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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Einspritzdauer 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 31 26 393 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einem gemeinsamen Speicher und einer Mehrzahl von Injektoren bekannt, wobei den einzelnen Injektoren jeweils Einzelspeicher zugeordnet sind. Jedem Einzelspeicher ist ein Hochdruck-Umformer, also eine Vorrichtung zur Druckmessung eines Drucks in dem Einzelspeicher, zugeordnet. Anhand des Druckabfalls in den Einzelspeichern wird eine eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. Diese wird auch korrigiert. Die aus dem genannten Dokument bekannte Kraftstoffeinspritzanlage entspricht allerdings nicht einem modernen Einspritzsystem mit mehreren Injektoren, insbesondere keinem modernen Einspritzsystem, welches einen gemeinsamen Hochdruckspeicher, nämlich eine sogenannte gemeinsame Leiste (Common-Rail) aufweist, wobei Injektoren des Einspritzsystems jeweils einen Einzelspeicher als zusätzliches Puffervolumen aufweisen. Entsprechend ist das bekannte Verfahren zur Korrektur der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht auf eine moderne Einspritzeinrichtung anwendbar.
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Es zeigt sich, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge von der Einspritzdauer und damit insbesondere von einer Bestromungsdauer eines Injektors abhängt, wobei durch die Bestromung eine Düsennadel des Injektors verlagert und geöffnet wird. Endet die Bestromung, wird die Düsennadel in ihre Schließstellung zurückverlagert. Somit wird über die Bestromungsdauer die Einspritzdauer – kurz die Spritzdauer – des Injektors festgelegt, wodurch wiederum die eingespritzte Kraftstoffmenge, insbesondere abhängig von einem Spritzbeginndruck, der zu Beginn der Einspritzung an dem Injektor anliegt, bestimmt ist. Typischerweise ist in einer Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine ein Kennfeld hinterlegt, welches globale Bestromungsdauer-Werte für alle Injektoren der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Spritzbeginndruck umfasst. Entsprechend werden diesem Kennfeld für alle Injektoren identische Werte entnommen. Es zeigt sich aber, dass verschiedene Injektoren verschieden auf eine Bestromung ansprechen, mithin verschiedene Einspritzdauern bei identischer Bestromungsdauer aufweisen. Die Injektoren einer Brennkraftmaschine sind daher nach Möglichkeit initial vor oder zu Beginn der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, gleichzustellen, sodass sie eine einzuspritzende Kraftstoffmenge bei Vorgabe durch die Steuerungseinrichtung identisch einspritzen. Es zeigt sich auch, dass das Ansprechverhalten der Injektoren im Laufe ihrer Lebensdauer variiert. Somit ist es wünschenswert, die Injektoren auch während der Betriebszeit der Brennkraftmaschine in Hinblick auf die Einspritzdauer und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge gleichstellen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit deren Hilfe die Einspritzdauer von Injektoren korrigiert werden kann. Dabei soll es insbesondere möglich sein, verschiedene Injektoren der Brennkraftmaschine in Hinblick auf die eingespritzte Kraftstoffmenge nicht nur initial, sondern auch während der Betriebszeit der Brennkraftmaschine gleichzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird eine Spritzdauer-Sollgröße bestimmt. Dabei ist die Spritzdauer-Sollgröße mit der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, insbesondere der einzuspritzenden Kraftstoffmasse oder dem einzuspritzenden Kraftstoff-Volumen, funktional – im Sinne einer physikalischen oder mathematischen Abhängigkeit – verknüpft. Dies schließt ein, dass die Spritzdauer-Sollgröße bevorzugt mit der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, besonders bevorzugt mit dem einzuspritzenden Kraftstoff-Volumen, identisch ist. Es wird ein Druck in einem Einzelspeicher eines Injektors während eines Einspritzereignisses erfasst, und es wird eine gemessene Spritzdauer anhand des erfassten Drucks bestimmt. Anhand dieser gemessenen Spritzdauer wird eine Spritzdauer-Istgröße bestimmt. Die Spritzdauer-Sollgröße und die Spritzdauer-Istgröße werden miteinander verglichen, und es wird eine Spritzdauer-Korrekturgröße anhand des Vergleichs der beiden Größen berechnet. Schließlich wird die Spritzdauer-Korrekturgröße zur Korrektur einer Bestromungsdauer für den Injektor verwendet. Im Rahmen des Verfahrens ist es demnach möglich, die Bestromungsdauer eines einzelnen Injektors in Hinblick auf eine einzuspritzende Kraftstoffmenge beziehungsweise eine tatsächliche Spritzdauer zu korrigieren. Weiterhin ist es möglich, verschiedene Injektoren der Brennkraftmaschine in Hinblick auf ihre Spritzdauer und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge gleichzustellen, 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 die tatsächliche, gemessene Spritzdauer bestimmt, indem bevorzugt ein Spritzbeginn und ein Spritzende ermittelt werden. Ein hierzu geeignetes Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 056 381 A1 bekannt, wobei offensichtlich ist, dass eine Spritzdauer aus dem Spritzende und dem Spritzbeginn ermittelt werden kann, beispielsweise in dem der Spritzbeginn von dem Spritzende subtrahiert wird.
