WO2008128980A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalibrieren von stellgliedern für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO2008128980A1 PCT/EP2008/054705 EP2008054705W WO2008128980A1 WO 2008128980 A1 WO2008128980 A1 WO 2008128980A1 EP 2008054705 W EP2008054705 W EP 2008054705W WO 2008128980 A1 WO2008128980 A1 WO 2008128980A1
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characteristic
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Vincent Dian
Jürgen FRITSCH
Krishnareddy Malikireddy
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Definitions

  • the correction data at the end of the production of each fuel injector which differ due to certain manufacturing tolerances from injector to injector and pass fuel deliveries, are determined and read into the data carrier.
  • the data carrier can be designed as a barcode or as a read-only memory element. During the first initialization of the control unit, these data are then read into a writable memory of the control unit and used in the later operation to control the internal combustion engine.
  • the determined factors are selected as a function of previously detected magnitudes such that first a selectable operating variable of the internal combustion engine is set, then a determination of a Stell ⁇ large, calculated from the arranged on a shaft of the internal combustion engine marker is an actual manipulated variable separately for This solenoid valve is determined, resulting in the factor of the calculated manipulated variable and the determined manipulated variable results.
  • a storage of the factor determined and a necessary: modify the operating adorbaren are large also performed before these aforementioned steps up to the preparation of an optimizedgnacszu ⁇ supernatant are repeated as often as necessary.
  • each fuel injector with its pressure, mass and / or injection duration values at the few selected optimized calibration points are determined or measured and the associated characteristic field diagram by a stored and selectable correction characteristic field diagram be corrected to obtain new pressure, mass and / or injection duration values for the actuator, in particular the fuel injector, which lead to an adjustment of several actuators in their fuel delivery characteristic and thus to a deviation, for example reduction of their dispersion should.
  • the correction characteristic field diagrams are corrected as a function of the age of the actuator to be corrected according to a preferred embodiment by means of different age adaptation characteristic field diagrams in their values.
  • the fuel injectors selected from a quantity of 10 to 1000, which serve for test purposes are subjected to an aging test and regularly measured. It proves to be advantageous to carry out these measurements in parallel both on special test stands and in field tests in motor vehicles in order to carefully coordinate the changes and to weigh them up with one another.
  • the correction characteristic value fields are adapted in an age-dependent manner by the age adaptation characteristic field diagrams being created and made available via databases or data carriers. They can be stored in a control unit already during the production of high-volume, if known, the Old ⁇ rate effects up to this point and are abschatzbar. If, at the time of manufacture or installation, unpredictable long-term drifts occur in the characteristic fields of the fuel injectors, it is possible to update these characteristic fields in a vehicle inspection to be carried out regularly. If the aging-dependent characteristic value fields are not stored in the control unit, they can be adapted for each inspection, for example via a diagnostic device.
  • correction characteristic value fields are coupled with a minimum fuel mass adaptation (MFMA) method for automatic adaptation to the injector aging with the engine running. This allows a continuous correction of the fuel injectors depending on their signs of aging.
  • MFMA minimum fuel mass adaptation
  • first to L-th optimized calibration measurement points are determined with first to L th correction characteristic field diagrams, and with the first to L th correction characteristic field diagrams, deviations of the coordinates of measurement points in the N characteristic field diagrams of the N actuators from coordinates of measurement points in the calculated average characteristic field diagram.
  • Each T n is a time matrix with the bottlenecks of a
  • L is preferably determined empirically.
  • the locations pi, Hi 1 and ti can either be specified empirically or, as described below, can be found via an optimization algorithm.
  • a first correction characteristic field diagram is determined by means of a first selected measurement point, and the first correction characteristic field diagram is used to calculate the deviations or errors in all the fuel injectors selected for test purposes. This is done at all measuring points. This results in 600 single errors. From the smallest error follows the best location for the 1st calibration point ⁇ k n , i. In the same way, the other L places are found. In a loop, all L locations are then tested again in turn, and if necessary moved until an optimal adjustment is achieved.
  • FIG. 3 the basic principle of the inventive method is shown in a schematic representation.
  • An injector characteristic field diagram 10 is compared with a calculated correction characteristic field diagram 11 associated with an individual fuel injector 12, as represented by the reference numeral 13.
  • a resulting correction of the characteristic field diagram of a fuel injector to be measured results in the fuel injector-specific characteristic field diagram 14, in which additionally corrections can be made with regard to existing pressure values 15 and the fuel quantity 16.
