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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kraftstoffzumesseinheit in einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren wird insbesondere dazu eingesetzt, eine Korrektur der Ansteuerdauer der Kraftstoffzumesseinheit durchzuführen.
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Stand der Technik
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In Brennkraftmaschinen werden über einen Verbrennungsvorgang die chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Energie gewandelt. Zuvor wird der Kraftstoff oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennräume, die Zylinder, der Brennkraftmaschine eingespritzt.
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Zum Einspritzen des Kraftstoffs bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Brennräume werden Einspritzsysteme verwendet. Ein weithin bekanntes Einspritzsystem ist das Common-Rail-Einspritzsystem, das über einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich verfügt und sich durch eine vollständige Trennung der Druckerzeugung vom eigentlichen Einspritzvorgang auszeichnet.
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In Dieselmotoren werden Dieseleinspritzanlagen eingesetzt, die dazu dienen, ein möglichst homogenes, brennbares Gemisch zu erzeugen, das in die Brennräume, die Zylinder, eingespritzt wird. Hierzu wird unter Überdruck stehender Dieselkraftstoff mit Hilfe eines gesteuerten Ventils und einer Zerstäubungsdüse mit stark erhitzendem Gas vermischt.
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Bei modernen Dieselmotoren werden Piloteinspritzungen der eigentlichen Haupteinspritzung vorgelagert. Unter einer Piloteinspritzung ist eine Voreinspritzung zu verstehen, bei der bereits geringe Dieselmengen in die Brennräume geblasen und gezündet werden, damit die spätere, durch die Haupteinspritzung bewirkte Kraftstoffexplosion sanfter abläuft. Auf diese Weise sollen Abgasemissionen gesenkt und Geräuschentwicklungen zur Steigerung des Komforts verringert werden.
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Zu beachten ist, dass die genaue Zuteilung der Menge dieser Piloteinspritzungen in jedem Zylinder maßgeblich für Geräusch und Emissionen ist. Zur Bestimmung dieser Menge werden Kraftstoffzumesseinheiten eingesetzt. Um die genaue Zuteilung dieser Kleinstmengen über die Lebenszeit zu gewährleisten und eine ggf. auftretende Drift zu kompensieren, wird eine Korrekturfunktion, benutzt, die im Folgenden mit aZFC (advanced Zero Fuel Calibration) bezeichnet wird.
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Zur verlässlichen Ermittlung der notwendigen injektorabhängigen Veränderung der Ansteuerdauer benötigt diese Funktion u. a. eine präzise Signalantwort basierend auf dem Drehzahlsignal bei Testeinspritzungen mit verschiedenen Mengen.
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Zu beachten ist, dass bei der aZFC-Funktion prinzipiell Testeinspritzungen im Schub durchgeführt und dabei die Reaktion auf dem Drehzahlsignal gemessen werden. Dabei ergeben sich folgende Probleme:
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Es kann durch mechanische Störeinflüsse, wie bspw. Fahrbahnunebenheiten, geometrische Auslegung der Übertragungskette usw., die Reaktion des Drehzahlsignals auf die Testeinspritzungen unterschiedlich ausfallen. Damit ist eine Streuung der Signalantworten gegeben. Die Bestimmung der präzisen Korrektur wird durch eine unpräzise Ermittlung des Gradienten der Regressionsgeraden für Δ Ansteuerdauer = f (Δ Signalantwort) erschwert. Dies führt dazu, dass die Bandbreite der Testeinspritzungen der Streuung angepasst werden muss.