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Der Vergleich der Spritzdauer-Sollgröße und der Spritzdauer-Istgröße erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens unmittelbar, indem die beiden Größen direkt verglichen werden. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass aus der Spritzdauer-Sollgröße eine erste abgeleitete Größe ermittelt wird, während aus der Spritzdauer-Istgröße eine zweite abgeleitete Größe ermittelt wird, und wobei der Vergleich der Spritzdauer-Sollgröße mit der Spritzdauer-Istgröße indirekt oder mittelbar derart durchgeführt wird, dass die erste abgeleitete Größe mit der zweiten abgeleiteten Größe verglichen wird.
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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.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Spritzdauer-Korrekturgröße in einem dem Injektor zugeordneten Korrektur-Kennfeld gespeichert wird. Alternativ ist es möglich, dass die Spritzdauer-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 Spritzdauer-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 Spritzdauer-Korrekturgröße, sodass eine injektorindividuelle Korrektur der Bestromungsdauer für die Injektoren der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Besonders bevorzugt wird eine global für alle Injektoren vorgegebene Bestromungsdauer mit der injektorindividuell abgelegten Spritzdauer-Korrekturgröße verrechnet, um eine individuelle Bestromungsdauer für jeden Injektor festzulegen. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die verschiedenen Injektoren in Hinblick auf ihre Spritzdauer und damit auch in Hinblick auf die eingespritzte Kraftstoffmenge gleichzustellen.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Spritzdauer-Istgröße aus einem Größen-Kennfeld ausgelesen wird, das vorzugsweise über eine Vielzahl von Injektoren gemittelte Werte umfasst. Das Größen-Kennfeld umfasst dabei Werte für die Spritzdauer-Istgröße in Abhängigkeit von der gemessenen Spritzdauer. Bevorzugt umfasst das Kennfeld den Spritzbeginndruck als weiteren Parameter, von dem die Spritzdauer-Istgröße abhängt. Das Größen-Kennfeld ist bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nicht injektorindividuell, sondern global für alle Injektoren vorgesehen, wobei es bevorzugt Werte umfasst, die über eine Größenordnung von etwa hundert Injektoren gemittelt sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Spritzdauer-Istgröße bei einer vorgegebenen Spritzdauer nur wenig von dem Mittelwert, der in dem Größen-Kennfeld hinterlegt ist, abweicht. Dem Verfahren liegt demnach der Gedanke zugrunde, die Injektoren in Hinblick auf ihr Ansprechverhalten auf die Bestromung gleichzustellen, wobei angenommen wird, dass die tatsächliche Spritzdauer der Injektoren bei gleicher Bestromungsdauer verschieden ist. Weiter wird angenommen, dass die Injektoren bei gegebener Spritzdauer eine ungefähr gleiche Spritzdauer-Istgröße aufweisen.