  • This gegebe ⁇ appropriate, corrected characteristic value field pattern 14 is then used to activate a Brennstoffinj ector 17th

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjektoren, für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einen Brennstoffraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, mit folgenden Schritten: Auswählen einer vorbestimmbaren Menge an Stellgliedern aus einer Vielzahl an Stellgliedern; Messen von Druck- und Massewerten jedes Stellgliedes in seinem gesamten Arbeitsbereich und Bestimmung von jeweils einem zugehörigen Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramm; Berechnen eines gemeinsamen, gemittelten Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramms als Nominal-Kennfeld für die ausgewählten Stellglieder; Bestimmung einer Mehrzahl von Korrekturkennwertfelddiagrammen und von Koordinaten innerhalb eines Kennwertfelddiagramms bestehender, optimierter Kalibrationsmesspunkte mittels dem gemittelten Kennwertfelddiagramm und den zu den ausgewählten Stellgliedern zugehörigen Kennwertfelddiagrammen, und Korrektur von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten weiterer Stellglieder mittels der Korrekturkennlinienfelddiagramme.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von Stellgliedern für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinjek- toren für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit- oder Volumen-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einem Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 8.
Aus EP 0 536 676 A ist bekannt, dass bei Brennstoffinjekto- ren, die der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Ansteu¬ ersignals Brennstoff zumessen, ein Datenträger mitgegeben wird, der Korrekturwerte enthalt, mit denen Fehler der ein¬ zelnen Injektoren ausgeglichen werden können.
Es ist hierfür vorgesehen, dass die Korrekturdaten am Ende der Fertigung jedes Kraftstoffinj ektors, die sich aufgrund gewisser Fertigungstoleranzen von Injektor zu Injektor unterscheiden und Brennstoffabgaben durchfuhren, ermittelt und in den Datenträger eingelesen werden. Dabei kann der Datenträger als Barcode oder als nur lesbares Speicherelement ausgebildet sein. Bei der ersten Initialisierung des Steuergerätes werden dann diese Daten in einen beschreibbaren Speicher des Steuergerätes eingelesen und im spateren Betrieb zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
Moderne Steuergerate beinhalten verschiedene Funktionen, die ebenfalls Korrekturwerte ermitteln, die einem Injektor zuzu¬ ordnen sind. Eine solche Funktion wird beispielsweise als Nullmengenkalibration bezeichnet. Diese Daten werden im Steu- ergerat abgelegt und zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet .
Es wird üblicherweise die individuelle Einspritzmenge eines Kraftstoffinj ektors an mehreren Prufpunkten innerhalb eines PrüfStandes erfasst. Dabei wird die Abweichung der jeweiligen Einspritzmenge vom Sollwert ermittelt. Diese Daten werden bei der Injektorfertigung in geeigneter Form auf einem Injektor angebracht. Bei der Motormontage und/oder bei der Fahrzeug- montage werden die Daten über geeignete Systeme, beispiels¬ weise über eine Diagnoseschnittstelle in das Steuergerat u- bertragen. Es gibt in diesem Zusammenhang Verfahren zur Speicherung dieser Daten, die einen Austausch dieses Steuergerätes bei Auftreten eines Defektes ermöglichen. Diese sind aus der EP 1 400 674 Bl bekannt, gemäß welcher die Klassifizie¬ rung von Daten auf einer Speichervorrichtung, die direkt an dem Brennstoffinj ektor angeordnet ist, gespeichert werden. Die zur Verfugung stehenden Daten dienen zur Nullmengen Kalibration und/oder Mengenkorrektur.
Ein vorrangiges Problem hierbei ergibt sich hierdurch, dass eine individuelle Vermessung der Kraftstoffinjektoren in ihrem gesamten Arbeitsbereich notwendig ist, um entsprechend Korrekturdaten zu berechnen und diese auf dem Brennstoffin- jektoren kenntlich zu machen. Derartige in Prufstanden durchgeführte Vermessungsverfahren sind extrem zeit- und kostenaufwandig und somit für eine in Großserie stattfindenden Pro¬ duktion einer großen Anzahl an Brennstoffinjektoren ungeeignet .
