DE10256240A1

DE10256240A1 - Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10256240A1
Application number: DE10256240A
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-06-09
Also published as: WO2004051065A1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Ansteuerdauer wenigstens eines elektrisch betätigten Injektors die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine über die Laufzeit des wenigstens einen Injektors auftretende Drift der einzuspritzenden Kraftstoffmenge durch Verlängerung der Einspritzdauer kompensiert wird und daß zusätzlich zur Verlängerung der Einspritzdauer der Einspritzbeginn der Einspritzung nach früher verschoben wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine geht beispielsweise aus der DE 199 45 618 A1 hervor. Bei diesem Verfahren wird in bestimmten Betriebszuständen die Mindestansteuerdauer ermittelt, bei der gerade Kraftstoff eingespritzt wird. Ausgehend von einem Startwert wird hierzu die Ansteuerdauer erhöht oder verringert. Die Ansteuerdauer, bei der eine Änderung eines die Einspritzung charakterisierenden Signals auftritt, wird als Mindestansteuerdauer gespeichert.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 102 15 610 geht ein System und ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens von Injektoren hervor bei dem zur Steigerung der Gutausbringung ein Injektormengenabgleich in mehreren Prüfpunkten, vorzugsweise in 4 Prüfpunkten, nämlich bei der Voreinspritzung im Leerlaufbetrieb, am Emissionspunkt und im Vollastbetrieb vorgenommen wird.
Dieser Injektormengenabgleich ist erforderlich, da derartige Injektoren aufgrund ihrer mechanischen Fertigungstoleranzen unterschiedliche Mengenkennfelder besitzen. Unter einem Mengenkennfeld ist die Beziehung zwischen Einspritzmenge, Rail-Druck und Ansteuerzeit zu verstehen. Dies hat zur Folge, daß trotz elektrisch definierter Steuerung jeder einzelne Injektor den Verbrennungsraum mit unterschiedlichen Kraftstoffmengen füllt.
Um nämlich einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch unter Einhaltung strenger Abgasnormen zu erreichen, dürfen die Injektoren im Betrieb nur sehr geringe Toleranzen im Hinblick auf die Einspritzmenge aufweisen. Diese geforderten geringen Toleranzen können aufgrund der mechanischen Fertigungstoleranzen nicht eingehalten werden. Um dennoch eine definierte Einspritzmenge bei den Injektoren sicherzustellen, werden die Injektoren nach der Fertigung an charakteristischen Arbeitspunkten oder Prüfpunkten auf ihre Einspritzmenge vermessen und in Klassen eingeordnet. Die jeweilige Klasse muß im Betrieb der Brennkraftmaschine dem Motor-Steuergerät bekannt sein, so daß die Steuerung an die speziellen Merkmale der Klasse injektorspezifisch angepaßt werden kann. Die Klasseninformationen werden auf dem Injektor gespeichert, beispielsweise durch verschiedene Codierung, wie etwa Barcode, durch Widerstände am Injektor oder durch Klartext auf dem Injektor.
Darüber hinaus ist es möglich, daß in den Injektoren elektronische Speichermöglichkeiten vorgesehen sind, in welchen beispielsweise die Klasseninformation gespeichert ist. Das Steuergerät kann diese Werte über eine Schnittstelle aus dem Injektor auslesen und im Folgebetrieb nutzen.
Bei den hier betroffenen Injektoren, insbesondere bei Common-Rail-Injektoren ist nun über die Lebensdauer eine Mengendrift zu beobachten, die individuell bei jedem Injektor unterschiedlich ausgeprägt ist und beispielsweise vom Lastprofil oder vom Injektortyp abhängt. Diese Mengendrift wirkt sich nachteilig in bezug auf einen geringen Kraftstoffverbrauch, auf die Einhaltung strenger Abgasnormen wie auch nachteilig in bezug auf beispielsweise den Geräuschpegel der Brennkraftmaschine aus.
Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen zur Korrektur der Einspritzmengen der Injektoren wird bereits eine deutliche Verbesserung des Geräuschpegels der Brennkraftmaschine, der Abgaswerte wie auch des Kraftstoffverbrauchs erzielt. Umfangreiche Versuchsreihen haben jedoch gezeigt, daß die hier betroffenen Injektoren, beispielsweise Common-Rail-Injektoren ihr Einspritzverhalten im Laufe der Zeit ändern und eine Einhaltung von in der Zukunft geforderten noch engeren Abgasgrenzwerten durch derartige Maßnahmen zur Kompensation des Einflusses von Mengendriften nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß auch laufdauerbedingte Änderungen des Einspritzverhaltens, z.B. Einspritzmengendrifts berücksichtigt werden und so zukünftige engere Abgasgrenzwerte eingehalten werden können.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Grundgedanke der Erfindung ist es, zusätzlich zur Variation der Einspritzdauer auch den Einspritzbeginn der Einspritzung zu variieren. Umfangreiche Versuche der Anmelderin haben nämlich gezeigt, daß nicht nur eine zunehmende Abnahme der Einspritzmenge bei einer vorgegebenen Ansteuerdauer der Injektoren auftritt. Es tritt vielmehr über deren Lebensdauer auch eine Verschiebung des Einspritzbeginns nach später auf. Dabei hat es sich gezeigt, daß die Verminderung der Einspritzmenge und die Verschiebung des Einspritzbeginns in einem Zusammenhang zueinander stehen. Dieses Verhalten zeigen insbesondere Common-Rail-Injektoren.
