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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Brennräumen sowie eine Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung, die dazu ausgebildet ist das Verfahren auszuführen.
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Bei Kraftfahrzeugen mit sogenannten Common Rail Einspritzsystemen sind mehrere, typischerweise alle Injektoren mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung gekoppelt, die unter einem hohen Druck steht. Die jeweils am Beginn eines Arbeitstakts in jedem Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzende Einspritzmenge an Kraftstoff wird typischerweise in erster Linie dadurch dosiert, dass die Injektor mit einer kürzer oder länger gewählten Ansteuerdauer angesteuert werden, während der diese Injektoren geöffnet werden, um Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder dringen zu lassen. Eine Notwendigkeit der Anpassung dabei tatsächlich eingespritzter Einspritzmengen an von einem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängende Solleinspritzmengen ergibt sich dabei insbesondere aus zeitlichen Änderungen von Eigenschaften der Injektoren. So können insbesondere Verschleißerscheinungen oder Ablagerungen dazu führen, dass sich eine tatsächliche Öffnungsdauer oder ein tatsächlicher Öffnungsgrad der Injektoren bei gegebenen Kraftstoffdruck und gegebener Ansteuerdauer während einer Lebensdauer der Injektoren verändert.
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Auch herstellungsbedingte Toleranzen führen zu Abweichungen bei den tatsächlich eingespritzten Einspritzmengen, genauso wie beispielsweise eine fehlerhafte Kalibrierung und/oder eine fehlerhafte Montage. Dies führt insbesondere zu einer unterschiedlichen Leistungsabgabe der einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine.
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Die
DE 41 22 139 C2 beschreibt ein Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmengen bei einer Brennkraftmaschine, das sich dadurch auszeichnet, dass die Drehbeschleunigung für jeden Verbrennungsvorgang erfasst wird. Die einzelnen Messwerte der Drehbeschleunigung werden miteinander verglichen. Die Kraftstoff-Einspritzmengen werden so verändert, dass die Abweichungen ausgeglichen sind.
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Die
DE 42 08 033 C1 zeigt ein Verfahren zur zylinderselektiven Erkennung und Überwachung von Verbrennungsaussetzern bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird während eines Arbeitstaktes jedes Zylinders ein gemittelter Drehzahlwert ermittelt und ein Differenzwert zwischen gemittelten Drehzahlwerten zweier, in der Zündfolge aufeinanderfolgender Zylinder gebildet.
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Die
DE 10 2008 017 163 B3 beschreibt ein Verfahren zur Anpassung tatsächlicher Einspritzmengen durch ein Korrigieren von Ansteuerdauern für Einspritzventile einer Brennkraftmaschine. Es wird für zwei Betriebszustände jeweils ein Amplitudenwert einer Schwankung einer Winkelgeschwindigkeit einer Kurbelwelle ermittelt. In Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Amplitudenwert und einem Vergleichswert werden Ansteuerdaten der Einspritzventile angepasst.
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Die
DE 198 55 939 A1 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrzylinder-Kolbenbrenn-Kraftmaschine, die für jeden Zylinder mit einem ansteuerbaren Injektor für die Zufuhr des Kraftstoffs zum Zylinder versehen ist und die eine elektronische Motorsteuerung aufweist, über die die einzelnen Injektoren zur Zumessung der jeweils entsprechenden Betriebsbedingungen benötigten Kraftstoffmengen angesteuert werden, bei dem zur Vergleichmäßigung der von den Injektoren den einzelnen Zylindern zuzumessenden Kraftstoffmengen über einen vorgebbaren Zeitraum die Kurbelwellendrehzahl konstant gehalten und die Energieumsetzung je Zylinder erfasst und einen vorgegebenen Mittelwert überschreitende oder unterschreitende Werte festgestellt und den einzelnen Zylindern zugeordnet werden und ferner jeweils bei festgestellten Überschreitungen die Einspritzzeit für den betreffenden Injektor verkürzt und bei festgestellten Unterschreitungen die Einspritzzeit für den betreffenden Injektor verlängert wird.
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Die
DE 10 2005 014 920 A1 beschreibt ein Verfahren zur Einstellung von Einpritzzeiten von Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem die Einspritzzeiten in Abhängigkeit von einer aus der Kurbelwellendrehung abgeleiteten Kenngröße zylinderindividuell angepasst werden.
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Die
DE 103 56 713 B4 zeigt ein Verfahren zur Regelung bzw. Steuerung einer in einem Kreisprozess arbeitenden Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung unter Verwendung eines Berechnungsmodells, bei dem der Kreisprozess oder Abschnitte des Kreisprozesses der Brennkraftmaschine in einzelne Teilprozesse unterteilt wird bzw. werden und der Betriebszustand innerhalb jedes Teilprozesses anhand von Messwerten, gespeicherten und/oder applizierten Daten bestimmt wird, um Steuergrößen für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermitteln.
