WO2005093241A1

WO2005093241A1 - Verfahren und vorrichtung zur druckwellenkompensierenden steuerung zeitlich aufeinanderfolgender einspritzungen in einem einspritzsystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2005093241A1
Application number: PCT/EP2005/050537
Authority: WO
Inventors: Juergen Gross; Thomas Pauer; Jochen Walther; Marc Uhl; Oliver Schulz
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2005-10-06
Also published as: DE102004053418B4; DE102004053418A1

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung und wenigstens eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt ist und wobei ein die mittels der wenigstens zwei Injektoren einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der wenigstens zwei Teileinspritzungen korrigiert wird, ist vorgesehen, dass die Druckwellenkompensation auf der Grundlage von entsprechend wellenförmig verlaufenden Ansteuerdauern durchgefiihrt und die Steuerung des wenigstens einen Injektors mittels der wellenförmig verlaufenden Ansteuerdauern druckwellen-korrigiert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur druckwellenkompensierenden Steuerung zeitlich aufeinanderfolgender Einspritzungen in einem Eiπspritzsystem einer Brcnπkraft- maschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brenn kraflmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.

üi modernen Hochdruck-KraftstoflFeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen werden die gesamten mittels Einspritzventilen (Injektoren) in Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffinengen jeweils auf eine Anzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt. Diese Teileinspritzungen liegen häufig in einem sehr engen zeitlichen Abstand zueinander und bestehen meist aus einer oder mehreren zeitlich vor einer eigentlichen Haupteinspritzung applizierten Voreinspritzung(en). Dem zeitlichen Abstand zwischen zwei Teileinspritzungen entspricht die so genannte elektrische Pausenzeit t diff zwischen zwei elektrischen AnSteuerimpulsen der Injektoren. Ein sehr verbreitetes, in der DE 10002270 Cl beschriebenes Einspritzsystem der hier betroffenen Art ist das sogenannte „Common-Rail-(CR-)Einsprit2system", bei dem Kraftstoff in einem Hochdruckspeicher (Rail) zwischengespeichert wird, bevor dieser den einzelnen Injektoren zugeführt wird. Die genannten mehrfachen Teileinspritzungen ermöglichen eine verbesserte Gemischaufbereitung und bewirken damit insbesondere geringere Abgasemissionen der Brennkraft- maschine, eine verringerte Geräuschentwicklung bei der Verbrennung sowie eine erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine. Dabei ist es insbesondere wünschenswert, den zeitlichen Abstand zwischen jeweils zwei Teileinspritzungen ohne Einschränkungen variieren zu können.

Bei den genannten Teileinspritzungen kommt der Präzision der jeweiligen Einspritzmenge große Bedeutung zu. Jedoch ist gleichzeitig bekannt, dass jede Einspritzung mittels eines Injektors eines genannten CR-Einspritzsystems einen kurzzeitigen Einbruch des Kraftstoffdruckes in einer in dem Einspritzsystem angeordneten Zuleitung von dem Rail zu dem betreffenden Injektor, sowie in einem solchen Injektor selbst von einem an das Rail angrenzenden Hochdruckanschluss zu einer Düsennadel des Injektors bewirkt. Zudem führt das Schließen der Düsennadel zu einem Druckanstieg. Die Kombination von Druckeinbruch und Druckanstieg führt dann zu einer bevorzugt zwischen dem Rail und dem Injektor auftretenden Kraftstoff-Druckwelle. Diese Druckwelle fuhrt insbesondere zu unerwünschten Schwankungen der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei sich dieser Druckwelleneffekt sogar noch bei steigender Nadelgeschwindigkeit der Düsennadel des Injektors verstärkt, so dass seiner Beachtung insbesondere auch in zukünftigen Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezo-Steller als Einspritzaktoren zur Düsennadelsteuerung in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, sogar eine noch zunehmende Bedeutung zukommt

Bei den genannten CR-Einspritzsystemen ist die Applizierung variabler zeitlicher Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Teileinspritzungen, z.B. einer Voreinspritzung (VE) und einer Haupteinspritzung (HE) oder einer HE und einer Nacheinspritzung (NE) zur Ermöglichung einer im jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine optimalen Verbrennung wünschenswert.

Der genannte Druckwelleneinfluss nimmt mit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen den jeweils benachbarten Einspritzungen ab. Demzufolge nimmt auch der Einfluss auf die Einspritzmenge einer jeweils nachfolgenden Einspritzung mit zunehmendem zeit- liehen Abstand ab und nähert sich für genügend große zeitliche Abstände der ungestörten Menge an, die man mit einer zeitlich isolierten Einspritzung erhalten würde.