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Weiterhin werden hierbei pro Lernpunkt der Funktion Testeinspritzungen mit Mengen unterhalb und oberhalb dieses Lernpunktes durchgeführt. Die Bandbreite der dafür benötigten Mengen kann in bestimmten Betriebspunkten zu ungewollten Verbrennungsgeräuschen führen, die bei ungünstigen Brennkammergeometrien und/oder akustischen Fahrzeugauslegung den Geräuschkomfort beeinträchtigen können.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 002 482 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Kraftstoffzumesssystems bekannt, bei dem ein Injektor mit einer ersten Testeinspritzung mit einer ersten Einspritzmenge und mit wenigstens einer zweiten Testeinspritzung mit einer von der ersten Einspritzmenge abweichenden zweiten Einspritzmenge angesteuert wird. Auf Grundlage eines ersten und zweiten Messsignals und einer ersten und zweiten Mindestansteuerdauer wird eine Regressionsberechnung durchgeführt. Mit dem in der Druckschrift vorgestellten Verfahren soll bei der Nullmengenkalibrierung die für das Lernen eines Kalibrierwerts benötigte Zeit verringert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Das Verfahren, das bspw. im Kraftfahrzeug durchgeführt wird, dient zum Kalibrieren einer Kraftstoffzumesseinheit einer Einspritzanlage in einer Brennkraftmaschine. Unter Kalibrieren versteht man die Feststellung der Abweichung der Anzeige eines Messgeräts bzw. einer Messung zu einem als Normal bezeichneten Messgerät und die Berücksichtigung dieser Abweichung zur Verwendung bei späteren Messungen.
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Zur Ermittlung von Messwerten werden Drehzahlsignalantworten aus Testeinspritzungen verwendet, bspw. unter Zuhilfenahme einer aZFC-Funktion. So werden eine Anzahl von Messreihen ermittelt, die jeweils eine Anzahl von Messpunkten, die die Messwerte repräsentieren, umfassen. Für jede Messreihe wird dann eine Regressionsgerade ermittelt. Anhand jeder der Regressionsgeraden wird dann jeweils eine Bewertung der Messpunkte der betreffenden Messreihe durchgeführt. Abschließend wird unter Berücksichtigung dieser Bewertung eine Gesamtregressionsgerade ermittelt.
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Somit gehen in die Gesamtbetrachtung nur Werte ein, die ein Kriterium hinsichtlich der Verlässlichkeit dieser Werte erfüllen. Werte, die physikalisch nicht sinnvoll sind, werden nicht berücksichtigt.
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Mit dem vorgestellten Verfahren ist es möglich, zumindest in einigen der Ausführungsformen, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden und dabei auch erschwerten Betriebsbedingungen und Anforderungen genüge zu leisten. Insbesondere wird durch das vorgestellte Verfahren eine geringere Abhängigkeit von der Streuung der Signalantwort erzielt sowie eine Verringerung der Mengen der Testeinspritzungen ermöglicht.
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Dabei wird eine zutreffendere und verlässlichere Kleinstmengenkorrektur bei streuenden Signalen erreicht. Gleichzeitig wird, da eine geringere Menge vorliegt, eine Geräuschsenkung gegenüber bekannten Verfahren erreicht.
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Da geringere Mengen bei den Testeinspritzungen erforderlich sind, können Komfortbeeinträchtigungen, bspw. durch störende Geräusche, vermindert werden. Weiterhin wird eine geringe Empfindlichkeit der Funktion gegenüber Streuungen der Drehzahlsignalantwort erreicht, so dass gegenüber bekannten Verfahren Störeinflüsse einen wesentlich geringeren Einfluss auf die Genauigkeit der Korrektur ausüben.
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Bisher wurden bei der Funktion zur Ermittlung der Regressionsgeraden alle Drehzahlsignalantworten aus den Testeinspritzungen herangezogen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren hingegen wird eine Auswahl bzw. Selektion der zu verwendenden Punkte durchgeführt. Ziel ist es, alle Punkte geringerer Qualität aus der Berechnung der Gesamtregressionsgeraden zu entfernen. Bei bekannten Verfahren hingegen werden dazu alle gemessenen Punkte ungeachtet eines Qualitätskriteriums verwendet.
