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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Spitzbeginns von Injektoren einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 sowie eine Steuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 32 356 A1 geht ein Verfahren hervor, bei welchem der Spritzbeginn eines Injektors mittels eines Drucksensors erfasst und mit einem in einem Kennfeld gespeicherten Wert verglichen wird. Ergibt sich eine Abweichung, wird der Spritzbeginn derart korrigiert, dass diese Abweichung verschwindet. Ein entsprechender Korrekturwert wird gespeichert. Dabei ist der Drucksensor im Rahmen des bekannten Verfahrens als Raildrucksensor oder als Sensor in einer Druckleitung zu dem Injektor ausgebildet. Generell ergibt sich in Zusammenhang mit Injektoren von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Injektoren eines Einspritzsystems mit einem gemeinsamen Hochdruckspeicher, nämlich einer sogenannten gemeinsamen Leiste (Common-Rail-Einspritzsystem) eine Verzögerung zwischen einem Bestromungsbeginn, also einem Zeitpunkt, zu welchem ein Injektor bestromt wird, und einem tatsächlichen Beginn der Einspritzung durch den Injektor, mithin einem Spritzbeginn. Diese Verzögerung wird auch als Spritzverzug bezeichnet. Der Spritzverzug ist üblicherweise abhängig von dem konkret verwendeten Injektor. Er unterliegt auch einer zeitlichen Veränderung im Laufe Lebensdauer des Injektors beziehungsweise der Brennkraftmaschine. Die verschiedenen Injektoren einer Brennkraftmaschine weisen daher typischerweise bei identischem Bestromungsbeginn verschiedene Werte für den Spritzbeginn auf. Diese Werte variieren dann noch zusätzlich im Laufe der Lebensdauer der Brennkraftmaschine beziehungsweise der einzelnen Injektoren. Um die Stabilität eines Betriebs der Brennkraftmaschine insbesondere in Hinblick auf deren Emissionen und Leistung sowohl im Neuzustand als auch über der Lebensdauer zu gewährleisten, wird beispielsweise mithilfe des bekannten Verfahrens versucht, den Spritzbeginn der verschiedenen Injektoren der Brennkraftmaschine gleichzustellen, sodass diese insbesondere in identischen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine zu identischen Zeitpunkten – vorzugsweise relativ zu einem momentanen Hub eines Kolbens in einem dem betrachteten Injektor zugeordneten Zylinder gesehen – einspritzen. Dabei zeigt sich, dass das bekannte Verfahren verbesserungswürdig ist, weil der mithilfe des Raildrucksensors oder des Drucksensors in der Zuführleitung zu dem Injektor gemessene Druck keine sehr exakte Bestimmung des tatsächlichen Spritzbeginns erlaubt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches den genannten Nachteil nicht aufweist. Insbesondere soll es mithilfe des Verfahrens möglich sein, den Spritzbeginn von Injektoren sehr präzise und genau zu korrigieren, wobei das Verfahren zugleich einfach durchführbar ist. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mithilfe derer das Verfahren durchführbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird ein Soll-Bestromungsbeginn in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der Brennkraftmaschine bestimmt. Es wird ein Druck in einem Einzelspeicher eines Injektors während eines Einspritzereignisses erfasst, und es wird ein gemessener Spritzbeginn anhand des erfassten Drucks bestimmt. Ein Soll-Spritzverzug wird in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der Brennkraftmaschine bestimmt. Es wird ein Ist-Spritzverzug aus dem Soll-Bestromungsbeginn und dem gemessenen Spritzbeginn berechnet. Der Soll-Spritzverzug und der Ist-Spritzverzug werden miteinander verglichen. Eine Bestromungsbeginn-Korrekturgröße wird anhand des Vergleichs berechnet, und der Soll-Bestromungsbeginn wird mittels der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße korrigiert. Im Rahmen des Verfahrens ist es demnach möglich, den Bestromungsbeginn eines einzelnen Injektors in Hinblick auf den tatsächlichen Spritzbeginn zu korrigieren. Weiterhin ist es möglich, verschiedene Injektoren der Brennkraftmaschine in Hinblick auf ihren Spritzbeginn gleichzustellen, insbesondere wenn das Verfahren für alle Injektoren der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Dabei kann das Verfahren ohne Weiteres sowohl initial vor oder bei einer ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, als auch während deren Betriebszeit durchgeführt werden, um eine später auftretende, injektorindividuelle Drift zu kompensieren.