Da die beschriebenen Druckwelleneffekte streng systematischer Natur sind, und zwar im Wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen, der eingespritzten Kraflsloffmenge, dem hydraulischen KraftstoflFdruck sowie der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystem abhängen, können sie durch eine geeignete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät korrigiert werden. Ein bspw. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 23 035 AI bekannter Ansatz zur Minimierung des genannten Druckwelleneinflusses besteht deshalb darin, diesen Einfluss auf die Einspritzmengen der jeweiligen Injektoren auszumessen und die Ergebnisse dieser Vermessung bspw. bei der Voreinstellung der Ansteuerdaten des Einspritzsystems zu berücksichtigen. Eine entsprechende Korrektur der genannte Ansteuerdaten basiert dabei auf einer Reihe von vorab empirisch oder experimentell ermittelten KraftstoflF-Mengenwellen als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen jeweils zwei oder ggf. sogar mehreren Teileinspritzungen. Dieser zeitliche Abstand wird dabei bevorzugt durch die sogenannte elektrische Pausenzeit t diff zwischen der elektrischen Ansteuerung (Bestromung) eines Injektors zwischen zwei Teileinspritzungen gebildet. Die genannte Druckwellenkompensation legt dabei den an einem Referenzsystem gemessenen Mengeneinfluss auf eine nachfolgende Einspritzung in Kennfeldern ab und kompensiert den Mengeneinfluss dann zur Laufzeit der Brennkraftmaschine durch entsprechende Veränderung der Bestromungsdauer der jeweils nachfolgenden Einspritzung.

Die Bedatung der vorgenannten Kennfelder geschieht meist experimentell anhand von Messungen an einem eigenen Hydraulik-Prüfstand. Hierbei werden die beeinflussten Mengen in Form so genannter „Mengenwellen" als Funktion des Abstandes zwischen den betroffenen Einspritzungen ermittelt und mit Hilfe eines speziellen Algorithmus zur Bedatung verwendet.

Die vorbeschriebene, im Stand der Technik übliche Vorgehensweise besteht demnach grundsätzlich in der Ermittlung der genannten Mengenwellen. Die damit ermittelten Mehr- oder Mindermengen werden in den genannten Kennfeldern abgelegt und zur Lauf- zeit eines CK.-Steuerprogramms durch entsprechendes In-Abzug-Bringen in einem Mengenpfad der Motorsteuerung kompensiert.

Der genannte im Stand der Technik verwendete Algorithmus funktioniert nur bei vollständig linearen Mengenumrechnungs- oder Ansteuerdauer-Kennfeldern mit der notwendigen Präzision. Treten hingegen in den genannten Kennfeldern Nicht-Linearitäten (bspw. Steigungsänderungen oder Knicke) auf, so verursacht der verwendete Algorithmus systematische Fehler bei der genannten Druckwellenkompensation (DWK). Die zahlenmäßig in der DWK korrekt abgelegte Kompensationsmenge wird durch Verwendung der falschen Kennliniensteigung in eine fehlerhafte Ansteueidauerkorrektur umgewandelt Wie nachfolgend insbesondere anhand der Figuren 5a und 5b noch in größerem Detail beschrieben, wird aufgrund des nicht-linearen Ansteuerdauerkennfelds eine deutlich zu kleine Menge korrigiert.

Hinzu kommt das an sich bekannte „Nullmengenproblem", bei dem die Mengenwellen bei Einspritzmengenwerten <= 0 abgeschnitten werden, da grundsätzlich keine negativen Einspritzmengen realisiert werden können. Das Nullmengenproblem ist zwar unkritisch, solange die tatsächlich im Einspritzsystem benötigten Kleinstmengen noch technisch realisiert werden können. Falls dies jedoch nicht möglich ist, treten ebenfalls systematische Mengenfehler auf.

Vorteile der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung Hegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine gegenüber dem Stand der Technik und insbesondere unter den genannten Bedingungen verbesserte vorbeschriebene Druckwellenkompensation ermöglicht wird, welche insbesondere die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die genannte Druckwellenkompensation, an Stelle der genannten Mengenwellen, auf der Basis von Ansteuerdauer-Wellen durchzuführen. Mit anderen Worten wird die Ansteuerdauer in Kenntnis einer jeweiligen Ansteuerdauer-Welle so verändert, dass eine Wunscheinspritzmenge erreicht wird.