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Ein mögliches Kriterium für die Beurteilung der Messwerte und damit ggf. für den Verwurf einzelner Messwerte oder gar einer ganzen Messreihe, die im folgenden auch als Zähler bezeichnet wird, ist bei einer Ausführung der Gradient, der durch die Messpunkte des aktuellen Zählers definierten Regressionsgeraden bestimmt ist. Ist dieser Gradient geringer als eine kalibrierbare Schwelle, d. h. ist die Regressionsgerade zu flach oder gar negativ, geht man davon aus, dass es keine klare Abhängigkeit der Ansteuerdauerkorrektur von der Signalantwort gibt und verwirft einzelne Messpunkte oder den Zähler aus dem Speicher und damit aus der weiteren Berechnung. Dies bedeutet, dass bei der kontinuierlichen Ermittlung der Regressionsgeraden aus allen Zählern nur die Punkte übrig bleiben, deren Aussagekraft als verlässlich bezeichnet werden kann.
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Unter einer Regressionsgeraden ist eine Gerade zu verstehen, die Datenpunkte bzw. Messpunkte einer Messreihe möglichst gut approximiert. Der Vorgang wird auch als lineare Approximation bezeichnet. Die Messreihen bei dem Verfahren umfassen jeweils Messpunkte in einem vergleichbaren Messbereich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erste und eine zweite Messreihe mit Messpunkten, die eine Signalantwort aus der aZFC-Funktion über der Ansteuerdauer darstellen zusammen mit einer zugeordneten Regressionsgeraden.
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2 zeigt eine dritte und eine vierte Messreihe mit Messpunkten, die eine Signalantwort aus der aZFC-Funktion über der Ansteuerdauer darstellen zusammen mit einer zugeordneten Regressionsgeraden.
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3 zeigt eine Zusammenschau der Messpunkte der ersten, zweiten, dritten und vierten Messreihe zusammen mit einer zugeordneten Regressionsgeraden.
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4 zeigt eine Zusammenschau der Messpunkte der dritten und vierten Messreihe zusammen mit einer zugeordneten Regressionsgeraden
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Um die Funktionsweise der vorgeschlagenen Strategie zu veranschaulichen, werden einige Zwischenschritte bei der Ermittlung der Regressionsgeraden (Δ Ansteuerdauer = f(Δ Signalantwort)) separat betrachtet.
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Betrachtet man die Punkte der einzelnen Zähler gesondert und bildet man deren Regressionsgeraden allein aus dem jeweiligen Zähler, so ergibt sich bei einem Messbeispiel mit 4 Zählern folgende Zusammenstellung:
1 zeigt in einem ersten Graphen eine erste Messreihe 10 und in einem zweiten Graphen eine zweite Messreihe 12. Dabei zeigen die beiden Messreihen 10, 12 Messpunkte und zwar Signalantworten aus der aZFC-Funktion über der Ansteuerdauer.
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Die erste Messreihe 10 umfasst fünf Messpunkte 14, diese werden durch eine erste Regressionsgerade 16, die eine negative Steigung aufweist, approximiert. Ebenso umfasst die zweite Messreihe 12 fünf Messpunkte 18, die durch eine zweite Regressionsgerade 20, die eine negative Steigung aufweist, approximiert sind.
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2 zeigt in einem dritten Graphen eine dritte Messreihe 30 und in einem vierten Graphen eine vierte Messreihe 32. Dabei zeigen die beiden Messreihen 30, 32 Messpunkte und zwar Signalantworten aus der aZFC-Funktion über der Ansteuerdauer.
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Die dritte Messreihe 30 umfasst fünf Messpunkte 34, diese werden durch eine dritte Regressionsgerade 36, die eine positive Steigung aufweist, approximiert. Ebenso umfasst die vierte Messreihe 32 fünf Messpunkte 38, die durch eine zweite Regressionsgerade 40, die eine positive Steigung aufweist, approximiert sind.
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Aufgrund einer Störung des Signals ergeben sich aus den beiden ersten Messreihen 10, 12 aus einer Zunahme der Injektoransteuerdauer (x-Achse), die gleichbedeutend ist mit einer Zunahme der Testeinspritzmenge ist, eine abnehmende Signalantwort (y-Achse) aus der Testeinspritzung. Dieses Verhalten widerspricht den physikalischen Gegebenheiten.