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Der Spritzbeginndruck spricht den Druck an, der vor oder unmittelbar bei Spritzbeginn an dem Injektor anliegt. Dabei entspricht dieser Druck sowohl einem zu dem genannten Zeitpunkt in dem Einzelspeicher herrschenden Druck, als auch dem zum selben 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 zu erfassen, während der Druck in dem Einzelspeicher zur Ermittlung der Spritzdauer mittels eines an diesem vorgesehenen 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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Die Spritzdauer-Korrekturgröße wird in dem Korrektur-Kennfeld bevorzugt auch in Abhängigkeit von dem Spritzbeginndruck gespeichert. Es ist dabei offensichtlich, dass der Spritzbeginndruck eine Größe ist, von der die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge abhängig von der Spritzdauer abhängt. Daher ist es grundsätzlich sinnvoll, eine Abhängigkeit der hier betrachteten Größen von dem Spritzbeginndruck zu berücksichtigen.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem als Spritzdauer-Sollgröße eine einzuspritzende Kraftstoffmenge, insbesondere eine einzuspritzende Kraftstoffmasse oder bevorzugt ein einzuspritzendes Kraftstoff-Volumen, verwendet wird. Entsprechend wird als Spritzdauer-Istgröße bevorzugt eine eingespritzte Kraftstoffmenge, insbesondere eine eingespritzte Kraftstoffmasse oder bevorzugt ein eingespritztes Kraftstoff-Volumen, bestimmt, nämlich anhand der gemessenen Spritzdauer.
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Die Spritzdauer-Sollgröße wird vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von einer Leistungsforderung oder Drehmomentforderung an die Brennkraftmaschine bestimmt, vorzugsweise ebenfalls aus einem Kennfeld. Als weiterer Parameter geht in die Bestimmung der Spritzdauer-Sollgröße vorzugsweise eine Drehzahl der bevorzugt als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Brennkraftmaschine ein.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Spritzdauer-Sollgröße und die Spritzdauer-Istgröße direkt miteinander verrechnet werden. Dabei wird die Spritzdauer-Korrekturgröße vorzugsweise als Differenz der Spritzdauer-Sollgröße und der Spritzdauer-Istgröße bestimmt. Aus der Spritzdauer-Sollgröße und der Spritzdauer-Korrekturgröße wird bevorzugt eine korrigierte Spritzdauer-Sollgröße berechnet. Anhand dieser korrigierten Spritzdauer-Sollgröße wird vorzugsweise eine Bestromungsdauer für den Injektor bestimmt, die in Hinblick auf die Spritzdauer beziehungsweise die eingespritzte Kraftstoffmenge korrigiert ist. Dabei ist bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass die Spritzdauer-Sollgröße und die Spritzdauer-Istgröße als einzuspritzende Kraftstoffmenge beziehungsweise als eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt werden. Als Spritzdauer-Korrekturgröße geht dann aus dem Verfahren eine Abweichung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge hervor. Auf der Grundlage dieser Abweichung wird eine korrigierte einzuspritzende Kraftstoffmenge berechnet, aus der schließlich eine korrigierte Bestromungsdauer für den Injektor bestimmt wird.
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Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass anhand der Spritzdauer-Sollgröße eine Soll-Bestromungsdauer für den Injektor bestimmt wird. Aus der Spritzdauer-Istgröße wird eine virtuelle Bestromungsdauer bestimmt. Die Spritzdauer-Sollgröße wird im Rahmen dieser Ausführungsform des Verfahrens indirekt mit der Spritzdauer-Istgröße verglichen, indem die Soll-Bestromungsdauer mit der virtuellen Bestromungsdauer verrechnet wird. Dabei stellt die Soll-Bestromungsdauer eine erste abgeleitete Größe und die virtuelle Bestromungsdauer eine zweite abgeleitete Größe dar, die miteinander verrechnet werden, um die Spritzdauer-Sollgröße und die Spritzdauer-Istgröße mittelbar miteinander zu vergleichen. Die Spritzdauer-Korrekturgröße wird vorzugsweise als Differenz der Soll-Bestromungsdauer und der virtuellen Bestromungsdauer berechnet. Eine korrigierte Bestromungsdauer für den Injektor wird aus der Soll-Bestromungsdauer und der Spritzdauer-Korrekturgröße berechnet. Bevorzugt wird die Spritzdauer-Korrekturgröße zu der Soll-Bestromungsdauer addiert. Dabei ist die Spritzdauer-Korrekturgröße vorzeichenbehaftet, wobei die Richtung der Korrektur, also zu einer längeren oder zu einer kürzeren Bestromungsdauer hin, durch das Vorzeichen festgelegt ist.