In der bevorzugten Ausgestaltung wird experimentell oder anhand einer Modellrechnung für jeden Injektor für jede mögliche elektrische Pausenzeit t_diff zwischen zwei Teileinspritzungen diejenige Ansteuerdauer ermittelt, welche zur Einspritzung genau einer gewünschten Einspritzmenge führt Aufgrund der vorbeschriebenen Wirkung der Druckwelle ist die so ermittelte Ansteuerdauer verschieden von der im ungestörten Fall benötigten Ansteuerdauer. Der ermittelte Verlauf der kompensierten Ansteuerdauern über t diff wird in Form einer Ansteuerdauer-Welle (ADW) in entsprechenden Kennfeldern abgelegt, aus denen die Kompensationsmengen bei der Bedatung aus den ermittelten ADW-Werten berechnet werden.

Im Falle von nicht-linearen Kennlinien entsprechen somit die nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ermittelten Mengen nicht mehr den im bisherigen Mengen- wellenversuch ermittelten Mehr- oder Mindermengen. Aufgrund der vorgeschlagenen Berechnung der Mengenwerte aus den ADW-Werten ist das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich robuster gegen komplexe Kennlinienverläufe als die Bedatung direkt aus den Mengenwellen. Im Gegensatz zum derzeitigen Vorgehen werden die zur Bedatung notwendigen Mengenwellen am Prüf stand nicht direkt gemessen. Die Mengenwellen stellen vielmehr eine physikalisch nicht relevante Hilfsgröße dar, um zu dem jeweiligen Betriebspunkt und dem zu Grunde liegenden Ansteuerdauerkennfeld des Injektors die korrekte Ansteuerdauerkorrektur zu erhalten.

Die Korrekturdaten der genannten für jeden Injektor individuell berechneten Korrektur- funktion werden bevorzugt jeweils in Form von Sleuerdaten an ein Motorsteuergerät ü- bermittelt, welches in dieser Ausgestaltung dann die genannte Druckwellenkompensation durchfuhrt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steuerung eines hier betroffenen Einspritzsystems in der vorgenannten Weise, welche in der bevorzugten Ausbildung Mittel, mittels derer ein die einzuspritzende Kraftstoflmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der genannten Teileinspritzungen korrigiert wird, Mittel zur Ermittlung des Verlaufs von korrigierten Ansteuerdauern über der elektrischen Pausenzeit (t diff) in Form einer Ansteuerdauer-Welle (ADW) und zur Speicherung dieser Werte in wenigstens einem Kennfeld, Mittel zur Berechnung von Korrekturmengen aus den in dem Kennfeld abgelegten ADW-Werten sowie Mittel zur (druckwellenkompensierenden) Amplitudenmodulation der Ansteuerdaten der wenigstens zwei Injektoren aufweist

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen eine für jeden Injektor individuelle Korrektur des Einspritzmengenverhaltens bei mehrfachen, zeitlich aufeinander folgenden Teileinspritzungen, insbesondere unabhängig von der jeweils vorherrschenden Druckwellenamplitude. Dabei wird auch bei stärkeren und insbesondere nichtlinearen Abhängigkeiten der Ansteuerdauern in den genannten Kennfeldern eine präzise und wirkungsvolle Druckwellenkompensation ermöglicht, mittels der sehr enge Einspritzmengentoleranzen realisierbar sind und bei der die genannten Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine, wie insbesondere die Emissionen und das Verbrennungsgeräusch, ebenfalls optimiert sind. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise lässt sich die eingangs genannte Streuung der Einspritzmengen reduzieren.

Zusätzlich vermeidet die erfindungsgemäße Vorgehensweise das oben beschriebene , ,Nullmengenproblem", wie nachfolgend im figurativen Teil noch eingehender erläutert wird.

Die Erfindung ist bevorzugt in einem mittels hochschneller Piezoaktoren (der Injektoren) getriebenen Common-Rail-Einspritzsystem insbesondere eines Diesel-Motors mit den genannten Vorteilen einsetzbar, und zwar sowohl bei zeitlich aufeinander folgenden Vor- und Haupteinspritzungen sowie Haupt- und Nacheinspritzungen als auch bei entsprechend aufeinander folgenden einzelnen Voreinspritzungen.

Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert, aus denen weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.

Im Einzelnen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines zum Einsatz der vorliegenden Erfindung geeigneten im Stand der Technik bekannten Common-Rail- Einspritzsystems;

Fig.2 eine schematische, ausschnittweise Darstellung eines Kraftstoffeinspritzven- tils im Längsschnitt eines in der Fig. 1 dargestellten Einspritzsystems;

Fig.3 ein im Stand der Technik bekanntes Einspritzschema mit einer Haupteinspritzung und einer Voreinspritzung anhand entsprechender Ansteuersignale eines Einspritzaktors, insbesondere zur Illustration des bei der Erfindung zugrunde liegenden Druckwelleneflektes;