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Der Druck in dem Einzelspeicher wird vorzugsweise als zeitaufgelöster Druckverlauf erfasst und gespeichert. Aus dem gespeicherten Druckverlauf wird sodann der tatsächliche, gemessene Spritzbeginn bestimmt, wobei ein hierzu geeignetes Verfahren beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 056 381 A1 bekannt ist, auf welche insoweit verwiesen wird. Ein Verfahren zur Ermittlung eines virtuellen Spritzbeginns anhand einer Einzelspeicherdruckmessung ist auch aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 44 181 A1 bekannt, auf welche ebenfalls verwiesen wird.
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Das Verfahren ist durchführbar für Einspritzsysteme, welche einen gemeinsamen Hochdruckspeicher, nämlich eine sogenannte gemeinsame Leiste (Common-Rail) aufweisen. Die Injektoren des Einspritzsystems weisen jeweils einen Einzelspeicher als zusätzliches Puffervolumen auf. Durch die Bestromung wird eine Düsennadel eines Injektors verlagert und geöffnet. Dabei ergibt sich eine Verzögerung zwischen dem Bestromungsbeginn und dem Erreichen einer Position der Düsennadel, bei welcher die tatsächliche Einspritzung beginnt. Dieser sogenannte Spritzverzug ist einerseits injektorindividuell verschieden und variiert andererseits mit der Lebensdauer des Injektors.
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Das Verfahren ist besonders genau und präzise, weil zur Bestimmung des tatsächlichen, gemessenen Spritzbeginns der Druck oder Druckverlauf in dem Einzelspeicher erfasst wird, der unmittelbar dem Injektor zugeordnet ist. Hierdurch wird der Druck sehr nah an der tatsächlichen Einspritzstelle erfasst, sodass eine besonders genaue Bestimmung des Spritzbeginns möglich ist. Somit ist zugleich auch eine genaue, sehr präzise Korrektur des Bestromungsbeginns möglich.
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Das Verfahren ist für jedes Einspritzereignis durchführbar. So ist es möglich, das Verfahren für eine Voreinspritzung, für eine Haupteinspritzung und/oder für eine Nebeneinspritzung durchzuführen. Dabei ist es möglich, den Soll-Bestromungsbeginn in Einheiten von Grad Kurbelwinkel oder in Einheiten der Zeit, insbesondere in ms, anzugeben. Besonders bevorzugt wird der Soll-Bestromungsbeginn für eine Haupteinspritzung in Grad Kurbelwinkel angegeben, während er für eine Voreinspritzung und für eine Nacheinspritzung bevorzugt in Einheiten der Zeit, insbesondere in ms, und vorzugsweise als zeitlicher Abstand von dem Bestromungsbeginn der Haupteinspritzung, angegeben wird.
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Der gemessene Spritzbeginn wird bevorzugt ebenfalls in Einheiten von Grad Kurbelwinkel bestimmt. Alternativ ist es möglich, den gemessenen Spritzbeginn in Einheiten der Zeit, insbesondere in ms, zu bestimmen.
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Der Soll-Spritzverzug wird bevorzugt in Einheiten der Zeit, insbesondere in ms, bestimmt. Alternativ ist es allerdings auch möglich, den Soll-Spritzverzug in Einheiten von Grad Kurbelwinkel zu bestimmen. Dies ist allerdings etwas umständlicher, weil dann die Drehzahl der Brennkraftmaschine zur Bestimmung des Soll-Spritzverzugs herangezogen werden muss.
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Der Ist-Spritzverzug wird bevorzugt in denselben Einheiten berechnet, in welchen der Soll-Spritzverzug bestimmt wird. Hierdurch wird der Vergleich des Soll-Spritzverzugs und des Ist-Spritzverzugs erleichtert. Alternativ ist es möglich, den Ist-Spritzverzug in die Einheiten umzurechnen, in denen der Soll-Spritzverzug bestimmt wird, falls der Ist-Spritzverzug nicht in diesen Einheiten berechnet wird.
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Die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße wird vorzugsweise in den gleichen Einheiten berechnet, in denen der Soll-Bestromungsbeginn bestimmt wird, oder sie wird in diese Einheiten umgerechnet, um den Soll-Bestromungsbeginn in einfacher Weise korrigieren zu können.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße in einem dem Injektor zugeordneten Korrektur-Kennfeld gespeichert wird. Alternativ ist es möglich, dass die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße in einem Korrektur-Kennfeld gespeichert wird, welches als globales Feld für alle Injektoren vorgesehen ist, wobei es jedoch einen Parameter zur Zuordnung der eingetragenen Werte zu den einzelnen Injektoren umfasst, sodass die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße individuell für die betrachteten Injektoren in dem Kennfeld abgelegt werden kann. Diese alternative Vorgehensweise läuft letztlich auf dasselbe Ergebnis hinaus wie die zuvor beschriebene Vorgehensweise, bei welcher jedem Injektor ein eigenes Korrektur-Kennfeld zugeordnet ist. In beiden Fällen ergibt sich nämlich eine injektorindividuelle Zuordnung der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße, sodass eine injektorindividuelle Korrektur des Bestromungsbeginns beziehungsweise des Spritzbeginns für die Injektoren der Brennkraftmaschine möglich ist. Besonders bevorzugt wird ein global für alle Injektoren vorgegebener Soll-Bestromungsbeginn mit der injektorindividuell abgelegten Bestromungsbeginn-Korrekturgröße verrechnet, um einen individuellen Bestromungsbeginn für jeden Injektor festzulegen. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die verschiedenen Injektoren der Brennkraftmaschine in Hinblick auf ihren Spritzbeginn gleichzustellen.