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Brennstoffinjektoren Alterungsprozeßen unterliegen, welche eine Adaption der einzelnen Brennstoffinj ektoren an ihre jeweiligen Funktionszustande erfordern. Aus der DE 41 34 304 Al ist ebenso ein Verfahren bekannt, gemäß welchem mehrere Großen eines Magnetventils einer Kraft- stoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine erfasst werden, um Ungleichformigkeiten beim Einspritzvorgang einfach und schnell auszugleichen. Auf einem Prufstand werden Fakto¬ ren bestimmt, die als gespeicherte Stellgroßenfaktoren eine zuvor berechnete Stellgroße zur Ansteuerung des Magnetventils verandern. Anschließend steuert diese veränderte Stellgroße das Magnetventil an. Die ermittelten Faktoren werden in Abhängigkeit von zuvor erfassten Großen derart ausgewählt, dass zunächst eine wahlbare Betriebsgroße der Brennkraftmaschine eingestellt wird, anschließend eine Bestimmung einer Stell¬ große, ausgehend von der auf einer Welle der Brennkraftma- schine angeordneten Markierung berechnet wird eine tatsachliche Stellgroße separat für dieses Magnetventil ermittelt wird, woraus sich der Faktor aus der berechneten Stellgroße und der ermittelten Stellgroße ergibt. Ein Abspeichern des ermittelten Faktors und ein Verandern der wahlbaren Betriebs- großen werden zudem durchgeführt, bevor diese aufgeführten Schritte bis zur Herstellung eines optimierten Funktionszu¬ standes entsprechend oft wiederholt werden.
Aus US 4,402,294 ist ein Injektionssystem bekannt, welches eine Brennstoffinjektorkalibration durchfuhrt. Es wird zur Kalibration ein Kalibrationswiderstand verwendet, der einen im Zusammenhang mit der Brennstoffdurchflussrate des Injek¬ tors korrigierenden Widerstand aufweist. Die somit ermittel¬ ten Werte werden mit einer Zahl einer Tabelle in Beziehung gesetzt. Anhand dieser Zahl wird dann die Zeitdauer bestimmt, welche erforderlich ist, um den Injektor derart zu betreiben, dass der gewünschte Brennstoffausstoß erhalten wird. Weiterhin ist bekannt, Injektoren mit in einem Prüfstand ermittelten Messdaten in verschiedene Gruppen zu klassifizieren, um hierdurch beispielsweise eine Gruppe an Injektoren mit geringen Brennstoffabgaben, eine Gruppe an Injektoren mit hohen Brennstoffabgaben und eine Gruppe an Injektoren ohne wesentliche Abweichungen von den Sollwerten der Brennstoffabgaben zu erhalten. In einem Kraftfahrzeug werden dann anschließend Kraft-stoffinjektoren aus lediglich einer Gruppe eingebaut und das Steuergerat entsprechend programmiert. Eine derartige Klassifizierung hat nachteilhaft die Zusammenfas¬ sung einer Großzahl von Injektoren innerhalb einer Gruppe mit weiterhin - wenn auch geringerer - unterschiedlichen Brenn- stoffabgabencharakteristiken zur Folge, so dass selbst bei einer Verwendung von Brennstoffinjektoren aus einer gemeinsa- men Gruppe keine optimale Aufeinanderabstimmung der in einem gemeinsamen Motor verwendeten Brennstoffinj ektoren vorliegt.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibration von Brennstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen zur Verfugung zu stellen, welches/welche eine Kompensierung von Abweichungen in den Brennstoffabgabencharakteristiken einzelner Brennstoffinj ektoren auf schnelle und kostengünstige Weise ermöglicht, ohne dass hierfür die einzelnen Brennstoffinjek- toren in ihrem gesamten Arbeitsbereich vermessen werden müssen.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelost.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinj ektoren für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einem Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, folgende Schritte durchgeführt werden:
- Auswahlen einer vorbestimmbaren Menge an Stellgliedern aus einer Vielzahl an Stellgliedern;
Messen von Druck- und Massewerten jedes Stellgliedes in seinem gesamten Arbeitsbereich und Bestimmung von jeweils einem zugehörigen Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramm;
Berechnen eines gemeinsamen, gemittelten Masse-Druck-Zeit- Kennwertfelddiagramms als Nominal-Kennfeld für die ausge¬ wählten Stellglieder;
Bestimmung einer Mehrzahl von Korrekturkennwertfelddia- grammen und von Koordinaten innerhalb eines Kennwertfeld¬ diagramms bestehender, optimierter Kalibrationsmesspunkte mittels dem gemittelten Kennwertfelddiagramm und den zu den ausgewählten Stellgliedern zugehörigen Kennwertfelddiagrammen, und - Korrektur von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten weiterer Stellglieder mittels der Korrekturkennlinienfeld- diagramme .