Fig.4a, b eine typische an sich bekannte Mengenwelle eines hier betroffenen Injektors in einem in der Fig. 1 gezeigten Common-Rail-(CR-)Emspritzsystem (Fig. 4a) und eine typische Ansteuerdauerwelle eines hier betroffenen Injektors zur Illustration der erfindungsgemäßen Druckwellenkompensation (Fig. 4b);

Fig. 5a, b zwei typische Einspritz-Kennlinien zur Illustration der Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung von Ansteuerdauerwellen bei Injektoren mit nicht-linearen Mengenkennfeldern;

Fig. 6a - c eine typische erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Bedatung eines hier betroffenen CR-Einspritzsystems basierend auf einer Ansteuerdauerwelle; und

Fig. 7a, b zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung anhand zweier Block-/Flussdiagramme. Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Fig. 1 sind für das Verständnis der Erfindung erforderliche Bauteile eines hoch- druck-basierten Kraftsloffeinspritzsystems am Beispiel eines Common-Rail-(CR- )Einspritzsystems dargestellt. Mit 1 ist ein KraftstoffVorratsbehälter bezeichnet Der KraftstoffVorratsbehälter 1 steht zur Förderung von Kraftstoff über einen ersten Filter 5 sowie eine Vorfδrderpumpe 10 mit einem zweiten Filter 15 in Verbindung. Vom zweiten Filter 15 aus gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 25. Die Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Filter 15 und der Hochdruckpumpe 25 steht ferner über eine ein Niederdruckbegrenzungsventil 45 aufweisende Verbindungsleitung mit dem Vorratsbehälter 1 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 25 steht mit einem Rail 30 in Verbindung. Das Rail 30 wird auch als (Hochdruck-)Sρeicher bezeichnet und steht wiederum über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 31 in druckleitender Verbindung. Ober ein Druckablassventil 35 ist das Rail 30 mit dem KraftstoffVorratsbehälter 1 verbindbar. Das Druckablassventil 35 ist mittels einer Spule 36 steuerbar.

Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 25 und dem Eingang des Druckablassventils 35 werden als „Hochdruckbereich" bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels - eines Sensors 40 erfasst Die Leitungen zwischen dem KraftstoffVorratsbehälter 1 und der Hochdruckpumpe 25 werden hingegen als „Niederdruckbereich" bezeichnet.

Eine Steuerung 60 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 25 mit einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 31 jeweils mit einem Ansteuersignal A und/oder das Druckablassventil 35 mit einem Ansteuersignal AV. Die Steuerung 60 verarbeitet verschiedene Signale unterschiedlicher Sensoren 65, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges, welches von dieser Brennkraftmaschine angetrieben wird, charakterisieren. Ein solcher Betriebszustand ist bspw. die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.

Das in der Fig. 1 gezeigte Einspritzsystem arbeitet wie folgt Der Kraftstoff, der sich im KraftstoffVorratsbehälter 1 befindet, wird mittels der Vorfδrderpumpe 10 durch den ersten Filter 5 und den zweiten Filter 15 hindurch gefördert Steigt der Druck im genannten Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 45 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 10 und dem Vorratsbehälter 1 frei.

Die Hochdruckpumpe 25 fördert die Kraflstoffmenge Ql vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 25 baut dabei im Rail 30 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Einspritzsystemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen maximale Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen maximale Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Mittels der Injektoren 31 kann der Kraftstoff damit unter hohem Druck den einzelnen Verbrennungsräumen (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugemessen werden.

Mittels des Sensors 40 wird der Druck P im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfasst Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 25 und/oder des Druckablassventils 35 wird der Druck im Hochdruckbereich geregelt.

Als Vorförderpumpe 10 werden üblicherweise Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt Alternativ kommen auch mechanische Vorförderpumpen zum Einsatz. Solche Einspritzsysteme weisen dann im Bereich des Zulaufs zur Hochdruckpumpe ein leicht verschiedenes Schaltschema auf. '"

In der Fig. 2 ist ein aus der DE 10002270 Cl hervorgehendes piezoelektrisch getriebenes Einspritzventil (Injektor) 101 in größerem Detail in einer Schnittzeichnung dargestellt Das Einspritzventil 101 weist eine piezoelektrische Einheit 104 zur Betätigung eines in einer Bohrung 113 eines Ventilkörpers 107 axial verschiebbaren Ventilglieds 103 auf. Das Einspritzventil 101 weist femer einen an die piezoelektrische Einheit 104 angrenzenden Stellkolben 109 sowie einen an ein Ventilschließglied 115 angrenzenden Betätigungskolben 114 auf. Zwischen den Kolben 109, 114 ist eine als hydraulische Ü- bersetzung arbeitende Hydraulikkammer 116 angeordnet Das Ventüschließglied 115 wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz 118, 119 zusammen und trennt einen Niederdruckbereich 120 von einem Hochdruckbereich 121. Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit 112 liefert die Ansteuerspannung für die piezoelektrische Einheit 104, und zwar in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Druckniveaus im Hochdruckbereich 121. Im dem Hochdruckbereich 121 des Einspritzventils 101 sind zusätzlich eine Ablaufdrossel 130 und eine Zulaufdrossel 131 angeordnet. Das Stellverhältnis AblauCZulauf dieser beiden Drosseln 130, 131 wird mittels eines Steuerventils 132 eingestellt.