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Die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge, insbesondere von einem einzuspritzenden Kraftstoffvolumen oder von einer einzuspritzenden Kraftstoffmasse, und in Abhängigkeit von einem Spritzbeginndruck in dem Korrektur-Kennfeld gespeichert. Dabei spricht der Spritzbeginndruck den Druck an, der vor oder unmittelbar bei Spritzbeginn an dem Injektor anliegt. Dieser Druck entspricht sowohl einem zu dem genannten Zeitpunkt in dem Einzelspeicher herrschenden Druck, als auch einem zu demselben Zeitpunkt in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher herrschenden Druck. Diese sind nämlich miteinander in Fluidverbindung, und es findet bei geschlossenem Injektor keine Kraftstoffströmung statt, sodass ein identischer, statischer Druck sowohl in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher als auch in dem Einzelspeicher herrscht. Es ist daher möglich, den Spritzbeginndruck mittels eines im Bereich des gemeinsamen Hochdruckspeichers vorgesehenen Drucksensors, also eines Raildrucksensors, zu erfassen, während der Druck in dem Einzelspeicher zur Ermittlung des Spritzbeginns mittels eines an diesem vorgesehenen Einzelspeicher-Drucksensors erfasst wird. Da der Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher zeitlich weniger stark variiert als der Druck in den Einzelspeichern, ist es vorteilhaft, als Eingangsgröße für Kennfelder, welche von dem Spritzbeginndruck abhängige Werte umfassen, den im Bereich des gemeinsamen Hochdruckspeichers gemessenen Spritzbeginndruck zu verwenden.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Soll-Bestromungsbeginn aus einem Bestromungs-Kennfeld ausgelesen wird. Dabei sind die Werte für den Soll-Bestromungsbeginn in dem Bestromungs-Kennfeld in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der Brennkraftmaschine hinterlegt. Besonders bevorzugt sind die Werte in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung oder Lastanforderung an die Brennkraftmaschine in dem Bestromungs-Kennfeld hinterlegt. Der Soll-Bestromungsbeginn variiert also bevorzugt mit der Drehzahl und der Lastanforderung, insgesamt mit dem Betriebs- oder Lastpunkt der Brennkraftmaschine. Das Bestromungs-Kennfeld weist vorzugsweise Werte auf, die über eine Vielzahl von Injektoren, besonders bevorzugt über eine Größenordnung von etwa hundert Injektoren, gemittelt sind. Entsprechend ist es vorzugsweise global für alle Injektoren vorgesehen.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Soll-Spritzverzug aus einem Spritzverzug-Kennfeld ausgelesen wird. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Kennfeld, welches Werte umfasst, die über eine Vielzahl von Injektoren, insbesondere über eine Größenordnung von etwa hundert Injektoren, gemittelt sind. Dabei sind die Werte für den Soll-Spritzverzug in dem Spritzverzug-Kennfeld bevorzugt auf die Werte für den Soll-Bestromungsbeginn in dem Bestromungsbeginn-Kennfeld derart abgestimmt, dass unter der Annahme, dass tatsächlich der Soll-Spritzverzug für einen Injektor verwirklicht wird, ein betriebspunktabhängig geeigneter Spritzbeginn realisiert wird, wenn der in dem Bestromungs-Kennfeld hinterlegte Soll-Bestromungsbeginn auf den Injektor angewendet wird. Die Werte für den Soll-Spritzverzug sind in dem Spritzverzug-Kennfeld in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der Brennkraftmaschine hinterlegt. Vorzugsweise sind die Werte für den Soll-Spritzverzug in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, und weiterhin in Abhängigkeit von dem Spritzbeginndruck hinterlegt. Dabei zeigt sich, dass physikalisch betrachtet der Spritzverzug eigentlich nicht von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge abhängt. Tatsächlich besteht aber über die typischerweise verwendeten Algorithmen zur Bestimmung der hier relevanten Größen zumindest ein mathematischer Zusammenhang zwischen dem Soll-Spritzverzug und der eingespritzten Kraftstoffmenge. Entsprechend wird daher bevorzugt auch die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße in dem Korrektur-Kennfeld in Abhängigkeit sowohl von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge als auch in Abhängigkeit von dem Spritzbeginndruck hinterlegt.