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Es ist wünschenswert, ein Verfahren sowie eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Brennräumen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verlauf eines Wertes einer Umdrehungsgeschwindigkeit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums für jeden Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen ermittelt. Die jeweiligen Verläufe werden mit einem vorgegebenen Vergleichsverlauf verglichen, um eine Abweichung zwischen der jeweiligen Leistungsabgabe der Brennräume von einer vorgegebenen Leistungsabgabe zu ermitteln.
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Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle unterliegt periodischen Schwankungen in Abhängigkeit der Innendrücke der Brennräume. In einem Verdichtungstakt vor einem Arbeitstakt eines Brennraums wird die Kurbelwellenbewegung abgebremst und während des Arbeitstaktes beschleunigt. Entsprechend ergibt sich jeweils ein Minimum der Umdrehungsgeschwindigkeit beim Passieren eines oberen Totpunkts jedes der beispielsweise vier Brennräume. Die Anzahl der Brennräume ist variabel. Die Umdrehungsgeschwindigkeit ist jeweils abhängig von der in dem Brennraum eingespritzten Menge an Kraftstoff. Die eingespritzte Menge an Kraftstoff gibt die Leistungsabgabe des jeweiligen Brennraums vor. Unterschiede in der Leistungsabgabe der Brennräume untereinander sind auf unterschiedliche eingespritzte Mengen an Kraftstoff zurückzuführen. Somit ist die Einspritzmenge proportional zum Drehmoment der Kurbelwelle.
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Der Verlauf umfasst eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Werten. Ein Verlauf umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Werten. Dadurch dass der Verlauf des Wertes der Umdrehungsgeschwindigkeit ausgewertet wird und nicht ein einzelner Wert der Umdrehungsgeschwindigkeit innerhalb des vorgegebenen Zeitraums, ist eine zuverlässige Ermittlung von Unterschieden der Leistungsabgabe der Brennräume möglich. Dadurch ist ein zuverlässiges Anpassung und Korrigieren der Leistungsabgabe der einzelnen Brennräume möglich. Dies geschieht durch ein Anpassen der Einspritzmenge der Injektoren. Eine Korrektur der Leistungsabgabe ist in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine möglich. Somit ist es möglich, Schadstoffemissionen zu reduzieren.
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Das Vergleichen der Verläufe umfasst ein Ermitteln eines Differentials des Verlaufs innerhalb des vorgegebenen Zeitraums für jeden Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen. Das Differential wird mit einem Differential des Vergleichsverlaufs verglichen. Das Differential des Verlaufs ist abhängig von der Leistungsabgabe des Brennraums. Das ermittelte Differential wird mit einem Vergleichswert verglichen, der sich aus dem Differential des Vergleichsverlaufs ergibt, um eine Abweichung der tatsächlichen Leistungsabgabe von der vorgegebenen Leistungsabgabe zu ermitteln. Beispielsweise wird nachfolgend die Ansteuerung der Injektoren jeweils solange angepasst, bis die jeweiligen Werte der Differentiale gleich sind. Dann ist auch die jeweilige Leistungsabgabe der Brennräume im Wesentlichen gleich.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das Vergleichen der Verläufe ein Ermitteln eines Integrals des Verlaufs innerhalb des vorgegebenen Zeitraums. Das Integral wird mit einem Integral des Vergleichsverlaufs verglichen. Das Integral des Verlaufs ist abhängig von der Leistungsabgabe des Brennraums. Das ermittelte Integral wird mit einem Vergleichswert verglichen, der sich aus dem Integral des Vergleichsverlaufs ergibt, um eine Abweichung der tatsächlichen Leistungsabgabe von der vorgegebenen Leistungsabgabe zu ermitteln. Beispielsweise wird nachfolgend die Ansteuerung der Injektoren jeweils solange angepasst, bis die jeweiligen Werte der Integrale gleich sind. Dann ist auch die jeweilige Leistungsabgabe der Brennräume im Wesentlichen gleich.
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Insbesondere wird jeweils sowohl das Differential als auch das Integral des Verlaufs ermittelt, um eine Abweichung zwischen der jeweiligen Leistungsabgabe der Brennräume von einer vorgegebenen Leistungsabgabe zu ermitteln.