In der Fig. 3 sind typische Ansteuersignalverläufe für einen in der Fig. 2 gezeigten Injektor im Falle einer Haupteinsprilzung 200 und einer zeitlich vorausgehenden Voreinspritzung 205 dargestellt. Die gezeigten fünf Signalverläufe repräsentieren unterschiedliche zeitliche Ansteuerzustände, bei denen der zeitliche Abstand (elektrische Pausenzeit) zwischen den beiden Ansteuersignalen 200, 205, in der Darstellung von oben nach unten gesehen, schrittweise bis auf ein Minimumwert t diff min verringert ist Vorliegend sei nun angenommen, dass der aus der Applikation sich ergebende zeitliche Abstand del- ta _t_start so gewählt ist dass eine durch die Voreinspritzung 205 hervorgerufene Druckwelle im Rail bis zur Ansteuerung der Haupteinspritzung 200 wieder abgeklungen ist. Entsprechende Werte sind in Form von Erfahrungswerten an sich vorbekannt. Femer sei angenommen, dass die in der untersten Kurve dargestellte Zeitdifferenz t_diff_min zwischen den Einspritzungen einem mimmalen Zeitabstand entspricht, bei dem die durch die Voreinspritzung 205 bewirkte Druckwelle bereits zu einer messbaren Veränderung einer Betriebskenngröße, bevorzugt zu einer Momentenänderung der Brennkraftmaschine, fuhrt.

Es versteht sich, dass die in der Fig. 3 gezeigten beiden Einspritzungen nur zu Illustrationszwecken dienen und daher das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung auch auf die zeitliche Applikation mehrerer Einspritzungen entsprechend anwendbar sind, wobei sich selbstverständlich auch einzelne, zeitlich benachbarte Voreinspritzungen, sowie zeitlich benachbarte Haupt- und Nacheinspritzungen aufgrund von Druckwellen in der hierin beschriebenen Weise beeinflussen können.

Der oben erwähnte Druckwelleneffekt lässt sich anhand der Fig. 3 wie folgt erklären. Ist die Voreinspritzung ,VE' 205 zeitlich ausreichend weit von der Haupteinspritzung ,HE' 200 entfernt, vorliegend also mit dem Abstand t_diff_start, so ist die durch sie ausgelöste Druckwelle bis zur Haupteinspritzung 200 bereits abgeklungen und wirkt sich damit auf die bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge nicht mehr aus. Dieses Zeitintervall ist unter anderem wegen der bekanntermaßen druckabhängigen Wellenge- schwindigkeit im Wesentlichen abhängig vom momentan im Rail vorliegenden Raildruck. Ein empirisch ermittelter geeigneter Ausgangswert für t diff start beträgt >4ms. Wird nun der genannte zeitliche Abstand variiert, indem der Ansteueibeginn der Haupteinspritzung konstant bleibt, die Voreinspritzung aber zeitlich dichter an die Haupteinspritzung herangeführt wird, so ergibt sich ab einem bestimmten Abstand eine Beeinflussung der Haupteinspritzmenge, da aufgrund der Druckwelle der Druck insbesondere im Bereich der in der Fig.2 gezeigten Düsennadel (dort als Ventilschließglied 115 bezeichnet) im Zeitpunkt des Öffnens und während der Öffnung der Düsennadel entweder aufgrund eines Wellenbergs der Druckwelle erhöht oder aufgrund eines Wellentals erniedrigt ist. Daraus ergibt sich ein Mengen- bzw. Momenteneffekt, der bspw. mittels eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine sensierbar ist. Alternativ ist auch die Sensie- rung des Mengeneffektes in an sich bekannter Weise über eine Lambda-Sonde bzw. deren Steuerung möglich.

Die nachfolgend anhand der Figuren 4a, 4b, Figuren 5a -c und Fig. 6 beschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht, die genannte Druckwellenkompensation (DWK) insbesondere auch in Bereichen mit nicht-linearem Kennlinienverhalten, insbesondere an dem genannten Nullmengen-Rand, mit der notwendigen Präzision durchfähren. Ziel ist die Minimierung des Einspritzmengenfehlers in einem bestehenden, insbesondere bereits einen DWK-Algorithmus aufweisenden Einspritzsystem, und zwar möglichst ohne etwa erforderliche Modifikation dieses Algorithmus'.

