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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Korrigieren der Einspritzdauer eines Injektors für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Elektrisch angesteuerte Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff werden meist im Rahmen von Common-Rail- bzw. Hochdruckspeicher-Systemen verwendet. Dabei sind die Druckerzeugung und die Einspritzung entkoppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im Hochdruckspeicher für die Einspritzung bereit.
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Aus der
DE 197 18 171 C2 ist bspw. ein Verfahren zur Bestimmung der Einspritzdauer für eine mit Direkteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird der Druck im Hochdruckspeicher erfasst und zusätzlich wird bei der Ermittlung der Einspritzdauer der zum Einspritzbeginn herrschende Kompressionsdruck im Zylinder der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Die abhängig von der Einspritzmenge und dem Druck im Hochdruckspeicher ermittelte Einspritzdauer wird durch Multiplikation mit einem Zeitverlängerungsfaktor korrigiert.
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Aus der
DE 102 15 610 A1 ist ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens eines Injektors bekannt, bei dem an mehreren Prüfpunkten eines Injektors ein Vergleich von Soll-Werten mit Ist-Werten vorgenommen wird, und diese Informationen in einem Korrekturmengen-Kennfeld gespeichert werden. Diese Korrektur dient dazu, die aufgrund von Fertigungstoleranzen unterschiedlichen Einspritzmengen bei gleicher Ansteuerzeit der Injektoren auszugleichen.
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Aus der
DE 100 12 024 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Öffnungsdauer des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem im Druckspeicher herrschenden Speicherdruck berechnet wird, wobei aus mindestens zwei gemessenen Druckwerten ein geschätzter Druckwert berechnet und dieser geschätzte Druckwert als der im Druckspeicher herrschende Druck zur Berechnung der Öffnungsdauer des Einspritzventils herangezogen wird.
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Weiter offenbart die
DE 100 54 177 A1 ein Verfahren zur Ermittlung eines Drucks in einem Kraftstoffspeicher eines Einspritzsystems, wobei nur ermittelte Druckmesswerte ausgewertet werden, die außerhalb des Einspritzvorgangs ermittelt werden.
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Schließlich offenbart die
DE 197 33 897 A1 ein System zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts für einen Verbrennungsmotor, wobei der Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem tatsächlichen und einem Soll-Einspritzzeitpunkt korrigiert wird. Ein Hinweis auf eine Kompensation einer Einspritzmengenabweichung ist nicht offenbart.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, welches die aufgrund des Verschleißes der Injektoren während der Laufzeit auftretenden Einspritzmengen-Abweichungen kompensiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Korrigieren der Einspritzdauer eines Injektors für eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckspeicher, aus dem Kraftstoff dem Injektor zugeführt wird, und die Einspritzdauer des Injektors abhängig von einem Wert für eine geforderte Einspritzmenge an Kraftstoff und abhängig von dem Druck im Hochdruckspeicher ermittelt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass abhängig von der Differenz eines Ist-Differenzdruckwertes und eines vorgegebenen Soll-Differenzdruckwertes ein Korrekturfaktor zum Korrigieren der Einspritzdauer und/oder eines Einspritzzeitpunktes gebildet wird, wobei der Ist-Differenzdruckwert aus einer Differenz aus einem ersten Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors und aus einem zweiten Druck im Hochdruckspeicher während des Einspritzens des Injektors gebildet wird.
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Grundsätzlich ergibt sich die Einspritzdauer bzw. der Einspritzzeitpunkt für eine gewisse Einspritzmenge aus dem Druck, der im Hochdruckspeicher anliegt. Je höher der Druck im Hochdruckspeichersystem ist, desto mehr Kraftstoff wird bei gleicher Einspritzdauer in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Zusammenhang zwischen Druck im Hochdruckspeicher, Einspritzmenge und Einspritzdauer ist meist in einem Kennfeld abgelegt. Aufgrund der Fertigungstoleranzen der Injektoren können den unterschiedlichen Injektoren der Brennkraftmaschine unterschiedliche Kennfelder zugeordnet sein. Es können auch für die einzelnen Injektoren bereits Korrektur-Kennfelder abgelegt werden, wie sie aus der oben genannten Schrift bekannt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors – also bei gerade noch geschlossenem Injektor –, und der Druck während des Einspritzens des Injektors – also bei geöffnetem Injektor – ermittelt. Der sich aus der Differenz der beiden Drücke ergebende Ist-Differenzdruckwert wird mit dem vorgegebenen, abgespeicherten Soll-Differenzdruckwert verglichen. Der Ist-Differenzdruckwert und der vorgegebene