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Es ist möglich, dass die Bestromungsdauer tatsächlich als Dauer – entweder in Einheiten der Zeit oder in Einheiten eines Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine – bestimmt beziehungsweise im Rahmen des Verfahrens verwendet wird. Alternativ ist es möglich, dass die Bestromungsdauer indirekt durch Angabe eines Wertepaares aus Bestromungsbeginn und Bestromungsende charakterisiert wird. Dabei ist der mathematische Zusammenhang zwischen der Bestromungsdauer einerseits und dem Bestromungsbeginn sowie dem Bestromungsende andererseits offensichtlich, sodass die entsprechenden Angaben ohne Weiteres ineinander umgerechnet werden können. Es ist möglich, dass die Spritzdauer-Korrekturgröße entsprechend ein Wertepaar umfasst, das einen Korrekturwert für den Bestromungsbeginn sowie einen Korrekturwert für das Bestromungsende aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass die Spritzdauer-Korrekturgröße nur einen Korrekturwert entweder für den Bestromungsbeginn oder das Bestromungsende aufweist. Bevorzugt wird jedoch ein Verfahren, bei welchem die Bestromungsdauer unmittelbar durch einen sie direkt angebenden Wert charakterisiert wird, wobei die Spritzdauer-Korrekturgröße ebenfalls als ein Wert angegeben wird, durch den die Bestromungsdauer als solche korrigiert wird.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Soll-Bestromungsdauer und die virtuelle Bestromungsdauer aus einem Injektor-Kennfeld ausgelesen werden, das vorzugsweise über eine Vielzahl von Injektoren gemittelte Werte umfasst. Insbesondere werden die Soll-Bestromungsdauer und die virtuelle Bestromungsdauer vorzugsweise aus demselben Injektor-Kennfeld ausgelesen. Das Injektor-Kennfeld umfasst bevorzugt ebenfalls den Spritzbeginndruck als zusätzlichen Parameter, von dem die in dem Kennfeld hinterlegte Bestromungsdauer abhängt. Insbesondere hängt somit die in dem Injektor-Kennfeld hinterlegte Bestromungsdauer vorzugsweise von der Spritzdauer-Sollgröße, besonders bevorzugt von einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge, sowie von dem Spritzbeginndruck ab.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Spritzdauer-Korrekturgröße gewichtet wird. Die Gewichtung dient insbesondere einer Kompensation von Ausreißern und somit einer gewissen Dämpfung beziehungsweise Verzögerung der Regelung gemäß dem Verfahren, um insbesondere zu vermeiden, dass die Bestromungsdauer aufgrund kurzfristiger Ereignisse in eine Begrenzung geregelt wird. Insofern wird ein durch das Verfahren geregelter zeitlicher Verlauf der Spritzdauer mithilfe der Gewichtung geglättet. Vorzugsweise wird die Spritzdauer-Korrekturgröße bei der Gewichtung unter Beibehaltung des Vorzeichens bezüglich ihres Betrags verringert. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein Gewichtungsfaktor mit der Spritzdauer-Korrekturgröße multipliziert wird. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Gewichtung insbesondere unter Heranziehung eines Gewichtungsparameters möglich. Der Gewichtungsparameter wird vorzugsweise aus einem Kennfeld ausgelesen, welches dessen Werte in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Spritzbeginndruck umfasst. Statt der einzuspritzenden Kraftstoffmenge kann auch ein dieser zugeordneter Sollwert für die Bestromungsdauer als Parameter in dem Kennfeld hinterlegt sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Spritzdauer-Korrekturgröße und/oder die korrigierte Spritzdauer noch anhand eines Wertes korrigiert, der aus einer separaten Korrektur für den Bestromungsbeginn stammt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Korrektur des Bestromungsbeginns keinen Einfluss auf die Korrektur der Bestromungsdauer und somit letztlich auch auf das Bestromungsende der Einspritzung hat.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es für jeden Injektor der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Dabei wird jedem Injektor ein Korrektur-Kennfeld zugeordnet. Für jeden Injektor sind also eigene, injektorindividuelle Spritzdauer-Korrekturgrößen vorzugsweise in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Spritzbeginndruck hinterlegt. Die Injektoren der Brennkraftmaschine werden mithilfe des Verfahrens gleichgestellt. Dabei ist gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass die verschiedenen Injektoren initial, also zum Zeitpunkt eine Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine gleichgestellt werden. 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 eine individuelle Bestromungsdauer derart zugewiesen wird, dass die Spritzdauern der verschiedenen Injektoren gleich sind, wodurch weiterhin die abhängig von einer Sollvorgabe durch die einzelnen Injektoren eingespritzten Kraftstoffmengen gleich sind.