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Gemäß Ausführungsformen wird eine Mehrzahl von Verläufen ermittelt und ein Mittelwert der Mehrzahl von Verläufen zur Ermittlung der Abweichung der Leistungsabgaben verwendet. Somit ist eine genaue Ermittlung der tatsächlichen Leistungsabgabe möglich.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der vorgegebene Vergleichsverlauf der Mittelwert der jeweiligen Verläufe der einzelnen Brennräume.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der vorgegebene Vergleichsverlauf in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine vorgegeben.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Verlauf des Wertes der Umdrehungsgeschwindigkeit mittels einer Zahnzeit eines an einem Geberrad abgegriffenen Signals ermittelt. Die Zahnzeit entspricht dem Zeitraum, der zwischen einem Passieren zweier aufeinander folgender Zähne eines Geberrads an einem Sensor liegt. Die Zahnzeit ist somit ein Maß für die Umdrehungsgeschwindigkeit.
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Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Signals eines Geberrads und zugehörige Segmente einer Kurbelwellenbewegung gemäß einer Ausführungsform,
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2 eine schematische Darstellung eines Verlaufs der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle gemäß einer Ausführungsform, und
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3 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Verläufen gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt den Verlauf eines Signals 115. Das Signal 115 ist beispielsweise ein Signal eines Sensors, insbesondere eines magnetischen Sensors oder eines Halleffektsensors. Der Sensor wirkt mit einem Geberrad zusammen, das mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Beispielsweise ist die Brennkraftmaschine eine mit Diesel oder Benzin betriebener Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine treibt die Kurbelwelle an.
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Das Geberrad dreht sich entsprechend der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Das Geberrad weist insbesondere magnetisierte Zähne auf. Das Geberrad weist eine Anzahl von Zähnen auf, die eine zeitlich hoch aufgelöste Ermittlung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermöglicht. Beispielsweise weist das Geberrad 60 Zähne auf.
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Die Brennkraftmaschine weist beispielsweise fünf Brennräume auf, die auch als Zylinder bezeichnet werden. Die Brennkraftmaschine kann auch mehr oder weniger Brennräume aufweisen. Die Einspritzvorrichtung weist für jeden der fünf Brennräume der Brennkraftmaschine einen Injektor auf, wobei die Injektoren durch eine gemeinsame unter hohem Druck stehende Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt werden. Darüber hinaus umfasst die Einspritzvorrichtung eine Steuerung für die Injektoren, die die Injektoren immer dann, wenn eine Einspritzung in einem Brennraum erfolgen soll, mit einer definierten Ansteuerdauer ansteuert, um ein der jeweiligen Ansteuerdauer entsprechendes Öffnen des Injektors zu bewirken.
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Die Kurbelwellenbewegung wird entsprechend der Anzahl der Brennräume der Brennkraftmaschine in Segmente 110, 111, 112, 113 und 114 unterteilt. Insbesondere entspricht die Anzahl der Segmente der Anzahl der Brennräume. Weist die Brennkraftmaschine in weiteren Ausführungsformen vier Brennräume auf, wird die Kurbelwelle in vier Segmente unterteilt.
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Die Segmente 110 bis 114 sind jeweils einem Brennraum zugeordnet und insbesondere gleich groß. Die Segmente 110 bis 114 ergänzen sich zu einem vollständigen Arbeitszyklus. Ein Arbeitszyklus umfasst beispielsweise zwei Kurbelwellenumdrehungen, was sich aus dem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine ergibt. Ein Arbeitszyklus mit zwei Umdrehungen umfasst 120 Zähne des Geberrads, die am Sensor vorbeigeführt werden. 120 Zähne durch fünf Zylinder ergibt 24 Zähne je Segment 110 bis 114. Ein Segment weist folglich 24 Zähne auf.
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2 zeigt schematisch einen Verlauf 101 von Zahnzeiten 116 innerhalb des Segments 110. Die Zahnzeit 116 entspricht dabei der Zeit, die zwischen einem Passieren zweiter aufeinander folgender Zähne des Geberrads an dem Sensor oder dem entsprechend zwischen zwei aufeinander folgenden vergleichbaren Flanken des Signals 115 (1) verstreicht. Die Zahnzeiten 116 entsprechen beispielsweise den Zeiten, die für eine Kurbelwellenbewegung um 6° benötigt werden, wenn das Geberrad 60 Zähne aufweist.
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Innerhalb des dem Zylinder zugeordneten Segments 110 unterliegt der Verlauf 101 der Zahnzeiten 116 einer periodischen Schwankung. Der periodische Verlauf 101 entspricht einem periodischen Verlauf einer Geschwindigkeit der Kurbelwellenbewegung. Die Unterschiede der Zahnzeiten 116 untereinander sind in erster Linie abhängig von dem Innendruck des dem Segment zugeordneten Brennraums. Der Innendruck des Brennraums bremst die Kurbelbewegung in einem Verdichtungstakt vor einem Arbeitstakt ab und beschleunigt die Kurbelwellenbewegung während eines Arbeitstaktes. Das Segment 110 umfasst den Verlauf 101 der Zahnzeiten 116 in Abhängigkeit der Kurbelwellenbewegung so, dass ein oberer Totpunkt 108 und ein unterer Totpunkt 109 des Zylinderkopfes des dem Segment zugeordneten Brennraums umfasst sind.