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Ist-Spritzverzug berechnet wird, indem der Soll-Bestromungsbeginn und der gemessene Spritzbeginn voneinander subtrahiert werden. Dabei wird vorzugsweise der Soll-Bestromungsbeginn von dem gemessenen Spritzbeginn abgezogen. Auf diese Weise ergibt sich in der Regel ein positiver Wert für den Ist-Spritzverzug, weil typischerweise der gemessene Spritzbeginn zeitlich auf den Soll-Bestromungsbeginn folgt und somit – unabhängig von einer Angabe in Grad Kurbelwinkel oder in Einheiten der Zeit – einen größeren Wert aufweist als dieser. Alternativ ist es auch möglich, den Ist-Spritzverzug zu berechnen, indem der gemessene Spritzbeginn von dem Soll-Bestromungsbeginn abgezogen wird. In diesem Fall ergibt sich in der Regel ein negativer Wert für den Ist-Spritzverzug. Dies ist jedoch für das weitere Verfahren unproblematisch, wobei lediglich die Wahl des Vorzeichens auch in weiteren Schritten entsprechend berücksichtigt werden muss.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Soll-Spritzverzug und der Ist-Spritzverzug miteinander verglichen werden, indem eine Differenz des Soll-Spritzverzugs und des Ist-Spritzverzugs berechnet wird. Dabei wird vorzugsweise der Ist-Spritzverzug von dem Soll-Spritzverzug abgezogen. Dies wird insbesondere bevorzugt, wenn der Ist-Spritzverzug berechnet wird, indem der Soll-Bestromungsbeginn von dem gemessenen Spritzbeginn abgezogen wird. Alternativ ist es möglich, dass die Differenz berechnet wird, indem der Soll-Spritzverzug von dem Ist-Spritzverzug abgezogen wird. Diese Vorgehensweise wird bevorzugt, wenn der Ist-Spritzverzug berechnet wird, indem der gemessene Spritzbeginn von dem Soll-Bestromungsbeginn abgezogen wird. Es zeigt sich, dass es insbesondere bei der Berechnung des Ist-Spritzverzugs einerseits und bei dem Vergleich des Soll-Spritzverzugs und des Ist-Spritzverzugs andererseits wichtig ist, dass die Vorzeichen passend zueinander gewählt beziehungsweise die entsprechenden Größen passend zueinander definiert werden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße als Differenz des Soll-Spritzverzugs und des Ist-Spritzverzugs berechnet wird. Somit ergibt sich die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße vorzugsweise unmittelbar aus dem Vergleich des Soll-Spritzverzugs und des Ist-Spritzverzugs, ohne dass es weiterer Rechenschritte bedarf.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße gewichtet wird. Die Gewichtung dient insbesondere einer Kompensation von Ausreißern und somit einer gewissen Dämpfung beziehungsweise Verzögerung der Regelung durch das Verfahren, um insbesondere zu vermeiden, dass der Spritzbeginn aufgrund kurzfristiger Ereignisse in eine Begrenzung geregelt wird. Insofern wird ein durch das Verfahren geregelter zeitlicher Verlauf des Bestromungsbeginns mithilfe der Gewichtung geglättet. Vorzugsweise wird die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße bei der Gewichtung unter Beibehaltung des Vorzeichens bezüglich ihres Betrags verringert. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein Gewichtungsfaktor mit der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße multipliziert wird, oder indem die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße durch einen Gewichtungsparameter dividiert wird. In jedem Fall wird bevorzugt eine parametrierbare Gewichtung verwendet, wobei der Gewichtungsparameter – entweder als Faktor oder als Divisor – vorzugsweise abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und auch abhängig von dem Spritzbeginndruck gewählt wird. Dabei wird der Gewichtungsparameter vorzugsweise aus einem Kennfeld ausgelesen, welches dessen Werte in Abhängigkeit von den genannten Größen umfasst. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Gewichtung insbesondere unter Heranziehung eines Gewichtungsparameters möglich. Die Gewichtung wird vorzugsweise durchgeführt, noch bevor die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße in dem Korrektur-Kennfeld gespeichert wird. Das Korrektur-Kennfeld umfasst dann nicht die rohen Werte für die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße, sondern bereits die gewichteten Werte.