DE102010027267A1

DE102010027267A1 - Adaptionsverfahren

Info

Publication number: DE102010027267A1
Application number: DE102010027267A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Dr. Altenschmidt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2011-04-28
Also published as: JP2013531173A; WO2012007085A1; US20130116912A1; EP2593653A1; CN103003556A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors mit einem Direktantrieb einer Düsennadel, mit dem Kraftstoff einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugemessen wird, bei dem ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und abhängig davon die elektrische Ansteuerung adaptiert wird.
Eine verbesserte Adaption lässt sich erreichen, wenn der aktuelle Betriebszustand anhand eines im jeweiligen Brennraum herrschenden Drucks überwacht wird, wenn abhängig vom gemessenen Druck eine Ist-Arbeit ermittelt wird, wenn die ermittelte Ist-Arbeit mit einer dem aktuellen Betriebszustand zugeordneten Soll-Arbeit verglichen wird und wenn abhängig vom Soll-Ist-Vergleich der aktuellen Arbeit des jeweiligen Brennraums die Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 07 823 A1 ist ein Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors bekannt, bei dem der Kraftstoffinjektor eine Düsennadel mit Direktantrieb aufweist und zum Zumessen von Kraftstoff zu einem Brennraum einer Brennkraftmaschine dient. Beim bekannten Adaptionsverfahren wird ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und abhängig davon die elektrische Ansteuerung, welche die Betätigung des Kraftstoffinjektors bewirkt, adaptiert. Im Einzelnen wird dies beim bekannten Verfahren dadurch realisiert, dass die Ansteuerenergie und der Nadelhub des Kraftstoff-Einspritzventils derart gesteuert werden, dass sich das Motordrehmoment bei einem Kraftstoff-Einspritzventil mit Referenzcharakteristik nicht verändern würde, wobei eine tatsächlich auftretende Änderung des Motordrehmoments erfasst wird und wobei durch Verändern der Steigung der Ansteuerenergie-Nadelhub-Kennlinie des Kraftstoff-Einspritzventils das Motordrehmoment an das mit einem Einspritzventil mit Referenzcharakteristik erzeugte Motordrehmoment angepasst wird. Das bekannte Verfahren dient vor allem dazu, herstellungsbedingte oder alterungsbedingte Änderungen des Einspritzverhaltens des jeweiligen Kraftstoff-Einspritzventils zu kompensieren.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein derartiges Adaptionsverfahren eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich beispielsweise durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anhand eines im jeweiligen Brennraum herrschenden Druckes zu überwachen. Beispielsweise kann hierfür je Brennraum ein Drucksensor vorgesehen werden, der an geeigneter Stelle am bzw. im Brennraum angeordnet ist. Der im Brennraum herrschende Druck bzw. der sich im Brennraum einstellende zeitliche Druckverlauf korreliert mit der im jeweiligen Zylinder tatsächlich erzeugten Arbeit, die in den jeweiligen Kolben eingeleitet wird.
Beim erfindungsgemäßen Adaptionsverfahren wird nun abhängig vom gemessenen Druck eine Ist-Arbeit ermittelt, die mit einer Soll-Arbeit verglichen wird, die sich dem aktuellen Betriebszustand zuordnen lässt. Diese Soll-Arbeit ist dabei diejenige Arbeit, die sich beim aktuellen Betriebszustand aufgrund der Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors eigentlich einstellen sollte und beispielsweise von einem Motorsteuergerät vorgegeben ist. Mit anderen Worten, der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird von einem zugehörigen Motorsteuergerät bestimmt, beispielsweise um einen bestimmten Leistungswunsch des Fahrzeugführers oder einer Geschwindigkeitsregeleinrichtung des Fahrzeugs erfüllen zu können. Abhängig von diesem gewünschten Soll-Betriebszustand betätigt das Motorsteuergerät oder ein damit gekoppeltes Injektorsteuergerät, die Kraftstoffinjektoren, um über die Kraftstoffeinspritzung den gewünschten Soll-Betriebszustand herbeizuführen. Es ist klar, dass das Motorsteuergerät dabei gleichzeitig auch weitere Komponenten der Brennkraftmaschine ansteuert bzw. betätigt, wie zum Beispiel bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine eine variable Turbinengeometrie, eine Drosselklappe, variable Ventiltriebe und sonstige Klappen und Ventile, insbesondere zur Verbrennungsluftluftsteuerung, sowie gegebenenfalls vorhandene Zündeinrichtungen. Der nun tatsächlich eingestellte Ist-Betriebszustand wird bei der Erfindung anhand des Drucks überwacht, der sich in den Brennräumen einstellt. Dies kann insbesondere zylinderselektiv erfolgen, das heißt für jeden Zylinder bzw. für jeden Brennraum wird der Druck individuell erfasst.