Durch die Verwendung von sogenannten Kennwertfelddiagrammen und die Verwendung weniger optimierter Kalibrationsmesspunkte innerhalb von Kennwertfelddiagrammen weiterer Brennstoffin- jektoren aus einer Großserie, die in ihrer Brennstoffabgaben- charakteristik bzw. ihrem Einspritzprofil analysiert werden sollen, kann jeder Brennstoffinjektor mit seinen Druck-, Mas- se- und/oder Einspritzdauerwerten an den wenigen ausgewählten optimierten Kalibrationspunkten bestimmt bzw. vermessen werden und das zugehörige Kennwertfelddiagramm durch ein abgespeichertes und auswahlbares Korrekturkennwertfelddiagramm korrigiert werden, um neue Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte für das Stellglied, insbesondere dem Brennstoffin- jektor, zu erhalten, welches zu einem Abgleich mehrerer Stellglieder in ihrer Brennstoffabgabecharakteristik und so- mit zu einer Abweichung, beispielsweise Verringerung von deren Streuung fuhren soll.
Die Korrekturkennwertfelddiagramme können in einzelnen Steu¬ ereinheiten, die nachfolgenden weiteren Brennstoffinj ektoren, welche nicht die Testinjektoren sind, zugeordnet sind, oder in einem Steuergerat, welches in einem Prufstand, in welchem die Brennstoffinj ektoren mittels der optimierten Kalibrati- onspunkte vermessen werden, abgespeichert werden. Ein Aufruf eines derartigen passenden Korrekturkennwertfeldes, wie es in einem Korrekturkennwertfelddiagramm wiedergegeben ist, zu dem jeweiligen momentan zu messenden Brennstoffinjektor, welcher aus einer Großserie stammt, findet dann statt, wenn an den ausgewählten optimierten Kalibrationsmesspunkten, die beispielsweise 1 - 20, vorzugsweise 2 - 5 in ihrer Anzahl sein können, und die in ihren Koordinaten in dem vorausgegangenen Testverfahren festgelegt worden sind, die verschiedenen Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte gemessen worden sind.
Derartige Streuungen in einem Einspritzprofil von Brennstof¬ finjektor zu Brennstoffinj ektor ergeben sich aus Abmessungsunterschieden der Bauelemente der Brennstoffinjektoren, wie es beispielsweise bei Vorliegen von Einspritzlochern mit unterschiedlichen Durchmessern, durch welche der Brennstoff in den Brennstoffräum eingespritzt wird, der Fall sein kann.
Derartige Bauelementeabmaßtoleranzen weisen eine gewisse statistische Verteilung über eine große Anzahl an Brennstoffinjektoren, wie es bei Vorliegen einer Großserie der Fall ist, auf. Dies lasst eine Art Systemidentifikation zu, in welcher einzelne zuvor erfindungsgemaß berechnete Korrekturkennwert¬ felder der einzelnen Brennstoffinjektoren mit unterschiedlichen Bauelementeabmaßtoleranzen zugewiesen werden können.
Mit Hilfe einer derartigen Systemidentifikation werden Korrekturkennwertfelder berechnet, die es ermöglichen, die Abweichung eines einzelnen Brennstoffinj ektors in seinen Werten mit jeweils einer Gewichtung pro Korrekturkennwertfeld zu kompensieren. Es reicht somit aus, dass bei jedem Brennstof- finjektor, der aus einer Großserie herausgenommen wird, nur noch vorzugsweise an wenige, beispielsweise 2 - 5 Kalibrati- onspunkten anstatt an samtlichen Punkten des Kennwertfeldes dieses Brennstoffinjektors, welches in einem Kennwertfelddia¬ gramm wiedergegeben wird, vermessen wird.
Ein derartiges erfindungsgemaßes Verfahren ermöglicht die I- dentifikation der systematischen Gesetzmäßigkeiten der Injektorstreuung von Brennstoffinj ektoren aus einer Großserie und verringert somit die Erfassung von Daten an wenigen Messpunk- ten pro Brennstoffinj ektor, um anschließend eine Korrektur des Kennwertfeldes durchzufuhren. Hierdurch wird eine Zeit- und Kostenersparnis bei der Überprüfung von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerten vieler Stellglieder, insbesondere Brennstoffinjektoren erreicht, und somit das Durchtesten einer Großserie an Brennstoffinjektoren beschleunigt. Eine derartige Überprüfung mittels weniger Messpunkte hat an¬ schließend eine Kompensierung festgestellter Abweichungen in den Werten mittels der Korrekturkennwertfelder zur Folge, die vorteilhaft dazu fuhrt, dass die einzelnen Brennstoffinjekto- ren in ihren Brennstoffabgabecharakteristiken aufeinander abgestimmt werden und somit eine optimierte Verbrennung inner¬ halb einer Brennkraftmaschine erzeugen. Zur Korrektur der Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte werden Brennstoffinj ektorenkennwertfelddiagramme der weiteren Stellglieder, die aus einer Großserie zu vermessen sind, durch Messung von Druck- und Massewerten an den optimierten Kalibrationspunkten, die zuvor bestimmt worden sind, bestimmt und mittels daraus gewonnener Messergebnisse wird eines der Korrekturkennfelddiagramme jedem Stellglied zugeordnet, um das dem Stellglied, insbesondere dem Brennstoffinjektor, zu¬ gehörige Korrekturkennfelddiagramm zu verandern.
