DE10317684B4

DE10317684B4 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10317684B4
Application number: DE2003117684
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Juergen Pantring; Andreas Roth; Guido Porten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: DE10317684A1; JP4537098B2; FR2853936A1; ITMI20040581A1; JP2004316643A

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei während des Betriebs eine Ansteuerung von mindestens einem Einspritzventil der Brennkraftmaschine nach Maßgabe durch eine das individuelle Verhalten des verwendeten Einspritzventils repräsentierende Durchfluss zu Ladungsmenge-Kennlinie erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechnen der Durchfluss zu Ladungsmenge-Kennlinie eine Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil (i) ermittelt wird, indem eine Ladung, mit der das individuelle Einspritzventil (i) angesteuert wird, gegenüber einer Referenzladung (Qref) um einen vorbestimmten Betrag (ΔQ) verändert wird und eine aus der Veränderung der Ladung (ΔQ) resultierende Veränderung eines Lambda-Wertes (Δλ) bei der Brennkraftmaschine erkannt wird, und die Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil (i) aus der Veränderung der Ladung (ΔQ) und der Veränderung des Lambda-Wertes (Δλ) berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und insbesondere zur Ansteuerung von deren Einspritzventilen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben der Brennkraftmaschine sowie ein Computerprogramm für ein derartiges Steuergerät.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Verfahren zur Mengenfehlerkompensation von Einspritzventilen von Brennkraftmaschinen grundsätzlich bekannt, zum Beispiel aus der DE 100 11 690 C2 oder der DE 100 12 025 A1 . Die aus diesen Druckschriften bekannten Verfahren beziehen sich insbesondere auf die Adaption von Mengentoleranzen bei Kraftstoff-Hochdruckeinspritzventilen bei Schichtbetrieb (λ > 1) der Brennkraftmaschine; sie sind universell, das heißt bei Kraftstoffeinspritzventilen unterschiedlicher Bauart und Funktionsweise anwendbar.
Die WO 01/11 228 A1 zeigt ein Verfahren zum Zumessen von Brennstoff mit einem Einspritzventil für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, bei dem durch Variation eines Steuersignals für das Einspritzventil ein Ventilhub variiert wird, wobei sich bei einem festen Ventilhub nach kurzer Zeit ein statischer Brennstofffluss ergibt. In einer Messreihe mit unterschiedlichen Ventilhüben, d. h. mit unterschiedlichen Steuersignalen, wird dann eine Funktion einer Kraftstoffmenge zum entsprechenden Steuersignal ermittelt. Gemäß dieser Funktion wird das Einspritzventil im Wirkbetrieb betrieben.
Die DE 101 63 894 A1 zeigt ein Verfahren zur Dosierung einer Kraftstoffmenge für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen, wobei bei einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine in einen jeweiligen Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge als eine Ist-Kraftstoffmenge ermittelt wird. Aus den Ist-Kraftstoffmengen der einzelnen Brennräume wird ein Mittelwert gebildet, wobei ein Differenzwert zwischen dem ermittelten Mittelwert zu einer Soll-Kraftstoffmenge bestimmt wird. Im Wirkbetrieb wird die aktuelle Einspritzung in jedem Brennraum um den Differenzwert auf die Soll-Kraftstoffmenge eingestellt.
Die WO 2003/006 810 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem im Rahmen einer internen Versuchsreihe die Lambda-Werte des Abgases zu den entsprechenden Einspritzmengen eines jeden Brennraums ermittelt wird. Dabei werden Korrekturwerte für die Einspritzmengen jedes Brennraums bestimmt, die anschließend zum Abgleich der Einspritzmengen herangezogen werden.
Die JP 2002-039 000 A zeigt eine Steuervorrichtung mit Lambda-Regelung, bei der eine Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von einem von einer Lambda-Sonde erzeugten Signal gesteuert wird. Die JP 2002-021 620 A (entspricht EP 1 139 448 A1 ) zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mithilfe eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Element.