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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 eine 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 die Spritzdauer-Sollgröße bestimmt und mittels der Spritzdauer-Korrekturgröße eine Bestromungsdauer für einen Injektor korrigiert und den Injektor bestromt. Dabei ist es möglich, dass in einer separaten Analyseeinrichtung der Einzelspeicherdruck des Injektors erfasst und anhand des erfassten Drucks die gemessene Spritzdauer bestimmt wird. In diesem Fall wird vorzugsweise ebenfalls in der Analyseeinrichtung eine Spritzdauer-Istgröße anhand der gemessenen Spritzdauer bestimmt. Der Vergleich der Spritzdauer-Sollgröße mit der Spritzdauer-Istgröße sowie das Berechnen der Spritzdauer-Korrekturgröße kann in dem Motorsteuergerät oder alternativ in der separaten Analyseeinrichtung durchgeführt werden. Dabei ist die Analyseeinrichtung bevorzugt mit dem Motorsteuergerät wirkverbunden, sodass insbesondere Daten zwischen den beiden Vorrichtungen austauschbar sind.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Steuerungseinrichtung ist vorgesehen, dass diese lediglich 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 Drucksensor im Bereich des gemeinsamen Hochdruckspeichers wirkverbunden ist, wobei mithilfe dieses Drucksensors 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 besonders bevorzugt 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, Schweröl, Methanol, Ethanol, ein höherer Alkohol, Erdgas, Biogas, Magergas oder Sondergas. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Mithilfe des Einspritzsystems 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 der Bestromungsdauer 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. Im Rahmen der Ausführungsform des Verfahrens wird als eine Spritzdauer-Sollgröße 3 von einem Motorsteuergerät anhand eines Leistungswunsches beziehungsweise einer Last- oder Drehmomentforderung und vorzugsweise auch abhängig von einer aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine eine einzuspritzende Kraftstoffmenge, vorzugsweise als Kraftstoffmasse oder besonders bevorzugt als Kraftstoff-Volumen, bestimmt. Außerdem wird – vorzugsweise im Bereich eines gemeinsamen Hochdruckspeichers von einem Drucksensor – ein Spritzbeginndruck 5 ermittelt. Aus einem Injektor-Kennfeld 7 wird abhängig von der Spritzdauer-Sollgröße 3, hier also von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, und abhängig von dem Spritzbeginndruck 5 eine Soll-Bestromungsdauer 9 ausgelesen. Dabei ist das Injektor-Kennfeld 7 nicht individuell auf einzelne Injektoren hin ausgestaltet, sondern umfasst vielmehr Werte, die im Rahmen einer Mittelung über eine Vielzahl von Injektoren, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa hundert Injektoren, erhalten wurden. Die Soll-Bestromungsdauer 9, die hier für den Injektor 1 bestimmt wird, ist also eine globale Bestromungsdauer, die bei den gleichen Eingangswerten für das Kennfeld 7, nämlich der Spritzdauer-Sollgröße 3 und dem Spritzbeginndruck 5, identisch für alle Injektoren 1 bestimmt wird.