Die Fig. 4a zeigt den typischerweise in einem in der Fig. 1 gezeigten CR-Einspritzsystem zwischen zwei zeitlich nachfolgenden Teileinspritzungen auftretenden Kraftstoffmen- genwelleneffekt noch einmal quantitativ. In dem gezeigten Diagramm ist die unter Einbeziehung des Druckwelleneffektes insgesamt an einem einzelnen Injektor eingespritzte Kraftstoffmasse m, die wiederum von der jeweils vorliegenden Ansteuerdauer AD abhängt, über der elektrischen Pausenzeit t diff zwischen zwei momentan betrachteten aufeinander folgenden Teileinspritzungen aufgetragen. Die ohne den Mengenfehler vorliegende Einspritzmenge wäre aufgrund des dann gleichmäßigen Drucks zwischen Rail und Einspritzdüse im Rail konstant, und zwar vorliegend m = 1,0 mm^A3. Bei einer Pausenzeit t diff = 0 ergibt sich in dem vorliegenden Beispiel aufgrund des momentan erhöhten Drucks (Wellenberg der Druckwelle) ein bestimmter positiver Wert mO, d.h. die bei der nachfolgenden Teileinspritzung urspünglich vorgesehene Einspritzmenge m = 1,0 mnT3 wäre bei dieser Pausenzeit um den Wert mO erhöht. Entsprechend wäre die ursprüngliche Einspritzmenge m = 1,0 mm"3 bei t diff = tl um den Wert ml erniedrigt. Die Amplitude der gezeigten Mengenwelle nimmt dem natürlichen Dämpfungsverhalten einer Druckwelle im Rail zufolge stetig ab.

Aus der Fig.4a ist ferner zu ersehen, dass die vorliegende Mengenwelle im Intervall t diff = t3 - 12 die Nulllinie (m = 0) durchstößt. In dem schraffierten Durchstoßbereich 300 lässt sich der Mengenfehler nicht korrigieren, da negative Einspritzmengen (wie in diesem Bereich vorliegend) physikalisch nicht definiert und damit auch nicht korrigierbar sind. Daher würde die im Stand der Technik anhand der Mengenwelle durchgeführte Mengenkorrektur in diesem Bereich t3 - 12 zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

Die Fig.4b zeigt eine typische Ansteuerdauerwelle (AD-Welle) zur Illustration der erfindungsgemäßen Druckwellenkompensation. Die ohne die Druckwellenkompensation an dem vorhegenden Injektor momentan anliegende Ansteuerdauer sei AD = 200 μs. Der Verlauf der AD-Welle in y-Richtung ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zum Kurvenverlauf der in der Fig.4a gezeigten Mengenwelle, da die AD-Welle der Mengenwelle ja insoweit entgegenwirkt, als sie bestrebt ist, diese möglichst vollständig zu kompensieren. Entsprechend weist auch die AD-Welle das genannte Dämpfungsverhalten auf. Wie aus der Fig.4b zu ersehen, tritt bei der AD-Welle das anhand der Fig.4a beschriebene Nulldurchgangsproblem erst gar nicht auf, da die möglichen AD-Werte in der Regel (wie im vorliegenden Fall) von der Nulllinie AD min 305 ausreichend weit entfernt sind.

Anhand der Figuren 5a und 5b soll der Vorteil der Verwendung von Ansteuerdauerwellen bei Injektoren mit nicht linearen Mengenkennfeldern weiter verdeutlicht werden. Bei der konventionellen Korrektur der Ansteuerdauer mit Hilfe gemessener Mengenwellen, entsteht ein signifikanter Fehler dadurch, dass bei Umrechnung der Korrekturmenge in Λn- steuerdauer die geänderte Kennliniensteigung nicht bekannt ist (Fig. 5a). Im schematisch dargestellten Beispiel wird die Ansteuerdauer aufgrund dessen nicht weit genug herabgesetzt. Bei der Verwendung von Ansteuerdauerwellen erfolgt die Ansteuerdauerkorrektur auf Basis einer Mengenwelle, die mit Hilfe des zu Grunde liegenden Ansteuerdauerkenn- felds des Injektors errechnet wurde (Fig. 5b). Hier wird trotz komplexer Kennlinienform die passende Ansteuerdauer bestimmt.