Soll-Differenzdruckwert können voneinander abweichen, wenn sich das Mengenverhalten des Injektors bspw. durch Verschleiß geändert hat. Ist die Differenz aus den beiden Differenzdruckwerten nahezu null, kann davon ausgegangen werden, dass der Injektor einwandfrei arbeitet bzw. dass bereits eine Korrektur vorgenommen wurde, welche den Ist-Differenzdruckwert ausgleicht. Je mehr die beiden Differenzdruckwerte voneinander abweichen, desto größer ist die Mengenabweichung des Injektors. Die Einspritzdauer muss in der Weise verlängert bzw. verkürzt werden, dass trotz geänderter Einspritzdauer wieder die erforderliche Menge an Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Erfindungsgemäß liegt zwischen der Ermittlung des ersten und zweiten Drucks ein vorgegebenes festes Zeitintervall. Der Beginn des Zeitintervalls bzw. das Ermitteln des ersten Drucks sollte unmittelbar vor dem Einspritzen bzw. genau zu Beginn des Einspritzens des Injektors erfolgen, also wenn der Injektor gerade noch geschlossen ist und der Druck im Hochdruckspeicher am größten ist. Das Zeitintervall kann maximal so groß sein, wie die Einspritzdauer des Injektors ist und der Injektor gerade noch offen ist. Der zweite Druck muss spätestens dann ermittelt werden, wenn der Einspritzvorgang beendet ist. Voraussetzung für eine genaue Druckermittlung ist, dass während des Zeitintervalls keine Nachförderung der Hochdruckpumpe in den Hochdruckspeicher stattfindet, d. h. dass der Förderhub Hochdruckpumpe drehzahlsynchron zwischen zwei Einspritzungen liegt. Das Zeitintervall muss für die Ermittlung des Ist-Differenzdruckwertes an den Injektoren stets gleich groß sein, um eine mögliche Abweichung des Ist-Differenzdruckwertes vom Soll-Differenzdruckwert genau bestimmen zu können.
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Vorteilhafterweise wird der vorgegebene Soll-Differenzdruckwert bei erstmaliger Inbetriebnahme des Injektors ermittelt. Zu diesem Zeitpunkt kann davon ausgegangen werden, dass der Injektor noch keinen Verschleiß aufweist. Der Soll-Differenzdruck kann in einem separaten Speicher oder im Motorsteuergerät bzw. im Steuergerät, das die Injektoren ansteuert, gespeichert werden.
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Vorteilhafterweise wird der Soll-Differenzdruckwert abhängig vom Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors ermittelt, da sich bei unterschiedlichen Druckausgangsniveaus auch unterschiedliche Ist-Druckdifferenzwerte ergeben. Ist der Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors bspw. 300 bar, wird der Ist-Druckdifferenzwert geringer sein, als wenn der Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors 1000 bar beträgt.
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Vorteilhafterweise kann beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdifferenzdruckwertes durch die Differenz aus dem Ist-Differenzdruckwert und dem Soll-Differenzdruckwert ein akustisches und/oder optisches Signal an den Fahrer ausgegeben werden und/oder ein Eintrag in einem Fehlerspeicher vorgenommen werden. Dadurch soff den Fahrer mitgeteilt werden, dass ein Injektor ausgetauscht werden sollte, da dieser z. B. aufgrund des Verschleißes nicht mehr optimal arbeitet. Bei weiterer Inbetriebnahme könnten irreparable Schäden an der Brennkraftmaschine auftreten. Der Grenzdifferenzwert kann wiederum abhängig vom Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors vorgegeben werden. Ein Eintrag in einem Fehlerspeicher ist ebenfalls denkbar.
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Vorteilhafterweise kann der erste und zweite Druck mittels eines Drucksensors ermittelt werden. Es können aber auch andere Sensoren verwendet werden, deren Signale in Verbindung mit mathematischen Modellen auf den Druck im Hochdruckspeicher schließen lassen.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
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1 ein Ausgangssignal eines Decksensors an einem Hochdruckspeicher,
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2 einen speziellen Ausschnitt aus 1 und
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3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 sind zwei Ausgangssignale S1 und S2, die den Druck pHDS in bar in einem Hochdruckspeicher über die Winkelstellung NWW einer Nockenwelle in ° darstellen. Der Hochdruckspeicher ist über 4 Injektoren mit jeweils 4 Zylinder einer Brennkraftmaschine verbunden (hier nicht dargestellt). Der Förderhub der Hochdruckpumpe (hier nicht dargestellt) findet hier nach jeder zweiten Einspritzung statt, d. h. zweimal pro Kurbelwellenumdrehung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht auf eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine beschränkt; es können beliebig viele Injektoren/Zylinder sein. Das Ausgangssignal S1 stellt den Druck pHDS im Hochdruckspeicher bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine dar. Das Ausgangssignal S2 stellt den Druck pHDS im Hochdruckspeicher nach längerem Betrieb des Injektors I4 dar, wodurch der Injektor I4 nicht mehr vollkommen dicht ist.