Die Daten der Korrekturkennwertfelddiagramme werden in den weiteren Stellgliedern zugeordneten Steuereinheiten bzw. einem gemeinsamen Steuergerat gespeichert.
Die Korrekturkennwertfelddiagramme werden in Abhängigkeit von dem Alter des zu korrigierenden Stellgliedes gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform mittels unterschiedlichen Alters- adaptionskennwertfelddiagrammen in ihren Werten korrigiert. Hierfür werden die aus einer Menge von 10 - 1000 ausgewählten Brennstoffinj ektoren, die zu Testzwecken dienen, einem Alterungstest unterzogen und regelmäßig vermessen. Es erweist sich als vorteilhaft, diese Messungen parallel sowohl auf Spezialprufstanden als auch in Feldversuchen in Kraftfahrzeugen durchzufuhren, um die Veränderungen sorgfaltig aufeinan- der abzustimmen und miteinander abzuwägen.
Mit Hilfe dieser Messungen werden nach dem gleichen Systemidentifikationsverfahren die Korrekturkennwertfelder alte- rungsabhangig adaptiert, indem die Altersadaptionskennwert- felddiagramme geschaffen werden und über Datenbanken oder Datenträger zur Verfugung gestellt werden. Sie können bereits wahrend der Produktion der Großserie in einem Steuergerat hinterlegt werden, wenn bis zu diesem Zeitpunkt die Alte¬ rungseffekte bekannt bzw. abschatzbar sind. Wenn sich zum Zeitpunkt der Fertigung oder des Einbaus unvorhersehbare Langzeitdrifts bei den Kennwertfeldern der Brennstoffinj ektoren ergeben, besteht die Möglichkeit diese Kennwertfelder bei einer regelmäßig durchzuführenden Kraftfahrzeuginspektion zu aktualisieren. Wenn die alterungsabhan- gigen Kennwertfelder nicht in dem Steuergerat gespeichert werden, können sie bei jeder Inspektion beispielsweise über ein Diagnosegerat angepasst werden.
Es ist ebenso gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform die Kopplung der Korrekturkennwertfelddiagramme denkbar, wenn ein Abfall des Druckwertes stattfindet. Eine derartige Korrektur, die bei Druckabfallen im Rail wahrend oder nach den Ein- spritzvorgangen stattfindet, ist vorteilhaft, da sich hier¬ durch das Brennstoffinj ektorverhalten über die Korrelations¬ funktionen individuell für jeden Brennstoffinjektor beeinflussen lasst. Eine derartige Korrektur des Kennwertfeldes eines Brennstoffinj ektors kann durch Parallelverschiebung des Kennwertfeldes erfolgen.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Korrekturkennwertfelder mit einem Minimum Fuel Mass Adaptation (MFMA) -Verfahren zur automatischen Adaption an die Injektoralterung bei laufendem Motor gekoppelt wird. Dies ermöglicht eine laufende Korrektur der Brenn-stoffinjektoren in Abhängigkeit von deren Alterserscheinungen .
Vorzugsweise werden die injektorindividuellen Kalibrationsda- ten, welche sich als Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte aus der Anwendung der Korrekturkennwertfelddiagramme und der Messung an den optimierten Kalibrationspunkten als Korrektur ergeben, als Datenblatt dem Brennstoffinj ektor beigefugt, und/oder als Zahlenwert auf dem Injektor aufgedruckt. Alternativ können diese Daten als Punkt-/Strichcode, 2D- Strichcode, Matrixcode etc. auf dem Brennstoffinjektor aufge¬ druckt werden. Ebenso ist eine Speicherung in einem RFID-Chip oder in einem elektronischen Datenspeicherelement, der auf dem Brennstoffinjektor angeordnet ist, denkbar. Auch eine Hinterlegung der Daten in einer Datenbank ist denkbar, die bei dem Brennstoffinj ektorhersteller oder dem Fahrzeughersteller existiert. Ebenso können diese Daten über das Internet oder über Datenträger den Werkstatten zur Verfugung ge- stellt werden. Die Abweichungsdaten können auch einzelnen Widerstanden zugeordnet werden.