Die Figuren 6a - 6c zeigen eine typische Vorgehensweise bei der Bedatung eines hier betroffenen CR-Einspritzsystems anhand einer Bedatungskennlinie Einspritzmenge m über Λnsteuerdauer AD, und zwar basierend auf einer erfindungsgemäßen Ansteuerdau- erwelle. In der Fig. 6a ist eine bereits in der Fig. 4b gezeigte AD-Welle 400 dargestellt. Eine in der Fig. 6b gezeigte, vorliegend nicht-lineare Kennlinie 405 stellt den Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer AD und der Einspritzmenge m her, d.h. vorgegebene Änderungen ΔAD lassen sich mittels der Kennlinie in entsprechende Werte Δm umrechnen. Die Fig. 6c zeigt schließlich eine aus der AD-Welle 400 mittels der Kennlinie 405 gewonnene ADW-Bedatung 410.

Eine in Fig. 6a angenommene positive Änderung ΔAD 415 entspricht einer Änderung ΔAD 425 im Kennliniendiagramm (Fig. 6b) und eine negative Änderung ΔAD 420 einer entsprechenden Änderung ΔAD 430. Mit der gestrichelten Linie 435 sei nun ein vorbe- schriebenes, potenzielles AD min-Problem (vorbeschriebenes ,,Nulllinienproblem") bezeichnet Die Änderung ΔAD 415, 425 entspricht einer Kraftstoffαiassenänderung Δm 440. Ebenso entspricht die Änderung ΔAD 420, 430 einer Änderung Δm 445. Aus der Zusammenschau mit der Fig. 6c erkennt man, dass das in der Fig. 6c gezeigte Null- Anschlagsproblem 450 aufgrund dieser Vorgehensweise bei der ADW-Bedatung nicht auftreten kann.

Die Fig. 7a zeigt in Block- bzw. Flussdiagrammform ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung, wobei die endgültigen Einspritzdauern im Wesentlichen im Mengenpfad ermittelt werden. In dem vorliegenden Beispiel wird eine aus zwei Teileinspritzungen bestehende Einspritzsituation angenommen, und zwar bestehend aus einer Haupteinspritzung ,HE' und einer dieser zeitlich vorausgehenden Voreinspritzung ,VE'. Dabei wird femer angenommen, dass eine von der VE herrührende Druckwelle die HE in der vorbeschriebenen Weise beeinflusst

Zunächst dient eine Mengenvorgabe 600 zur Bestimmung einer Fahrerwunschmenge m_FW, bspw. auf der Grundlage einer momentanen Gaspedalstellung. Aufgrund dieses Mengenwertes m_FW werden seitens der Motorsteuerung in an sich bekannter Weise eine unkorrigierte Haupteinspritzmenge m HE unkorr und eine Voreinspritzmenge m_VE sowie eine geeignete Pausenzeit t diff zwischen diesen beiden Teileinspritzungen berechnet 605. Bereits im Vorfeld wurde für den jeweiügen Injektor die bereits genannte Korrekturkurve, d.h. die weUenförmige Ansteuerdauer als Funktion der genannten Pausenzeit t diff, experimentell oder anhand einer Modellrechnung ermittelt 610. Die Verwendung dieser Korrekturkurve hat die bereits genannten Vorteile.

Anhand einer bevorzugt ebenfalls für jeden Injektor vorliegenden Kennlinie AD=f(m) 630 wird aus der Ansteuerdauerwelle eine Korrektur-Mengenwelle 615 für die Haupteinspritzmenge berechnet. Mittels der Mengenwelle 615 wird nun der unkorrigierte Mengenwert m HE unkorr anhand des vorliegenden Pausenwertes t_diff (HE, VE) in einen (druckwellen-)korrigierten Mengenwert m HE korr umgewandelt 620. Der korrigierte Mengenwert m_HE_korr wird anschließend anhand der Kennlinie 630 in einen korrigierten Ansteuerdauerwert AD HE korr umgewandelt, welcher schließlich bei der elektrischen Ansteuerung der hier betroffenen HE des vorliegenden Injektors zu Grunde gelegt wird 635.

Die Fig. 7b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung, bei dem die Einspritzdaten im Wesentlichen im Zeitpfad ermittelt werden. Auch in diesem Beispiel wird eine Haupteinspritzung ,HE' und eine dieser zeitlich vorausgehende Voreinspritzung ,VE' angenommen.

Wiederum bestimmt zunächst eine Mengenvorgabe 500 eine Einspritzmenge m für eine vorliegend angenommene Haupteinspritzung HE. Die erforderlichen Zeitdaten für diese Haupteinspritzung werden von einer Zeitvorgabe 505 bereitgestellt. Die Zeitvorgabe 505 stellt zudem einen entsprechenden Pausenwert t diff zwischen der vorliegenden Haupteinspritzung HE und einer angenommenen zeitlich voraus gegangenen Voreinspritzung VE bereit.