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Der Druck pHDS der Ausgangssignale S1 und S2 bewegt sich zwischen ca. 1500 und 1650 bar. Bei einer Nockenwellenstellung NWW von ca. 0°, 90°, 180° und 270° wird jeweils durch einen der vier Injektoren I1, I2, I3 oder I4 dem dazugehörigen Zylinder Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher eingespritzt. Dadurch kommt es an den jeweiligen Nockenwellenstellungen NWW (0°, 90°, 180°, 270°) bzw. kurz nach den jeweiligen Nockenwellenstellungen NWW zu einem Einbruch der Ausgangssignale S1 und S2. Wird kein Kraftstoff in den Hochdruckspeicher nachgefüllt, bleibt der Druck pHDS im Hochdruckspeicher solange konstant, bis der nächste Injektor Kraftstoff in den dazugehörigen Zylinder einspritzt (z. B. zwischen 25° und 90°). Wird Kraftstoff in den Hochdruckspeicher nachgefüllt, steigt der Druck pHDS im Hochdruckspeicher bis zu einem Sollwert. Mit DT ist ein vorgegebenes Zeitintervall gekennzeichnet, zu dessen Beginn und Ende der Druck pHDS im Hochdruckspeicher für das erfindungsgemäße Verfahren gemessen wird.
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In 2 ist der Ausschnitt A aus 1 vergrößert dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen wie aus 1 verwendet werden. Anhand der 2 soll aufgezeigt werden wie der Ist-Differenzdruckwert nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt wird und wie der Soll-Differenzdruckwert ermittelt werden kann. Die Drücke pHDSa und pHDSb werden aus dem Signal S1, das bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine bzw. des Injektors I4 entsteht, ermittelt und zur Berechnung eines Soll-Differenzdruckwertes SD herangezogen. Die Drücke pHDSa' und pHDSb' werden aus dem Signal S2, das nach längerem Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Injektors I4 entsteht, ermittelt und zur Berechnung eines Ist-Differenzdruckwertes ID herangezogen. Zu Beginn des Zeitintervalls DT (NWW = 180°), also unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors I4 wird der erste Druck pHDSa bzw. pHDSa' im Hochdruckspeicher ermittelt. Dieser liegt bei beiden Signalen bei etwa 1630 bar. In diesem Beispiel sind die beiden Drücke pHDSa und pHDSa' zufällig identisch, sie können aber auch voneinander abweichen. Ein zweiter Druck pHDSb bzw. pHDSb' wird während des Einspritzens des Injektors I4 ermittelt. Bei dem Ausgangssignal S1 beträgt der zweite Druck pHDSb in etwa 1600 bar, bei dem Ausgangssignal S2 beträgt der zweite Druck pHDSb' in etwa 1585 bar. Aus dem ersten Druck pHDSa und zweiten Druck pHDSb wird der Soll-Differenzdruckwert SD ermittelt. Der Soll-Differenzdruckwert wird durch eine Subtraktion der beiden Drücke pHDSa und pHDSb ermittelt (SD = pHDSa – pHDSb). Dieser kann in einem dafür vorgesehenen Speicher abgelegt werden, und dient als Referenz-Differenzwert. Der Differenzdruckwert ID stellt einen Ist-Differenzdruckwert dar, wobei in diesem Fall der Injektor I4 z. B. bereits aufgrund des Verschleißes fehlerhaft arbeitet und mehr Kraftstoff in den Zylinder einspritzt, wodurch der Ist-Differenzdruckwert ID größer wird. Der Ist-Differenzdruckwert wird durch eine Subtraktion der beiden Drücke pHDSa' und pHDSb' ermittelt (ID = pHDSa' – pHDSb').
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In 3 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Korrigieren der Einspritzdauer eines Injektors für eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckspeicher dargestellt. In einer Einheit 1 wird eine Differenz D aus einem vorgegebenen Soll-Differenzdruckwert SD und einem Ist-Differenzdruckwert ID gebildet, wobei der Ist-Differenzdruckwert ID aus einem ersten Druck im Hochdruckspeicher unmittelbar vor dem Einspritzen des Injektors und aus einem zweiten Druck im Hochdruckspeicher während des Einspritzens des Injektors gemäß 2 gebildet wird. Der vorgegebene Soll-Differenzdruckwert SD wird bei erstmaliger Inbetriebnahme des Injektors ermittelt. Abhängig von der Differenz D des Ist-Differenzdruckwertes ID und des vorgegebenen Soll-Differenzdruckwertes SD wird in einer Einheit 2 ein Korrekturfaktor KF zum Korrigieren der Einspritzdauer gebildet. Der Korrekturfaktor wird additiv mit einer z. B. aus einem Kennfeld ermittelten Einspritzdauer TE in einer Einheit 3 verknüpft, wodurch sich eine veränderte Einspritzdauer TE' ergibt. Überschreitet die Differenz D aus dem Ist-Differenzdruckwert ID und dem Soll-Differenzdruckwert SD einen vorgegebenen Grenzdifferenzdruckwert DG, wird ein akustisches und/oder optisches Signal S an den Fahrer ausgegeben und/oder es wird ein Eintrag in einem Fehlerspeicher S vorgenommen.
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Dieses Blockschaltbild gilt für genau einen Injektor, für mehrere Injektoren können verschiedene Soll-Differenzdruckwerte SD abgespeichert werden.