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass es für jeden Injektor der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Dabei wird bevorzugt jedem Injektor ein injektorindividuelles Korrektur-Kennfeld zugeordnet. Für jeden Injektor sind also eigene, injektorindividuelle Bestromungsbeginn-Korrekturgrößen vorzugsweise in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Spritzbeginndruck hinterlegt. Die Injektoren der Brennkraftmaschine werden mithilfe des Verfahrens in Hinblick auf den Spritzbeginn bevorzugt gleichgestellt. Dabei ist es gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass die verschiedenen Injektoren initial, also zum Zeitpunkt einer ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, gleichgestellt werden. Dies entspricht einer Gleichstellung der Injektoren im Neuzustand der Brennkraftmaschine. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Injektoren mithilfe des Verfahrens während der Betriebszeit der Brennkraftmaschine gleichgestellt werden, um eine Injektordrift über die Lebensdauer der Injektoren auszugleichen. Unter Gleichstellung der Injektoren ist dabei zu verstehen, dass jedem Injektor ein individueller Bestromungsbeginn derart zugewiesen wird, dass der Spritzbeginn der verschiedenen Injektoren – relativ zu einer Phasenlage eines Kolbens in einem dem Injektor zugeordneten Zylinder – gleich ist.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Die Steuerungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ist es möglich, dass die Verfahrensschritte in einer Hardware der Steuerungseinrichtung fest implementiert sind. Alternativ oder zusätzlich ist ein Computerprogrammprodukt in die Steuerungseinrichtung geladen, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer die Steuerungseinrichtung das Verfahren ausführt, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Steuerungseinrichtung läuft.
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Es ist möglich, dass die Steuerungseinrichtung separate Vorrichtungen zur Durchführung verschiedener Verfahrensschritte aufweist. Beispielsweise ist es möglich, dass die Steuerungseinrichtung ein Motorsteuergerät umfasst, welches den Soll-Bestromungsbeginn bestimmt und diesen mittels der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße injektorindividuell korrigiert, sowie die Injektoren bestromt. Bevorzugt wird mithilfe des Motorsteuergeräts auch der Soll-Spritzverzug bestimmt. Es ist möglich, dass in einer separaten Analyseeinrichtung der Einzelspeicherdruck der Injektoren erfasst und anhand des erfassten Drucks der gemessene Spritzbeginn bestimmt wird. In diesem Fall wird vorzugsweise ebenfalls in der Analyseeinrichtung der Ist-Spritzverzug bestimmt. Alternativ ist es möglich, dass der Ist-Spritzverzug in dem Motorsteuergerät bestimmt wird, wobei die Analyseeinrichtung lediglich den gemessenen Spritzbeginn an das Motorsteuergerät übermittelt. Der Vergleich des Soll-Spritzverzugs und des Ist-Spritzverzugs kann in dem Motorsteuergerät oder alternativ in der separaten Analyseeinrichtung durchgeführt werden. Dabei ist die Analyseeinrichtung vorzugsweise mit dem Motorsteuergerät wirkverbunden, sodass insbesondere Daten zwischen den beiden Vorrichtungen austauschbar sind. Die Berechnung der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße anhand des Vergleichs kann ebenfalls entweder in dem Motorsteuergerät oder alternativ in der separaten Analyseeinrichtung durchgeführt werden.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Steuerungseinrichtung ist vorgesehen, dass diese nur eine Vorrichtung, insbesondere ein Motorsteuergerät umfasst, auf welcher das gesamte Verfahren abläuft.
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Die Steuerungseinrichtung weist vorzugsweise eine erste Schnittstelle auf, über welche sie mit einem Einzelspeicherdrucksensor wirkverbunden ist. Sie weist bevorzugt eine zweite Schnittstelle auf, über welche sie mit mindestens einem Injektor wirkverbunden ist, um diesen zu bestromen. Schließlich weist die Steuerungseinrichtung vorzugsweise eine dritte Schnittstelle auf, über die sie mit einem Raildrucksensor im Bereich des gemeinsamen Hochdruckspeichers wirkverbunden ist, wobei mithilfe dieses Raildrucksensors insbesondere der Spritzbeginndruck als Eingangsgröße für die verschiedenen Kennfelder ermittelt wird.