Zur Bestimmung der Korrekturkennwertfelddiagramme werden ein erster bis L-ter optimierter Kalibrationsmesspunkt mit einem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt und mit den ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagrammen werden Abweichungen der Koordinaten von Messpunkten in den N Kennwertfelddiagrammen der N Stellglieder von Koordinaten von Messpunkten in dem gemittelten Kennwertfelddiagramm berech- net.
Vorteilhaft weist eine Vorrichtung zur Kalibration von Stellgliedern, insbesondere Brenn-stoffinjektoren, die ein Verfahren, wie beschrieben, durchfuhrt, das Steuerungsgerat zur Durchfuhrung eines derartigen Verfahrens auf, wobei das Steu¬ ergerat bzw. die Vorrichtung einer hierfür entsprechend programmierten Software aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen ergeben sich aus den Unteranspruchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen: Fig. IA In einem Masse-Zeit-Diagramm Kennlinien verschiedener Brennstoffinj ektoren, die zu Testzwecken ausgewählt worden sind, bei einem ersten Druckwert;
Fig. IB in einem Masse-Zeit-Diagramm die Kennlinien verschiedener Brennstoffinj ektoren, die zu Testzwecken ausgewählt worden sind, bei einem vom ersten Druckwert kleineren zweiten Druckwert;
Fig. 2A in einem Druck-Masse-Diagramm eine schematische Darstellung eines Kennwertfelds;
Fig. 2B in einem Druck-Masse-Diagramm eine schematische Darstellung eines Korrekturkennwertfelds, und
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung die Grundfunktion des erfindungsgemaßen Verfahrens.
In den Figuren IA und IB wird in jeweils einem Masse-Zeit- Diagramm eine Mehrzahl an Brennstoffinjektoren in ihren Kennlinien dargestellt, wobei es sich hierbei um eine Auswahl an Brennstoffinj ektoren aus einer Großserie handelt. Beispiels¬ weise werden 100 Brennstoffinjektoren ausgewählt.
Die verschiedenen Beispiele geben Kennlinien von Brennstoffinjektoren mit unterschiedlichen Masseangaben hinsichtlich ihrer Brennstoffabgaben in Abhängigkeit von der Zeit an. Die unterschiedlichen Brennstoffinj ektorenkennlinien geben Kenn- linien von Brennstoffinjektoren mit unterschiedlichen darin vorherrschenden Druckwerten wieder.
Die in Fig. IA wiedergegebenen Kennlinien entstehen bei einem ersten Druckwert pi . Die in Fig. IB wiedergegebenen Kennli- nien entstehen bei einem zweiten Druckwert P2, der kleiner als pi ist.
Bei einer normierten Brennstoffinjektorkennlinie mit einem Druckwert pi = const oder p2 = const ist in einem ersten
Zeitabschnitt 1 ein Leerhub (Blind Lift), der diejenige Zeit¬ spanne angibt, in welcher ein Piezoelement ohne Berührung zu einem Steuerventil sich in Richtung des Steuerventils bewegt, wiedergegeben. Mit dem zweiten Zeitabschnitt 2 ist ein bal- listischer Bereich der Einspritznadel wiedergegeben. In dem dritten Zeitabschnitt 3 wird der lineare Bereich des Brennstoffinj ektors dargestellt.
In Fig. 2A ist ein Kennwertfelddiagramm bzw. ein Kennwertfeld (Kennfeld genannt) in schematischer Darstellung und in Fig. 2B ein Kennwertfelddiagramm mit einzelnen eingezeichneten Korrekturpunkten, wiedergegeben, wie es sich aus der Vermessung eines Brennstoffinjektors an beispielsweise 600 Punkten seines Arbeitsbereiches ergibt. Dieses Kennwertfeld setzt sich aus über die Ordinate aufgetragene Druckwerte, z. B. 20, und aus den über die Abszisse aufgetragenen Massewerten, z. B. 30, zusammen und ergibt letztendlich in zeitlicher Abhängigkeit die einzelnen gemessenen Druck- und Massewerte eines Brennstoffinj ektors wieder. Hierbei werden beispielsweise 20 Druckwerte und 30 Massewerte dargestellt.
Es werden nun N Brennstoffinj ektoren zu Testzwecken ausgewählt, um sogenannte Korrekturkennwertfelder zu bestimmen und nachfolgende Berechnung wird durchgeführt:
Jedes Tn ist eine Zeitmatrix mit den Stutzstellen eines
Kennfeldes, wobei die Spalten diskreten Massewerten und die Zeilen diskreten Druckwerten des n-ten Brennstoffinjektors zugeordnet sind.