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Die Spritzdauer-Sollgröße 3 und der Spritzbeginndruck 5 gehen parallel auch als Eingangsgröße in ein Korrektur-Kennfeld 11 ein, aus dem eine Spritzdauer-Korrekturgröße 13 abhängig von der Spritzdauer-Sollgröße 3 und dem Spritzbeginndruck 5 ausgelesen wird. Das Korrektur-Kennfeld 11 umfasst injektorindividuelle Korrekturwerte, ist hier also auf den Injektor 1 hin abgestimmt beziehungsweise umfasst die für diesen ermittelten Werte der Spritzdauer-Korrekturgröße 13.
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Die Spritzdauer-Sollgröße 3, mithin die einzuspritzende Kraftstoffmenge und der Spritzbeginndruck 5 werden vor dem Auslesen des Korrekturkennfelds 11 bevorzugt gefiltert. Hierzu sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Übertragungsglieder 15, 17 vorgesehen, wobei die Übertragungsglieder 15, 17 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 15, 17 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 Null oder zu Eins gesetzt werden kann.
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Die Spritzdauer-Korrekturgröße 13 ist hier ein Summand, der in einem Additionselement 19 – mit positivem oder negativem Vorzeichen – zu der Soll-Bestromungsdauer 9 addiert wird. Auf diese Weise wird eine korrigierte Bestromungsdauer 21 berechnet, mit welcher der Injektor 1 angesteuert wird.
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Die in 1 dargestellten Schritte werden vorzugsweise von einer Steuerungseinrichtung 23, insbesondere von dem Motorsteuergerät durchgeführt. Entsprechend ist die Steuerungseinrichtung 23 hier durch eine strichlierte Linie angedeutet.
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2 zeigt ein Blockschaltbild, welches schematisch die Korrektur der Bestromungsdauer im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens darstellt. Dabei ist in 2 insbesondere dargestellt, auf welche Weise die Spritzdauer-Korrekturgröße 13 erhalten wird, beziehungsweise wie das injektorindividuelle Korrekturkennfeld 11 bedatet wird. Hierzu wird entweder durch das Motorsteuergerät oder – wie in 2 dargestellt – durch eine separate Analyseeinrichtung 25 ein Druck in einem Einzelspeicher 4 des Injektors 1 erfasst, nämlich insbesondere als zeitaufgelöster Druckverlauf, wobei anhand des Drucks beziehungsweise des zeitaufgelösten Druckverlaufs eine gemessene Spritzdauer 27 bestimmt wird.
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Anhand der gemessenen Spritzdauer 27 wird aus einem Größen-Kennfeld 29, das als Mengen-Kennfeld, vorzugsweise als Massen-Kennfeld oder als Volumen-Kennfeld, ausgebildet ist, eine Spritzdauer-Istgröße 31 – bei dem dargstellten Ausführungsbeispiel als tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge oder – da diese auf der Grundlage einer Berechnung bestimmt wird – als virtuell eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt wird. Die in dem Größen-Kennfeld 29 hinterlegten Werte für die Spritzdauer-Istgröße 31 hängen vorzugsweise auch von dem Spritzbeginndruck 5 ab, der insoweit ebenfalls beim Auslesen des Größen-Kennfelds 29 berücksichtigt wird. Dabei ist das Größen-Kennfeld 29 ein globales Kennfeld, welches für alle Injektoren 1 gleich ist. Es umfasst bevorzugt Werte, die über eine Vielzahl von Injektoren, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa hundert Injektoren, gemittelt sind.
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Anhand der Spritzdauer-Istgröße 31 wird aus dem Injektor-Kennfeld 7 eine virtuelle Bestromungsdauer 33 ausgelesen, wobei – wie bereits in Zusammenhang mit 1 ausgeführt – das Injektor-Kennfeld 7 die Werte für die Bestromungsdauer in Abhängigkeit von dem Spritzbeginndruck 5 umfasst, der insofern ebenfalls herangezogen wird, um die virtuelle Bestromungsdauer 33 aus dem Injektor-Kennfeld 7 auszulesen. Es wird hier vorzugsweise auf dasselbe Injektor-Kennfeld 7 zugegriffen, welches auch in Zusammenhang mit 1 angesprochen ist. Dies ist möglich, weil hier die Spritzdauer-Istgröße 31 eine tatsächlich beziehungsweise virtuell eingespritzte Kraftstoffmenge darstellt, während in 1 die Spritzdauer-Sollgröße 3 eine einzuspritzende Kraftstoffmenge darstellt.