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Das Verfahren und die Steuerungseinrichtung sind vorgesehen zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, die ein Einspritzsystem aufweist, welches vorzugsweise einen gemeinsamen Hochdruckspeicher sowie Einzelspeicher als zusätzliche Puffervolumina im Bereich der einzelnen Injektoren aufweist. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet. Sie kann zum Antrieb von Landfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, insbesondere Schiffen, oder Luftfahrzeugen verwendet werden. Im Bereich der Landfahrzeuge kommen insbesondere schwere Fahrzeuge wie selbstfahrende Erntefahrzeuge, Baumaschinen, Fahrzeuge im Tagebau, Triebwagen beziehungsweise Lokomotiven für Züge, und zur Verteidigung vorgesehene Fahrzeuge wie beispielsweise Panzer infrage. Die Brennkraftmaschine kann auch für stationäre Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Notstromversorgung, im Spitzenlastbetrieb oder auch im Dauerlastbetrieb. Beispielsweise ist ein Einsatz der Brennkraftmaschine in einem Blockheizkraftwerk denkbar. Auch der stationäre Betrieb von Hilfs- oder Nebenaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Über das Einspritzsystem wird vorzugsweise ein flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff eingespritzt, beispielsweise Benzin, Diesel, Kerosin, Schweröl, Methanol, Ethanol, ein höherer Alkohol, Erdgas, Biogas, Magergas oder Sondergas. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Mithilfe des Einspritzssystems können beliebige, fluide Kraftstoffe eingespritzt werden, die zum Betrieb in einer Brennkraftmaschine mit Einzelpunkteinspritzung, Mehrpunkteinspritzung und/oder Direkteinspritzung geeignet sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockbilddarstellung der Bestromung eines Injektors gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens, und
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2 eine schematische Blockbilddarstellung einer Korrektur des Bestromungsbeginns im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens.
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1 zeigt ein Blockschaltbild, in welchem schematisch die Bestromung eines Injektors 1 einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt ist, wobei der Injektor 1 einen Einzelspeicher 4 aufweist. Im Rahmen der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Soll-Bestromungsbeginn 3 vorzugsweise von einem Motorsteuergerät in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der Brennkraftmaschine 2 bestimmt. Dabei wird hier der Soll-Bestromungsbeginn 3 aus einem Bestromungs-Kennfeld 5 ausgelesen, in welchem Werte für den Soll-Bestromungsbeginn 3 in Abhängigkeit von einer Drehzahl 7 der Brennkraftmaschine 2 sowie in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung 9 an die Brennkraftmaschine 2 gespeichert sind. Entsprechend liest das Motorsteuergerät den Soll-Bestromungsbeginn 3 aus dem Bestromungs-Kennfeld 5 in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl 7 und der momentanen Drehmomentanforderung 9 aus. Das Bestromungs-Kennfeld 5 ist als globales Kennfeld ausgelegt, sodass es über eine Vielzahl von Injektoren, vorzugsweise in der Größenordnung von hundert Injektoren, gemittelte Werte für den Soll-Bestromungsbeginn 3 umfasst. Es wird somit abhängig von der Drehzahl 7 und der Drehmomentanforderung 9 für jeden Injektor 1 der Brennkraftmaschine 2 der gleiche, globale Wert für den Soll-Bestromungsbeginn 3 aus dem Bestromungs-Kennfeld 5 ausgelesen.
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Außerdem wird – vorzugsweise im Bereich eines gemeinsamen Hochdruckspeichers von einem Drucksensor – ein Spritzbeginndruck 11 ermittelt. Auch wird eine einzuspritzende Kraftstoffmenge 13, vorzugsweise als Kraftstoffmasse oder besonders bevorzugt als Kraftstoffvolumen, durch das Motorsteuergerät insbesondere lastpunktabhängig bestimmt. Der Spritzbeginndruck 11 und die einzuspritzende Kraftstoffmenge 13 gehen als Eingangsgrößen in ein Korrektur-Kennfeld 15 ein, aus dem eine Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 abhängig von dem Spritzbeginndruck 11 und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge 13 ausgelesen wird. Das Korrektur-Kennfeld 15 umfasst injektorindividuelle Korrekturwerte, ist hier also auf den konkreten Injektor 1 hin abgestimmt beziehungsweise umfasst die für diesen ermittelten Werte der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17.
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Die einzuspritzende Kraftstoffmenge 13 und der Spritzbeginndruck 11 werden vor dem Auslesen des Korrektur-Kennfelds 15 bevorzugt gefiltert. Hierzu sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Übertragungsglieder 19, 21 vorgesehen, wobei die Übertragungsglieder 19, 21 vorzugsweise als Tiefpass und besonders bevorzugt als PT1-Glieder ausgebildet sind. Durch die Filterung wird verhindert, dass die Brennkraftmaschine 2 aufgrund der Regelung im Rahmen des Verfahrens aufschwingt, da ein Algorithmus zur Auswertung des Einzelspeicherdrucks über die einzuspritzende Kraftstoffmenge direkt mit einem Drehzahlregler der Brennkraftmaschine 2 gekoppelt ist. Die Übertragungsglieder 19, 21 weisen vorzugsweise jeweils zwei Zeitkonstanten auf. Eine erste Zeitkonstante ist für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine 2 definiert, also für Betriebszustände, bei denen sich ein Lastpunkt der Brennkraftmaschine 2 nicht ändert. Eine zweite Zeitkonstante ist für einen transienten Betrieb der Brennkraftmaschine 2 vorgesehen, in welchem sich der Lastpunkt ändert. Die Verwendung der Zeitkonstanten wird vorzugsweise von dem Motorsteuergerät entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 umgeschaltet, insbesondere über ein Bit, welches abhängig von dem Betriebszustand zu 0 oder zu 1 gesetzt werden kann.