Die Erfindung geht von dieser Erkenntnis aus und verlängert nicht nur die Einspritzdauer, sondern verschiebt zusätzlich auch den Einspritzbeginn nach früher.
Vorzugsweise werden dabei die Zeiten, um die der Einspritzbeginn nach früher verschoben wird, d.h. die Spritzbeginnkorrektur, in Abhängigkeit von den Werten der Verlängerung der Einspritzdauer, d.h. in Abhängigkeit der Ansteuerkorrektur bestimmt.
Diese Bestimmung erfolgt auf der Basis von bauspezifischen Daten der Injektoren.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, daß die Zeit, um die der Einspritzbeginn nach früher verschoben wird, die Spritzbeginnkorrektur, im wesentlichen halb so groß gewählt wird, wie die Ansteuerdauerkorrektur, d.h. die Zeit, um die die Einspritzdauer verlängert wird. Dieser Wert trägt dem Verhältnis der Größe der Ablaufdrossel zu der Größe der Zulaufdrossel heute üblicher Injektoren für Brennkraftmaschinen Rechnung.
Um die Werte der Verlängerung der Einspritzdauer bzw. der Verschiebung des Einspritzbeginns über die Lebensdauer der Injektoren zu ermitteln, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß die Ansteuerdauerkorrektur sowie Spritzbeginnkorrektur in Dauerläufen der Injektoren ermittelt werden.
Vorzugsweise werden die Ansteuerdauerkonektur und die Spritzbeginnkorrektur in wenigstens einem Kennfeld gespeichert. Sie sind so später im Betrieb jederzeit leicht abrufbar.
Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils eines aus dem Stand der Technik bekannten Common-Rail-Systems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt;
2 schematisch die Haupteinspritzmenge über der Ansteuerdauer eines Injektors und
3 die Ansteuerspannung, der Leitungsdruck und der Einspritzverlauf eines Injektors über der Zeit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist der Hochdruckteil eines Common-Rail-Speichereinspritzsystems dargestellt, wobei im folgenden lediglich die Hauptkomponenten und solche Komponenten näher erläutert werden, welche für das Verständnis vorliegender Erfindung wesentlich sind.
Die Anordnung umfaßt eine Hochdruckpumpe 10, welche über eine Hochdruckleitung 12 mit dem Hochdruckspeicher ("Rail") 14 in Verbindung steht. Der Hochdruckspeicher 14 ist über weitere Hochdruckleitungen mit Injektoren 18 verbunden. In der vorliegenden Darstellung sind eine Hochdruckleitung 16 und ein Injektor 18 gezeigt. Der Injektor 18 ist in eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingebaut. Das dargestellte System wird von einem Motor-Steuergerät 20 gesteuert. Durch das Motor-Steuergerät 20 erfolgt insbesondere eine Steuerung des Injektors 18.
An dem Injektor 18 ist eine Einrichtung 22 zum Speichern von Informationen vorgesehen, welche sich individuell auf den Injektor 18 beziehen. Die Informationen, welche in der Einrichtung 22 gespeichert sind, können von dem Motor-Steuergerät 20 berücksichtigt werden, so daß eine individuelle Steuerung eines jeden Injektors 18 erfolgen kann. Vorzugsweise handelt es sich bei den Informationen um Korrekturwerte für das Mengenkennfeld des Injektors 18. Die Einrichtung 22 zum Speichern der Informationen kann beispielsweise als Datenspeicher oder auch als einer oder mehrere elektrische Widerstände, als Barcode, durch alphanumerische Verschlüsselung oder dergleichen oder auch durch eine an dem Injektor 18 angeordnete integrierte, Halbleiterschaltung realisiert sein. Das Motor-Steuergerät 20 kann ebenfalls eine integrierte Halbleiterschaltung zur Auswertung der in der Einrichtung 22 gespeicherten Informationen aufweisen.
Die von jedem Injektor 18 zugemessene Einspritzmenge ist in Abhängigkeit von dem Raildruck in einem in dem Motor-Steuergerät 20 gespeicherten Kennfeld festgelegt, wobei das Kennfeld aufgrund mehrerer Prüfpunkte (Voreinspritzung, Leerlauf, Emissionspunkt, Vollast), die unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine entsprechen, ermittelt wird. An diesen Prüfpunkten wird jeweils ein Mengenabgleich auf an sich bekannte und aus der DE 102 15 610 hervorgehende Weise vorgenommen. Die Ein spritzmenge wird durch die Einspritzdauer des Injektors 18 bestimmt, das heißt die Zeit, die zwischen dem Einspritzbeginn und dem Einspritzende vergeht.