Im Hinblick auf zukünftige Brennkraftmaschinen mit optimierter Strahlführung sind Kraftstoff-Hochdruckeinspritzventile entwickelt worden, bei denen der Durchfluss beziehungsweise die in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge über die Einspritzzeit ti und/oder über den Nadelhub NH des Einspritzventils i gesteuert wird. Ein gewünschter Nadelhub NH wird bei diesen Hochdruckeinspritzventilen für eine gewünschte Einspritzzeit ti dadurch eingestellt, dass eine entsprechende erforderliche Ladungsmenge auf sie aufgebracht wird. Die für eine gewünschte Ansteuerung erforderliche Ladungsmenge wird im Einzelfall anhand einer in einem Steuergerät zur Ansteuerung der Einspritzventile hinterlegten Referenzkennlinie berechnet. Bei dieser Referenz-Kennlinie ist der Durchfluss D über der aufzubringenden Ladung Q aufgetragen.
Eine derartige D(Q)-Referenz-Kennlinie NH_Ref ist in 2 dargestellt. Diese hinterlegte Referenz-Kennlinie repräsentiert entweder das Verhalten eines ausgewählten Referenzventils oder aber das durchschnittliche Verhalten einer Vielzahl von produzierten Hochdruckeinspritzventilen desselben Typs. Sie kann deshalb von dem Verhalten einzelner produzierter und verwendeter Einspritzventile des gleichen Typs abweichen. Derartige abweichende Kennlinien sind in 2 mit dem Bezugszeichen NH1 oder NH2 dargestellt. Die in den einleitend genannten Druckschriften beschriebenen Verfahren zur Adaption von Mengentoleranzen bei Hochdruckeinspritzventilen lassen die beschriebenen Unterschiede zwischen dem durchschnittlichen und dem individuellen Verhalten von Hochdruckeinspritzventilen, die ebenfalls Ursache für Ungenauigkeiten bei der Zumessung von Kraftstoff sein können, außer Acht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Steuergerät und ein Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine so auszubilden, dass mit ihnen eine erhöhte Genauigkeit bei der Zumessung von Kraftstoff durch Hochdruckeinspritzventile bei Brennkraftmaschinen realisierbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Ansteuerung von mindestens einem Einspritzventil der Brennkraftmaschine nach Maßgabe durch eine das individuelle Verhalten des Einspritzventils repräsentierende Durchfluss/Ladungsmenge-Kennlinie erfolgt.
Vorteile der Erfindung
Durch die Berücksichtigung dieser individuellen Kennlinie ist im Vergleich zum Stand der Technik, wo lediglich eine das durchschnittliche Verhalten von Einspritzventilen gleichen Typs repräsentierende Kennlinie verwandt wurde, eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit bei der Zumessung von Kraftstoff realisierbar. Diese erhöhte Zumessgenauigkeit ermöglicht auch den zukünftig geplanten Einsatz von strahlgeführten Brennverfahren für den Betrieb der Brennkraftmaschine, die sich durch eine verringerte Abgasemission und einen verringerten Verbrauch gegenüber herkömmlichen Verfahren auszeichnen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuergerät zum Steuern einer Brennkraftmaschine sowie durch ein Computerprogramm für ein derartiges Steuergerät gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Steuergerätes und Computerprogramms entsprechen den oben unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren genannten Vorteilen.
Zeichnungen
Der Beschreibung sind drei Figuren beigefügt, wobei
1 das erfindungsgemäße Verfahren;
2 verschiedene Durchfluss zu Ladungsmengen-Kennlinien für ein Hochdruckeinspritzventil; und
3 ein Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend in Form von verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
Genauer gesagt ist in 1 ein Verfahren zur Berechnung der Steigung einer Durchfluss zu Ladungsmenge-Kennlinie für ein individuell verwendetes Hochdruckeinspritzventil einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei beschreibt die Steigung k_i das Verhältnis von Durchfluss zu der auf das Einspritzventil aufzubringenden Ladung, um den gewünschten Nadelhub NH beziehungsweise Durchfluss zu erzielen. Für die Ermittlung dieser Steigung wird die Brennkraftmaschine zunächst in dem sogenannten Homogenbetrieb, das heißt zum Beispiel bei λ = 1 betrieben (Verfahrensschritt a)).
Es wird dann in einem nachfolgenden Schritt b) ein sogenannter Adaptionsbereich festgelegt, innerhalb dessen ein Referenz-Betriebspunkt geeignet gewählt werden kann. Solange dieser Adaptionsbereich nicht festgelegt worden ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren nicht weiter fortgeführt und es findet stattdessen immer wieder ein Rücksprung auf Verfahrensschritt a) statt.