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Der Soll-Bestromungsbeginn 3 wird bevorzugt in Einheiten von Grad Kurbelwinkel angegeben beziehungsweise ist in diesen Einheiten in dem Bestromungs-Kennfeld 5 hinterlegt. Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens ist allerdings die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 in dem Korrektur-Kennfeld 15 in Einheiten der Zeit hinterlegt, insbesondere in ms. Es ist daher ein erstes Umrechnungsglied 23 vorgesehen, durch welches die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 von Einheiten der Zeit in Einheiten von Grad Kurbelwinkel umgerechnet wird. Je nach Wahl der Einheiten für den Soll-Bestromungsbeginn 3 einerseits und die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 andererseits ist es möglich, dass das erste Umrechnungsglied 23 bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens eine andere Umrechnung durchführt oder ganz entfällt.
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Die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 ist hier ein Summand, der in einem Additionselement 25 – mit positivem oder negativem Vorzeichen – zu dem Soll-Bestromungsbeginn 3 addiert wird. Auf diese Weise wird der Soll-Bestromungsbeginn 3 korrigiert, beziehungsweise es wird ein korrigierter Bestromungsbeginn 27 berechnet, mit dem der Injektor 1 schließlich angesteuert wird.
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Die in 1 dargestellten Schritte werden vorzugsweise von einer Steuerungseinrichtung 29, insbesondere von dem Motorsteuergerät durchgeführt.
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2 zeigt ein Blockschaltbild, welches schematisch die Korrektur des Bestromungsbeginns im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens darstellt. Dabei ist in 2 insbesondere dargestellt, auf welche Weise die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 erhalten wird, beziehungsweise wie das injektorindividuelle Korrektur-Kennfeld 15 bedatet wird. Hierzu wird entweder durch das Motorsteuergerät oder – wie in 2 dargestellt – durch eine separate Analyseeinrichtung 30 ein Druck in dem Einzelspeicher 4 des Injektors 1 erfasst, nämlich insbesondere als zeitaufgelöster Druckverlauf, wobei anhand des Drucks beziehungsweise des zeitaufgelösten Druckverlaufs ein gemessener Spritzbeginn 31 bestimmt wird.
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Aus dem Soll-Bestromungsbeginn 3 und dem gemessenen Spritzbeginn 31 wird durch die Steuerungseinrichtung 29, insbesondere entweder durch das Motorsteuergerät oder durch die separate Analyseeinrichtung 30, ein Ist-Spritzverzug 33 berechnet. Dabei wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Soll-Bestromungsbeginn 3 in einem ersten Subtraktionsglied 35 von dem gemessenen Spritzbeginn 31 subtrahiert.
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Wie bereits ausgeführt, wird der Soll-Bestromungsbeginn 3 bevorzugt in Einheiten von Grad Kurbelwinkel bestimmt. Entsprechend wird bevorzugt auch der gemessene Spritzbeginn 31 in Einheiten von Grad Kurbelwinkel bestimmt. Je nach Ausführungsform des Verfahrens wird der Ist-Spritzverzug durch ein zweites Umrechnungsglied 37 in andere Einheiten umgerechnet, hier insbesondere von Grad Kurbelwinkel in Einheiten der Zeit, vorzugsweise in ms. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass das Umrechnungsglied 37 eine andere Umrechnung vornimmt, oder dass dieses ganz entfällt.
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Von der Steuerungseinrichtung 29 wird ein Soll-Spritzverzug 39 in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der Brennkraftmaschine 2 bestimmt. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird der Soll-Spritzverzug 39 aus einem Spritzverzug-Kennfeld 41 ausgelesen, in dem er abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge 13 und dem Spritzbeginndruck 11 hinterlegt ist. Entsprechend gehen diese Größen als Eingangsgrößen in das Spritzverzug-Kennfeld 41 ein. Bei dem Spritzverzug-Kennfeld 41 handelt es sich bevorzugt um ein globales Kennfeld, welches Werte für den Soll-Spritzverzug 39 umfasst, die über eine Vielzahl von Injektoren, vorzugsweise über eine Größenordnung von hundert Injektoren, gemittelt sind. Entsprechend werden in Abhängigkeit des Spritzbeginndrucks 11 und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge 13 hier aus dem Spritzverzug-Kennfeld 41 für alle Injektoren 1 der Brennkraftmaschine 2 gleiche Werte für den Soll-Spritzverzug 39 ausgelesen.