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Analog zu 1 wird auch in 2 parallel zu der Bestimmung der virtuellen Bestromungsdauer 33 die Soll-Bestromungsdauer 9 aus dem Injektor-Kennfeld 7 anhand der Spritzdauer-Sollgröße 3 und dem Spritzbeginndruck 5 ausgelesen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens werden die Spritzdauer-Sollgröße 3 und die Spritzdauer-Istgröße 31 indirekt miteinander verglichen, indem anhand der Spritzdauer-Sollgröße 3 die Soll-Bestromungsdauer 9 als erste abgeleitete Größe bestimmt wird, wobei aus der Spritzdauer-Istgröße 31 als zweite abgeleitete Größe die virtuelle Bestromungsdauer 33 bestimmt wird.
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Die Soll-Bestromungsdauer 9 wird nun mit der virtuellen Bestromungsdauer 33 verrechnet, wobei in einem Subtraktionselement 35 die virtuelle Bestromungsdauer 33 von der Soll-Bestromungsdauer 9 abgezogen wird. Auf diese Weise wird vorzugsweise als Differenz dieser Werte eine ungewichtete Spritzdauer-Korrekturgröße 37 berechnet, die durch ein Wichtungselement 39 gewichtet wird. Die Gewichtung in dem Wichtungselement 39 ist vorzugsweise parametrierbar, wobei ein Gewichtungsparameter aus einem nicht dargestellten Kennfeld in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Spritzbeginndruck ausgelesen und zur Wichtung herangezogen wird.
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Die Gewichtung in dem Wichtungselement 39 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 Wichtungselements 39 somit bevorzugt verzögert, um Ausreißer kompensieren zu können und zu vermeiden, dass bei Auftreten eines Ausreißers die Regelung unmittelbar beziehungsweise rasch in eine Begrenzung läuft.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zusätzlich noch ein Ergebnis aus einer Berechnung des Bestromungsbeginns hinzuaddiert, um sicherzustellen, dass eine Korrektur des Bestromungsbeginns keinen Einfluss hat auf die Korrektur der Bestromungsdauer.
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Auf diese Weise wird letztlich die Spritzdauer-Korrekturgröße 13 berechnet und in dem injektorindividuellen Kennfeld 11 für den hier betrachteten Injektor 1 abhängig von der Spritzdauer-Sollgröße 3 und dem Spritzbeginndruck 5 abgelegt beziehungsweise gespeichert.
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Auf diese Weise wird das Korrektur-Kennfeld 11 im Laufe des Verfahrens fortwährend neu bedatet, wobei – wie in 1 dargestellt – die stets aktuelle Spritzdauer-Korrekturgröße 13 zur Verfügung steht, um für den Injektor 1 aus der Soll-Bestromungsdauer 9 und der Spritzdauer- Korrekturgröße 13 die korrigierte Bestromungsdauer 21 zu berechnen.
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Es ist möglich, dass alle in 2 dargestellten Schritte – gegebenenfalls bis auf die Bestimmung der Spritzdauer-Sollgröße 3, die von dem Motorsteuergerät bereitgestellt werden kann, in der Analyseeinrichtung 25 durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, dass die in 2 dargestellten Schritte von dem Motorsteuergerät durchgeführt werden, während durch die Analyseeinrichtung 25 lediglich die gemessene Spritzdauer 27 bestimmt wird.
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Schließlich ist es möglich, dass keine separate Analyseeinrichtung 25 vorgesehen ist, sondern dass diese vielmehr quasi in das Motorsteuergerät implementiert ist, sodass die gemessene Spritzdauer 27 ebenfalls von dem Motorsteuergerät berechnet wird.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens und der Steuerungseinrichtung 23 möglich ist, die Bestromungsdauer 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 gleichgestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3126393 A1 [0002]
- DE 102009056381 A1 [0006]