Abhängig vom so realisierten Soll-Ist-Vergleich der aktuellen Arbeit des jeweiligen Brennraums kann nun die Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors durchgeführt werden. Ist beispielsweise die Ist-Arbeit zu groß, deutet dies darauf hin, dass zuviel Kraftstoff eingespritzt worden ist. Dementsprechend kann beispielsweise eine Kennlinie zur Betätigung des Kraftstoffinjektors, die den Zusammenhang zwischen eingespritzter Kraftstoffmenge, Nadelhub und elektrischem Ansteuersignal repräsentiert, entsprechend verschoben werden. Dementsprechend kann mit Korrektur des Nadelhubs die einzuspritzende Kraftstoffmenge dem Soll-Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepasst werden.
Bevorzugt handelt es sich beim Adaptionsverfahren um eine reine Adaption und nicht um eine Regelung. Während eine Regelung bei jeder hinreichenden Soll-Ist-Abweichung einen Regeleingriff durchführt, also bei jedem Arbeitsspiel und insbesondere bei jedem Zylinder, führt eine Adaption einen Adaptionseingriff mit einer Anpassung der elektrischen Ansteuerung nur in Abhängigkeit von weiteren Randbedingungen durch, beispielsweise um der jeweiligen Adaption bzw. Anpassung einen dauerhaften Charakter zu verleihen. Beispielsweise kann im Rahmen einer derartigen Adaption vorgesehen sein, dass eine Anpassung der elektrischen Ansteuerung nur dann erfolgt, wenn die Soll-Ist-Abweichung während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Arbeitsspiele eine vorbestimmte Mindestabweichung übersteigt. Dabei können gestaffelte Zuordnungen von Abweichungswerten und Wiederholungszahlen berücksichtigt werden, so dass sich quasi eine Gewichtung der Abweichungen ergibt. Beispielsweise müssen sich größere Abweichungen weniger oft wiederholen als kleinere Abweichungen, um einen entsprechenden Adaptionseingriff auszulösen.
Ziel der Adaption ist somit nicht der Ausgleich möglicherweise vorübergehender Fehlinjektionen, sondern der Ausgleich herstellungsbedingter, also im Wesentlichen toleranzbedingter, Abweichungen sowie der Ausgleich von Alterungserscheinungen.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann für den jeweiligen Brennraum ein Ist-Druckverlauf gemessen werden, also die Entwicklung des Drucks über den Kurbelwinkel. Aus diesem gemessenen Ist-Druckverlauf lässt sich dann ein indizierter Ist-Mitteldruck für den jeweiligen Brennraum ermitteln. Der indizierte Mitteldruck stellt die auf das Hubvolumen bezogene Arbeit je Arbeitsspiel dar, womit sich aus dem ermittelten indizierten Ist-Mitteldruck die Ist-Arbeit des jeweiligen Brennraums ermitteln lässt.
Eine derartige Ermittlung der Ist-Arbeit ermöglicht eine Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors auch bei vergleichsweise kleinen, insbesondere wiederholt auftretenden Soll-Ist-Abweichungen. Derartige kleinere Abweichungen sind insbesondere bei modernen Brennkraftmaschinen von erhöhtem Interesse, bei denen beispielsweise Mehrfacheinspritzungen durchgeführt werden. Innerhalb einer solchen Mehrfacheinspritzung soll mit Hilfe einzelner, zeitlich voneinander beabstandeter Einzeleinspritzungen jeweils nur eine vergleichsweise kleine Einspritzmenge eingebracht werden. Innerhalb dieser Einzeleinspritzungen wirken sich Soll-Ist-Abweichungen besonders deutlich aus.
Dementsprechend wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Adaption während eines Mehrfacheinspritzbetriebs durchgeführt, bei dem der Kraftstoff mittels mehrerer getrennter Einspritzungen dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird. Es ist auch denkbar, die Adaption während eines Einfacheinspritzbetriebs durchzuführen, bei dem der Kraftstoff mittels einer einzigen Einspritzung dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird.