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Die Werte für den Soll-Spritzverzug 39 sind in dem Spritzverzug-Kennfeld 41 vorzugsweise in Einheiten der Zeit, insbesondere in ms hinterlegt. Daher ist vorzugsweise das zweite Umrechnungsglied 37 zur Umrechnung des Ist-Spritzverzugs 33 in Einheiten der Zeit vorgesehen.
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Der Soll-Spritzverzug 39 und der gegebenenfalls durch das zweite Umrechnungsglied 37 umgerechnete Ist-Spritzverzug 33 werden miteinander verglichen, um die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 zu berechnen. Hierzu wird bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens in einem zweiten Subtraktionsglied 43 der Ist-Spritzverzug 33 von dem Soll-Spritzverzug 39 subtrahiert. Die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 ergibt sich als Differenz des Soll-Spritzverzugs 39 und des Ist-Spritzverzugs 33, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch eine Wichtung der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 in einem Wichtungsglied 45 durchgeführt wird. Die Gewichtung ist vorzugsweise parametrierbar, wobei ein Gewichtungsparameter aus einem nicht dargestellten Kennfeld in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge 13 und dem Spritzbeginndruck 11 ausgelesen und zur Wichtung herangezogen wird. Dabei ist der Gewichtungsparameter vorzugsweise als Divisor ausgestaltet, durch welchen die Differenz des Soll-Spritzverzugs 39 und des Ist-Spritzverzugs 33 dividiert wird.
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Die Gewichtung in dem Wichtungsglied 45 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass es ungefähr dreißig bis fünfzig Durchläufe des Verfahrens bedarf, bis alle Injektoren 1 der Brennkraftmaschine 2 gleichgestellt sind. Die Ausregelung durch das Verfahren wird mithilfe des Wichtungsglieds 45 somit bevorzugt verzögert, um Ausreißer kompensieren zu können, und um zu vermeiden, dass bei Auftreten eines Ausreißers die Regelung unmittelbar beziehungsweise rasch in eine Begrenzung läuft.
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Auf diese Weise wird letztlich die Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 berechnet und in dem injektorindividuellen Korrektur-Kennfeld 15 für den hier betrachteten Injektor 1 abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge 13 und dem Spritzbeginndruck 11 abgelegt beziehungsweise gespeichert.
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Das Korrektur-Kennfeld 15 wird so im Laufe des Verfahrens fortwährend neu bedatet, wobei – wie in 1 dargestellt – stets die aktuelle Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 zur Verfügung steht, um für den Injektor 1 aus dem Soll-Bestromungsbeginn 3 und der Bestromungsbeginn-Korrekturgröße 17 den korrigierten Bestromungsbeginn 27 zu berechnen.
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Es ist möglich, dass alle in 2 dargestellten Schritte – gegebenenfalls bis auf die Bestimmung des Soll-Bestromungsbeginns 3, der von dem Motorsteuergerät bereitgestellt werden kann – in der Analyseeinrichtung 30 durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, dass die in 2 dargestellten Schritte von dem Motorsteuergerät durchgeführt werden, während durch die Analyseeinrichtung 30 lediglich der gemessene Spritzbeginn 31 bestimmt wird. Jedenfalls sind aber sowohl die Analyseeinrichtung 30 als auch das Motorsteuergerät Teil der übergeordneten Steuerungseinrichtung 29.
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Schließlich ist es möglich, dass keine separate Analyseeinrichtung 30 vorgesehen ist, sondern dass diese vielmehr quasi in das Motorsteuergerät implementiert ist, sodass der gemessene Spritzbeginn 31 ebenfalls von dem Motorsteuergerät berechnet wird. In diesem Fall ist das Motorsteuergerät identisch mit der Steuerungseinrichtung 29.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens und der Steuerungseinrichtung 23 möglich ist, den Bestromungsbeginn für verschiedene Injektoren 1 einer Brennkraftmaschine 2 nicht nur initial sondern auch während der Betriebszeit zur Kompensation einer Injektordrift zu korrigieren, wobei die Injektoren 1 letztlich in Hinblick auf ihren Spritzbeginn gleichgestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10232356 A1 [0002]
- DE 102009056381 A1 [0005]
- DE 10344181 A1 [0005]
