der Mittelwert, von mehreren Verbrennungssignalen gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Verbrennungssignal oder dem statistisch relevanten Wert der Verbrennungssignale die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt wird.
Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die eine Steuerung für Einspritzventile der Brennkraftmaschine umfasst, wobei die Steuerung programmtechnisch zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10.