Nach erfolgreichem Anfahren des Adaptionsbereiches wird innerhalb dieses Adaptionsbereiches der Referenz-Betriebspunkt eingestellt. Der Referenz-Betriebspunkt zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie die ihr jeweils zugeführte relative Luftmasse quasistationär sind. Weiterhin ist zum Beispiel λ = 1 und es werden die zu diesem Referenz-Betriebspunkt gehörende Einspritzzeit ti_Ref und die zugehörige auf das Einspritzventil aufzubringende Ladung Q_Ref angesteuert (Verfahrensschritt c)).
Sobald dieser Referenz-Betriebspunkt eingestellt ist, wird geprüft, ob bei der Brennkraftmaschine eine Einzelzylinder-Lambdamessung aktiv ist (Verfahrensschritt d)). Solange dies nicht der Fall ist, begibt sich das erfindungsgemäße Verfahren in eine Warteschleife, welche durch einen Rücksprung auf Verfahrensschritt c) realisiert wird. Wenn jedoch die Einzelzylinder-Lambdamessung aktiv ist, wird die auf das Einspritzventil aufzubringende Ladung gegenüber der für die Einstellung des Referenz-Betriebspunktes aufzubringenden Ladung Q_Ref um einen vorbestimmten Betrag ΔQ vertrimmt. Diese Vertrimmung der Ladung um ΔQ resultiert zunächst in einer Veränderung von Lambda um den Betrag Δλ. Der Referenz-Betriebspunkt bleibt dabei im Wesentlichen unverändert, da der Momentenaufbau bei homogenem Betrieb nur schwach von dem Verbrennungslambda beeinflusst wird.
Unter den hier beschriebenen Voraussetzungen, nämlich dass sowohl die relative Luftmasse rl wie auch die Einspritzdauer ti jeweils quasistationär bleiben, entspricht diese erkannte Veränderung von Lambda einer bestimmten Veränderung der durch das Einspritzventil fließenden Kraftstoffmenge ΔD. Aus den beiden Größen Δλ und ΔQ beziehungsweise ΔD und ΔQ lässt sich dann die individuelle Steigung des verwendeten Einspritzventils i gemäß folgender Formel berechnen: k_i = Δλ/ΔQ = ΔD/ΔQ. (1)
Mit Hilfe dieser individuellen Steigung k_i lässt sich ein Korrekturfaktor f_Korr berechnen, welcher die Abweichung der individuellen Steigung k_i gegenüber der Steigung einer vorgegebenen Referenzkennlinie, welche das durchschnittliche Verhalten einer Vielzahl von produzierten Einspritzventilen gleichen Typs repräsentiert. Die Berechnung des Korrekturfaktors f_Korr erfolgt gemäß folgender Formel: f_Korr = k_i/k_Ref. (2)
Das Erkennen der aus dem Vertrimmen der Ladung resultierenden Veränderung der Größe λ und die Berechnung des Korrekturfaktors erfolgen in 1 in Schritt f). Sollte die Berechnung des Korrekturfaktors nicht erfolgreich gewesen sein, so sieht das erfindungsgemäße Verfahren einen Rücksprung auf den Beginn des Schrittes d) vor.
Sollte demgegenüber jedoch die Berechnung des Korrekturfaktors erfolgreich verlaufen sein, so wird dieser dazu verwendet, in Schritt g) für das verwendete Einspritzventil i eine individuelle D_i/Q_i-Kennlinie zu berechnen. Wie bereits oben angedeutet dient der erfindungsgemäß berechnete Korrekturfaktor f_Korr lediglich dazu, die Steigung der D(Q)-Kennlinie an das tatsächliche Verhalten des Einspritzventils anzupassen. Ein möglicher Offsetfehler wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht berücksichtigt.
Eine Verwendung der erfindungsgemäß berechneten angepassten D_i(Q_i)-Kennlinie bei einem späteren Betrieb der Brennkraftmaschine, wie dies in 1 durch einen Rücksprung von Schritt g) auf Schritt a) angedeutet ist, erfolgt vorzugsweise nur dann, wenn eventuelle Offsetfehler im Vergleich zu den erfindungsgemäß kompensierten Fehlern in der Steigung der Kennlinie des verwendeten Einspritzventils gegenüber der Referenzkennlinie vernachlässigbar sind oder ebenfalls durch geeignete Verfahren korrigiert werden.