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Ein Zeitraum 105 wird vorgegeben, der insbesondere kürzer als das Segment 110 ist. Insbesondere korrespondiert der vorgegebene Zeitraum 105 mit einem Verdichtungstakt des Brennraums. Der vorgegebene Zeitraum 105 beginnt beispielsweise bei oberen Totpunkt 108 und endet beim unteren Totpunkt 109. Insbesondere ist die Anzahl der Werte der Zahnzeiten, die innerhalb des vorgegebenen Zeitraums 105 ermittelt werden, vorgegeben.
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Entsprechend dem Segment 110 werden die Verläufe der Zahnzeiten in den weiteren Segmenten 110 bis 114 ermittelt.
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Für den vorgegebenen Zeitraum 105 wird ein Differential 106 des Verlaufs 101 gebildet. Alternativ oder zusätzlich wird ein Integral 107 des Verlaufs 101 innerhalb des vorgegebenen Zeitraums 105 ermittelt. Das Differential 106 und/oder das Integral 107 des Segments 110 wird mit den entsprechenden Differentialen 106 und/oder Integralen 107 der weiteren Segmente 111 bis 114 verglichen. Wenn die Differentiale 106 und/oder die Integrale 107 der fünf Segmente 110 bis 114 gleich sind, bedeutet dies, dass die Einspritzmenge der jeweiligen Injektoren der Brennräume dem Sollwert entspricht, sodass die Leistungsabgabe der Brennräume im Wesentlichen gleich ist. Weichen die Differentiale 106 und/oder die Ableitungen 107 der Segmente 110 bis 114 zumindest teilweise von einander ab, bedeutet dies, dass die Leistungsabgabe der Brennräume zueinander unterschiedlich ist.
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Die so ermittelten Unterschiede können von einer Steuerung verwendet werden, um die Ansteuerung der Injektoren so anzupassen, dass die Leistungsabgabe der Brennräume jeweils im Wesentlichen gleich ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen wird ein Mittelwert der jeweiligen Differentiale 106 und/oder Integrale 107 der Segmente 110 bis 114 gebildet. Die Abweichung des jeweiligen Differentials 106 und/oder des jeweiligen Integrals 107 je Segment 110 bis 114 von dem Mittelwert wird bestimmt. Die Korrektur der Ansteuerung der Injektoren wird in Abhängigkeit der Abweichung vorgenommen.
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Die Abweichung des Differentials 106 beziehungsweise des Integrals 107 vom Mittelwert korrespondiert mit einer Abweichung der Einspritzmenge in diesem Segment.
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3 zeigt den Verlauf 101 für die Segmente 110 bis 114. Wie in 3 dargestellt, wird der Verlauf 101 gemäß Ausführungsformen als Mittelwert einer Mehrzahl von Verläufen 102, 103 und 104 ermittelt. Somit ist eine verlässliche Aussage über eventuelle Abweichungen des Verlaufs 101 von dem Vergleichsverlauf möglich.
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Der vorgegebene Zeitraum 105 weist gemäß weiteren Ausführungsformen einen anderen Startzeitpunkt auf. Der vorgegebene Zeitraum 105 weist gemäß weiteren Ausführungsformen einen anderen Endpunkt auf. Der Startpunkt und der Endpunkt des Zeitraums 105 liegt jeweils innerhalb eines Segments. Beispielsweise wird der vorgegebene Zeitraum 105 in Abhängigkeit von Umweltbedingungen und/oder Betriebszuständen der Brennkraftmaschine vorgegeben.
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Dadurch, dass der Verlauf 101 der Zahnzeiten 116 innerhalb des vorgegebenen Zeitraums 105 ausgewertet wird, ist es einfach und zuverlässig möglich, Unterschiede der Leistungsabgabe beziehungsweise der eingespritzten Kraftstoffmenge zwischen den Brennräumen während des gesamten Betriebs und aller Betriebszustände der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Dabei kann insbesondere auf weitere Sensoren zur Ermittlung der Leistungsabgabe der Brennräume verzichtet werden, beispielsweise auf Sensoren zur Ermittlung des Innendrucks der Brennräume.
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Bezugszeichenliste
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- 101, 102, 103, 104
- Verlauf
- 105
- vorgegebener Zeitraum
- 106
- Differential
- 107
- Integral
- 108
- oberer Totpunkt
- 109
- unterer Totpunkt
- 110, 111, 112, 113, 114
- Segment
- 115
- Signal
- 116
- Zahnzeit