Diese werden durch Messung der ausgewählten N Brennstoffin- jektoren in ihrem Arbeitsbereich zur Bestimmung der Zeitwerte in Abhängigkeit von Druck und Masse bestimmt.
Gemessen werden also N Kennfelder Tn bei N Testinjektoren, n
= 1 ... N
Es muss nicht der gesamte Arbeitsbereich vermessen werden. Aus geeigneten Punkten im Arbeitsbereich können die restlichen Punkte auch extrapoliert bzw. interpoliert werden.
Anschließend wird aus diesen Kennwertfelddiagrammen ein ge- mitteltes Kennwertfelddiagramm T berechnet:
Figure imgf000015_0001
Es gilt nun für eine festzustellende Abweichung eines Kenn¬ wertfelddiagramms eines weiteren zu prüfenden Brennstoffin- jektors aus der Großserie folgendes:
T n = T + AT n
L
Für A T n wi rd eine Näherung einge führt : A f n « ^ Δ kn, i • C i
L
T n T + Σ Δ k n, 1 C
/=1 wobei C die Zeitmatrix eines Korrekturkennfeldes,
1 = 1 L die Anzahl an Korrekturkennfeldern (z. B. L = 5) , und
k n/i die injektorindividuellen Korrekturwerte sind.
Es gilt: kn,i = kn,i (πii , px)
oder: kn,i = kn,i (ti , pi)
Dabei stellen πii , pi und ti die Stutzstellen dar, an denen die Injektoren kalibriert werden.
An L optimalen Punkten kn,i (πii, pi) werden injektorindividuelle Abweichungen bestimmt, wobei wieder gilt
Figure imgf000016_0001
und
A kn, i = kn, i - k ι
Für die Korrekturmatrizen gilt nun
L l
∑ { Δ kn/ 1 (im , Pl ) • C i } = A T n
1=1
in Matrixnotation Ak1 l... Ak1 1... Ak1 L C AT
C AT
AkN 1...AkN l...AkN L C AT
entspricht
X B
Mit P = AΎ A A
kann eine optimale Losung für dieses uberbestimmte Glei- chungssystem angegeben werden:
X = P • B
Mit zunehmender Anzahl L verbessert sich auch die Korrektur- genauigkeit. L wird vorzugsweise empirisch bestimmt.
Bestimmung optimaler Orte pi, πii bzw. ti
Die Orte pi, Hi1 bzw. ti können entweder empirisch vorgegeben werden oder, wie nachfolgend beschrieben, über einen Optimie- rungsalgoπthmus gefunden werden.
Optimale Orte der Korrekturpunke kn,i (πii, pi) bzw. kn,i (πii, ti) werden ermittelt, in dem die Orte πii, pi bzw. ti solange variiert werden, bis sich ein minimaler Fehler in der Gleichung lτ f [ Arn - ∑ {Δkn, ! (πii, Pi) «Ci }] . 1= mm
einstellt .
Für f (x) können folgende Funktionen angesetzt werden,
f (X) = σn (Xn)
X = Σ X,
wobei die Verwendung der Standardabweichung σn (Xn) aufgrund der statistischen Verteilung der Fehler in diesem Falle vorzuziehen ist.
In einem derartigen Iterationsverfahren wird mittels eines ersten herausgegriffenen Messpunktes ein erstes Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt und mit dem ersten Korrekturkennwertfelddiagramm werden die Abweichungen bzw. Fehler bei samtlichen zu Testzwecken ausgewählten Brennstoffinjektoren berechnet. Dies wird bei samtlichen Messpunkten durchgeführt. Somit ergeben sich 600 Einzelfehler. Aus dem kleinsten Fehler folgt der beste Ort für den 1. Kalibrationspunkt Δkn,i. In gleicher Weise werden auch die anderen L Orte gefunden. In einer Schleife werden nun reihum alle L Orte nochmals solange getestet und erforderlichenfalls verschoben, bis sich eine optimale Anpassung einstellt.
Somit findet eine Variierung von vier ausgewählten Messpunk- ten in ihren Werten solange statt, bis vier optimierte Ka- librationspunkte und somit auch vier optimierte Korrektur- kennwertfeldermatrizen vorliegen. Dies ermöglicht die Vermessung weiterer Brennstoffinjektoren aus einer Großserie an lediglich 2-5, beispielsweise 4 Messpunkten, nämlich den sogenannten optimierten Kalibrationsmesspunkten innerhalb des Kennwertfelddiagrammes eines jeden Brennstoffinj ektors und eine anschließende Kompensierung der festgestellten Fehler mittels einem zugehörigen Korrekturkennwertfelddiagramm, ohne dass der gesamte Arbeitsbereich, also samtliche 600 Meßpunkte eines Kennwertfelddiagramms des Brennstoffinj ektors, durchge- messen werden muß.