Besonders zweckmäßig ist das vorgeschlagene Adaptionsverfahren bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, bei denen der Kraftstoff direkt in den Brennraum zugemessen wird. Insbesondere wird bei Direkteinspritzung mit geschichtetem Gemisch eine Schichtung der Ladung im Brennraum erreicht, indem im Bereich der Zündeinrichtung zum Zeitpunkt der Zündung ein zündfähiges Gemisch vorliegt, während im weiter entfernten Bereich der Zündeinrichtung ein magereres Gemisch vorliegt. Beispielsweise wird bei strahlgeführten Brennverfahren der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff so erzeugt bzw. ausgerichtet, dass sich zumindest ein Teil des Kraftstoffs im Brennraum in Richtung Zündeinrichtung bewegt. Ferner gibt es wandgeführte Brennverfahren, bei welcher Wandflächen, insbesondere am Kolben, die Führung der Kraftstoffbewegung übernehmen. Außerdem sind luftgeführte Brennverfahren bekannt, bei denen die Führung der Kraftstoffbewegung im Brennraum weitgehend durch die Ladungsbewegung der dem Brennraum zugeführten Verbrennungsluft geführt ist. Das hier vorgeschlagene Adaptionsverfahren kann bevorzugt bei strahlgeführten Brennverfahren verwendet werden, da es dort auf die präzise Strahlgestaltung ankommt.
Des Weiteren eignet sich das hier vorgestellte Adaptionsverfahren für Kraftstoffinjektoren mit nach außen öffnender Düse. Alternativ lässt sich das Adaptionsverfahren auch bei Kraftstoffinjektoren anwenden, die mit einer nach innen öffnenden Düse arbeiten.
Das hier vorgestellte Adaptionsverfahren kommt ferner bevorzugt bei Kraftstoffinjektoren zum Einsatz, die als Direktantrieb der Düsennadel einen Piezoaktuator aufweisen. Hierbei gibt es eine direkte Proportionalität zwischen Steuerspannung und Nadelhub. Grundsätzlich kann das Adaptionsverfahren auch bei Kraftstoffinjektoren verwendet werden, deren Direktantrieb mit einem Elektromagneten zum Antreiben der Düsennadel arbeitet. Des Weiteren kann das Adaptionsverfahren auch bei Kraftstoffinjektoren mit hydraulischer Übersetzung zur Steuerung der Düsennadel verwendet werden.
Es ist klar, dass mit dem hier vorgestellten Adaptionsverfahren Kraftstoffinjektoren bei selbstzündenden oder bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen adaptiert werden können. Ebenso eignet sich das Adaptionsverfahren sowohl für Brennkraftmaschinen, die mit flüssigen Kraftstoffen betrieben werden, als auch für Brennkraftmaschinen, die mit gasförmigen Kraftstoffen betrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10200607823 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, mit dem Kraftstoff einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugemessen wird, bei dem ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und abhängig davon die elektrische Ansteuerung adaptiert wird, dadurch gekennzeichnet, – dass der aktuelle Betriebszustand anhand eines im jeweiligen Brennraum herrschenden Drucks überwacht wird, – dass abhängig vom gemessenen Druck eine Ist-Arbeit ermittelt wird, – dass die ermittelte Ist-Arbeit mit einer dem aktuellen Betriebszustand zugeordneten Soll-Arbeit verglichen wird, – dass abhängig vom Soll-Ist-Vergleich der aktuellen Arbeit des jeweiligen Brennraums die Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass für den jeweiligen Brennraum ein Ist-Druckverlauf gemessen wird, – dass aus dem gemessenen Ist-Druckverlauf ein indizierter Ist-Mitteldruck ermittelt wird, – dass aus dem ermittelten indizierten Ist-Mitteldruck die Ist-Arbeit des jeweiligen Brennraums ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption während eines Mehrfacheinspritzbetriebs durchgeführt wird, bei dem der Kraftstoff mittels mehrerer getrennter Einspritzungen dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption während eines Einfacheinspritzbetriebs durchgeführt wird, bei dem der Kraftstoff mittels einer einzigen Einspritzung dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Soll-Ist-Vergleich ein Hub der Düsennadel korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsennadel des Kraftstoffinjektors mittels Direktantrieb gesteuert wird.