3 zeigt ein Steuergerät 100 zur Ansteuerung von Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine gemäß dem beschriebenen Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich zumindest teilweise auch als Computerprogramm realisieren, welches vorzugsweise auf einem dem Steuergerät 100 zugeordneten Rechengerät 110 (3), zum Beispiel einem Mikroprozessor, abläuft. Als solches kann es zusammen mit weiteren Computerprogrammen zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Bei dem Datenträger kann es sich zum Beispiel um eine Diskette, eine Compact Disc oder einen sogenannten Flash-Memory handeln. Das auf dem Datenträger abgespeicherte Computerprogramm kann als Produkt an einen Kunden verkauft werden. Im Falle einer Software-Realisierung ist es weiterhin möglich, das Computerprogramm gegebenenfalls zusammen mit weiteren Computerprogrammen zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine – ohne Zuhilfenahme eines elektrischen Datenträgers – über ein elektronisches Kommunikationsnetzwerk, insbesondere das Internet, als Produkt an einen Kunden zu übertragen und auf diese Weise zu verkaufen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei während des Betriebs eine Ansteuerung von mindestens einem Einspritzventil der Brennkraftmaschine nach Maßgabe durch eine das individuelle Verhalten des verwendeten Einspritzventils repräsentierende Durchfluss zu Ladungsmenge-Kennlinie erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechnen der Durchfluss zu Ladungsmenge-Kennlinie eine Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil (i) ermittelt wird, indem eine Ladung, mit der das individuelle Einspritzventil (i) angesteuert wird, gegenüber einer Referenzladung (Qref) um einen vorbestimmten Betrag (ΔQ) verändert wird und eine aus der Veränderung der Ladung (ΔQ) resultierende Veränderung eines Lambda-Wertes (Δλ) bei der Brennkraftmaschine erkannt wird, und die Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil (i) aus der Veränderung der Ladung (ΔQ) und der Veränderung des Lambda-Wertes (Δλ) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchfluss zu Ladungsmenge-Kennlinie für das individuelle Einspritzventil durch Korrektur einer vorgegebenen Referenzkennlinie mit Hilfe eines Korrekturfaktors f_Korr berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor f_Korr gemäß folgender Formel berechnet wird: f_Korr = k_i/k_Ref; wobei k_i die Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil; und k_Ref die Steigung der Referenz-Kennlinie darstellt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung der Steigung k_i der Durchfluss (D) zu Ladungsmenge(Q)-Kennlinie für ein individuelles Einspritzventil (i) einer Brennkraftmaschine folgende Schritte durchgeführt werden: – Betreiben der Brennkraftmaschine im Homogenbetrieb mit vorzugsweise λ = 1; – Einstellen eines Referenz-Betriebspunktes bei der Brennkraftmaschine durch Ansteuern des Einspritzventils (i) mit einer Referenzladung (Q_Ref) für jeweils Referenz-Einspritzdauern (t_Ref); – Verändern der Ladung, mit welcher das Einspritzventil (i) angesteuert wird, gegenüber der Referenzladung (Q_Ref) um einen vorbestimmten Betrag (ΔQ); – Erkennen einer aus der Veränderung der Ladung (ΔQ) resultierenden Veränderung des Lambda-Wertes (Δλ) bei der Brennkraftmaschine; und – Berechnen der für das Einspritzventil individuellen Steigung k_i gemäß folgender Formel: k_i = Δλ/ΔQ = ΔD/ΔQ (1) wobei Δλ = ΔD nur unter der Voraussetzung gilt, dass sowohl die relative Luftmasse (rl) als auch die Einspritzdauer (ti) konstant bleiben.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Referenz-Betriebspunktes nur innerhalb eines vordefinierten Adaptions-Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Ladungsmenge (ΔQ) mit dem Ziel, eine daraus resultierende Veränderung des Lambda-Wertes (Δλ) zu erkennen, nur dann erfolgt, wenn eine Einzelzylinder-Lambdamessung aktiv ist.
Steuergerät (100) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (100) ausgebildet ist, die Steuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Computerprogramm für ein Steuergerät (100) einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch Programmcode, der zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist, wenn er auf einem dem Steuergerät (100) zugeordneten Rechengerät (110), insbesondere einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.