Um eine Kraftstoffmengenzumessung im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine und des Injektors 18 zu ermöglichen, werden die Abgleichwerte zwischen den durch die Prüfpunkte definierten Stützstellen interpoliert.
Über die Lebensdauer der Injektoren 18 ist nun eine Mengendrift dahingehend zu beobachten, daß sich über die Lebensdauer der Injektoren 18 die ursprünglich durch Festlegung des Einspritzbeginns und der Einspritzdauer festgelegte Einspritzmenge verändert.
So ändert sich die bei einer vorgegebenen Ansteuerdauer eingespritzte Einspritzmenge. Wie beispielsweise aus 2, in welcher die Haupteinspritzmenge über der Ansteuerdauer eines Injektors über dessen Lebensdauer dargestellt ist, verringert sich die Haupteinspritzmenge mit zunehmender Lebensdauer des Injektors. eine Kompensation erfolgt nun beispielsweise bei einer Ansteuerdauer von 0,5 ms dadurch, daß die Ansteuerdauer t um ungefähr Δt = 80 μs verlängert wird. Durch diese Verlängerung wird bei einem Injektor, der eine Laufzeit von 100 oder auch 450 Betriebsstunden aufweist, die gleiche Haupteinspritzmenge erzielt wie bei einem Injektor der 0 Betriebsstunden Laufzeit aufweist.
Mit der Verringerung der Haupteinspritzmenge, die durch eine Verlängerung der Ansteuerdauer kompensiert wird, ist nun mit zunehmender Laufdauer auch eine Verschiebung des Einspritzbeginns zu späteren Zeitpunkten hin zu beobachten. In 3 sind die Ansteuerspannung, der Leitungsdruck und der Einspritzverlauf über der Zeit dargestellt. Der in 3 oben dargestellte Kurvenverlauf zeigt das Öffnen und Schließen des Injektors. Der Injektor wird etwa bei 0,1 ms geöffnet und bei 0,6 ms wieder geschlossen. Hierbei stellt sich ein in der untersten Kurve dargestellter Einspritzverlauf ein, welcher wiederum zu einem Leitungsdruck führt, der in der mittleren Kurve dargestellt ist. Mit zunehmender Lebensdauer des Injektors verschiebt sich der Einspritzbeginn der Injektoren hin zu späteren Zeitpunkten. Eine Kompensation erfolgt dadurch, daß der Einspritzbeginn durch das Steuergerät 20 zu früheren Zeitpunkten verschoben wird. Wie in 3 dargestellt, wird der Einspritzbeginn etwa um ungefähr 40 μs zu früheren Zeitpunkten hin verschoben (Δt = 40 μs). Dieser Wert entspricht im wesentlichen dem halben Wert der Verlängerung der Einspritzdauer. Das Verhältnis der Verlängerung der Einspritzdauer (Ansteuerdauerkorrektur) zu dem Verschieben des Einspritzbeginns nach früher (Spritzbeginnkorrektur) wird dabei im wesentlichen durch die Bauart des Injektors bestimmt. Die in 2 und 3 dargestellten Kurvenverläufe wurden an an sich bekannten Common-Rail-Injektoren für Dieselbrennkraftmaschinen gemessen.
Durch eine systematische Auswertung von Dauerläufen kann mit derartigen Messungen ein Korrekturkennfeld erstellt werden, mit dessen Hilfe aufgrund der ermittelten Ansteuerdauerkorrektur die Spritzbeginnkorrektur ermittelt werden kann.
Das Korrekturkennfeld kann rein prinzipiell auch dadurch ermittelt werden, daß an den vorerwähnten vier Prüfpunkten Leerlauf, Voreinspritzung, Emissionspunkt und Vollast des Injektormengenabgleichs die Ansteuerdauerkorrektur sowie die Spritzbeginnkorrektur ermittelt werden und aufgrund von Interpolationen und Extrapolationen auf das gesamte Kennfeld geschlossen wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Ansteuerdauer wenigstens eines elektrisch betätigten Injektors die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine über die Laufzeit des wenigstens einen Injektors auftretende Drift der einzuspritzenden Kraftstoffmenge durch Verlängerung der Einspritzdauer kompensiert wird und daß zusätzlich zur Verlängerung der Einspritzdauer der Einspritzbeginn der Einspritzung nach früher verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, um die der Einspritzbeginn nach früher verschoben wird (Spritzbeginnkorrektur), in Abhängigkeit von der Zeit der Verlängerung der Einspritzdauer (Ansteuerdauerkorrektur) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzbeginnkorrektur auf der Basis von bauspezifischen Daten des wenigstens einen Injektors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzbeginnkorrektur im wesentlichen halb so groß gewählt wird wie die Ansteuerdauerkorrektur.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerkorrektur sowie die Spritzbeginnkorrektur in Dauerläufen der Injektoren ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerdauerkorrektur und die Spritzbeginnkorrektur in wenigstens einem Kennfeld gespeichert werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Injektoren Common-Rail-Injektoren verwendet werden.