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Nach der vierten Messreihe würde die aktuelle Strategie eine Regressionsgerade mit allen Punkten ermitteln, die eine sehr flache Steigung der Gesamtregressionsgerade zur Folge hätte, d. h. für ein sehr geringes Δ Signalantwort würde sich ein sehr großes Δ Ansteuerdauer, wie dies in 3 dargestellt ist, ergeben. Zusätzlich würde dadurch diese berechnete Korrektur (Δ Ansteuerdauer = Δ Menge) zu einem starken Verbrennungsgeräusch führen.
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3 zeigt eine Zusammenschau 44 der Messpunkte der ersten bis vierten Messreihe 10, 12, 30, 32. Diesen Messpunkten wird durch Approximation eine Regressionsgerade 46 zugeordnet, die eine niedrige Steigung aufweist.
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Werden nunmehr die Messpunkte aus der ersten und zweiten Messreihe 10, 12 aus der Gesamtmessung entfernt bzw. gelöscht, da deren Gradienten bzw. die Steigung der zugeordneten Regressionsgeraden einen geringeren Wert aufweisen bzw. aufweist als eine kalibrierbare Schwelle, so ergibt sich die in 4 gezeigte Zusammenschau:
Die Wahl der Schwelle ergibt sich bspw. aus dem Verhalten eines Referenzinjektors in einem Referenzsystem, d. h. einem Motor, ohne Störeinflüsse auf das Signal. Wahlweise kann auch die Steigerungsschwelle aus dem Injektorkennfeld, Menge = f(Ansteuerdauer), am Pumpenprüfstand ermittelt werden.
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4 zeigt eine Zusammenschau 50 der Messpunkte 34 der dritten Messreihe 30 und der Messpunkte 38 der vierten Messreihe 32. Durch Approximation wird eine den Messpunkten 34 und 38 zugeordnete Gesamtregressionsgerade 58 ermittelt.
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Werden somit bei der Bestimmung der Gesamtregressionsgeraden 58 nur die Punkte aus der dritten und vierten Messreihe 30 und 32 verwendet, die beide dem Gütekriterium eines Gradienten, das durch eine kalibrierbare Schwelle definiert sein kann, genügen, so ergibt sich das in 4 dargestellte Gesamtbild.
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In 4 sind noch eine Referenzansteuerdauer 60 und eine aus der Gesamtregressionsgeraden 58 berechnete Ansteuerdauer 62 eingetragen, die sich aus der gemessenen Signalantwort 64 und der Referenzsignalstärke 66 ergeben. Daraus wiederum lässt sich eine Ansteuerdauerkorrektur 68 ermitteln.
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Die sich hier einstellende Gesamtregressionsgerade 58 weist einen wesentlich "unempfindlichen" Gradienten auf, der eine klare Zuordnung zwischen Δ Ansteuerdauer und Δ Signalantwort liefert, denn Δ Ansteuerdauer entspricht einem Δ Menge. Die Korrektur der Ansteuerdauer wird verlässlicher, was eine Reduzierung des Motorgeräuschs bewirkt.
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Das Verfahren zeichnet sich somit durch die Möglichkeit aus, die Menge für die Testeinspritzungen des Lernpunktes zu reduzieren sowie dessen benachbarte Punkte zur Bestimmung der Regressionsgeraden oberhalb und unterhalb mit geringem Mengenabstand durchzuführen. Dies lässt sich indirekt durch eine Messung mit einer Stromzange oder mittels Indiziertechnik am Motor nachweisen.
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Als Besonderheit des Vorschlags zählt auch die geringe Streuung oder Instabilität der Korrekturwerte für die Piloteinspritzungen, die ebenso mittels Stromzangen oder mit Indiziertechnik am Motor nachgewiesen werden kann. Diese Besonderheit kommt auch zum Tragen, wenn das Drehzahlsignal Störungen enthält.
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Die Benutzung des vorgeschlagenen Verfahrens setzt die Verwendung der Methode der Bestimmung einer Regressionsgeraden voraus, die ein Spezifikum der aZFC-Funktion ist. Ist die Strategie zur Bestimmung der Injektordriftkorrekturen anderer Funktionen bekannt, so ist schnell eine Aussage darüber möglich, ob das Verfahren verwendet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008002482 A1 [0011]