Alternativ zu einem derartigen Iterationsverfahren ist ein Gradientenverfahren denkbar.
In Fig. 3 wird in einer schematischen Darstellung das Grundprinzip des erfindungsgemaßen Verfahrens wiedergegeben. Ein Injektorkennwertfelddiagramm 10 wird mit einem berechneten Korrekturkennwertfelddiagramm 11, welches einem individuellen Brennstoffinj ektor 12 zugeordnet ist, verglichen, wie es durch das Bezugszeichen 13 wiedergegeben wird. Eine sich daraus ergebende Korrektur des Kennwertfelddiagramms eines zu vermessenden Brennstoffinj ektors ergibt das brennstoffinjektorspezifische Kennwertfelddiagramm 14, in welchem zusatzlich Korrekturen hinsichtlich bestehender Druckwerte 15 und der Brennstoffmenge 16 durchgeführt werden können. Dieses gegebe¬ nenfalls korrigierte Kennwertfelddiagramm 14 wird dann zur Aktivierung eines Brennstoffinj ektors 17 eingesetzt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinj ektoren, für Brennkraftmaschinen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und einem Massewert in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte: - Auswahlen einer vorbestimmbaren Menge an Stellglie- dern aus einer Vielzahl an Stellgliedern;
Zeitabhängiges Messen von Druck- und Massewerten jedes Stellgliedes in seinem gesamten Arbeitsbereich und Bestimmung von jeweils einem zugehörigen Masse- Druck-Zeit-Kennwertfelddiagramm; - Berechnen eines gemeinsamen, gemittelten Masse-Druck- Zeit-Kennwertfelddiagramms als Nominal-Kennfeld für die ausgewählten Stellglieder;
Bestimmung einer Mehrzahl von Korrekturkennwertfelddiagrammen und von Koordinaten innerhalb eines Kenn- wertfelddiagramms bestehender, optimierter Kalibrati- onsmesspunkte mittels dem gemittelten Kennwertfeld¬ diagramm und den zu den ausgewählten Stellgliedern zugehörigen Kennwertfelddiagrammen, und Korrektur von Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauer- werten weiterer Stellglieder mittels der Korrektur- kennlinienfelddiagramme .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Korrektur der Druck-, Masse- und/oder Einspritzdauerwerte Kennwertfelddiagramme der weiteren Stellglieder durch Messung von Druck- und Massewerten an den optimierten Kalibrationspunkten bestimmt und mittels daraus gewonnener Messergebnisse eines der Korrekturkennwert¬ felddiagramme jedem Stellglied zugeordnet wird, um das dem Stellglied zugehörige Kennwertfelddiagramm zu verandern .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Daten der Korrekturkennwertfelddiagramme in den weiteren Stellgliedern zugeordneten Steuereinheiten gespeichert werden.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Anzahl der optimierten Kalibrationsmesspunkte 1 - 20, vorzugsweise 2 - 5 gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Korrekturkennwertfelddiagramme in Abhängigkeit von dem Alter des zu korrigierenden Stellgliedes mittels un¬ terschiedlicher Altersadaptionskennwertfelddiagramme in ihrem Wert korrigiert werden.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Korrekturkennwertfelddiagramme durch einen Abfall des Druckwertes in ihren Werten korrigiert werden.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Bestimmung der Korrekturkennwertfelddiagramme ein erster bis L-ter optimierter Kalibrationsmesspunkt mit einem ersten bis L-ten Korrekturkennwertfelddiagramm bestimmt wird und mit dem ersten bis L-ten Korrekturkenn- wertfelddiagramm Abweichungen der Koordinaten von Messpunkten in den N Kennwertfelddiagrammen der N Stellglieder von Koordinaten von Messpunkten in dem gemittelten Kennwertfelddiagramm berechnet werden.
8. Vorrichtung zur Kalibration von Stellgliedern, insbesondere Brennstoffinj ektoren, für Brennkraftmaschinen mittels Masse-Druck-Zeit-Kennwertfelddiagrammen, wobei mit jedem Stellglied Brennstoff mit einem Druckwert und ei- nem Massewert in einem Brennstoffräum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vorrichtung ein Steuerungsgerat zur Durchfuhrung eines verfahrensgemaß einem der vorangegangenen Ansprüche umfaßt.
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