Die Mengenvorgabe m wird mittels einer vorliegend nicht-linearen Kennlinie 510 Ansteuerdauer AD über Einspritzmasse m in einen noch unkorrigierten Wert AD unkorr umgerechnet 515. Mittels des von der Zeitvorgabe 505 bereitgestellten Wertes t diff wird anhand eines Korrekturkennfeldes (AD über t diff) 540 ein Korrekturwert AD korr.wert bestimmt 520 und gemäß der Beziehung AD korr = AD unkorr +/- AD korr.wert in den korrigierten AD-Wert AD korr umgerechnet 525. Das Vorzeichen ,+/-, von AD korr ist, wie bereits beschrieben, dadurch bestimmt, ob die Korrektur aufgrund eines vorliegenden Wellenbergs oder Wellentals der Mengenwelle erfolgt. Anhand des Wertes AD korr erfolgt dann die Ansteuerung 530 des vorliegenden Injektors.

Die Erstellung des genannte Korrekturkennfeldes 520 erfolgt durch die in der Fig. 7 rechts unten dargestellten beiden Schritte 535, 540. Dabei werden im Vorfeld experimentell oder empirisch für jeden möglichen Wert t diff zwischen zwei jeweils betroffenen Teileinspritzungen solche Werte von AD ermittelt 535, bei denen sich jeweils eine gewünschte Einspritzmasse m ergibt Die so ermittelten Werte von AD stellen demnach die bereits aufgrund der Druckwelle gestörten Werte dar und berücksichtigen demnach bereits den vorbeschriebenen Druckwelleneffekt. Die jeweils sich ergebenden Wertepaare (AD, t diff) werden dann in Form des genannten Korrekturkennfeldes 520 abgespeichert 540.

Die eigentliche Druckwellenkompensation der Ansteuerdaten bzw. Steuersignale der einzelnen Injektoren erfolgt schließlich in an sich bekannter Weise durch geeignete Veränderungen der Ansteuerdauern, wie bspw. in der eingangs zitierten DE 101 23 035 AI ausf hrlich beschrieben.

Das vorbeschriebene Verfahren kann entweder in Form einer Schaltung in einem eigens dafür vorgesehenen Steuergerät oder in Form eines Steuercodes im Motorsteuergerät selbst implementiert werden. Eine solche Vorrichtung weist Steuer- oder Rechenmittel auf, mittels derer zunächst eine vorbeschriebene Druckwellenkompensation für die einzelnen Injektoren durchgeführt wird. Die Vorrichtung umfasst schließlich Rechen- oder Steuermittel, mittels derer ein die momentan einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal der Injektoren entsprechend korrigiert wird.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei eine mittels wenigstens eines Injektors innerhalb von Ansteuerdauern erfolgende Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung und wenigstens eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt ist und wobei ein die einzuspritzende Kraflstoffmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der wenigstens zwei Teileinspritzungen korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwellenkompensation auf der Grundlage von zeitlich im Wesentlichen wellenförmig verlaufenden Ansteuerdauern durchgeführt wird und die Steuerung des wenigstens einen Injektors mittels der zeitlich wellenförmig verlaufenden Ansteuerdauern korrigiert wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich wellenförmig verlaufenden Ansteuerdauern in Form einer Kennfeldes oder einer Kennlinie in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerdauerwellen mittels eines Kennfeldes in Mengenwellen umgerechnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die funktioneile Beziehung zwischen der korrigierten Ansteuerdauer und dem zeitlichen Abstand zwischen den wenigstens zwei Teileinspritzungen für einen einzelnen Injektor dadurch ermittelt wird, dass für den Injektor für mögliche Zeitabstände (t diff) zwischen den beiden Teileinspritzungen diejenige Ansteuerdauer (AD) ermittelt wird, welche eine Einspritzung einer gewünschten Einspritzmenge bewirkt

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Ansteuerdauerwert in Form eines Steuercodes an ein Steuergerät der Brennkraftmaschine übertragen werden.

6. Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei eine mittels wenigstens eines Injektors innerhalb von Λnsteuerdauern erfolgende Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung und wenigstens eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt ist und wobei ein die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der wenigstens zwei Teileinspritzungen korrigiert wird, gekennzeichnet durch Steuer- und/oder Rechenmittel zur Ermittlung eines wellenförmigen Verlaufs von korrigierten Ansteuerdauern in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zwischen den wenigstens zwei Teileinspritzungen und zur Ansteuerung des wenigstens einen Injektors mittels der korrigierten Ansteuerdauem.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein Kennfeld oder eine Kennlinie zur Speicherung der Werte der ermittelten korrigierten Ansteuerdauem.