DE102007062279B4 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere in Kraftfahrzeugen, bei dem Kraftstoff mittels mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) in mindestens einen Brennraum (12) der Brennkraftmaschine (10) gelangt, bei dem eine eingespritzte Kraftstoffmenge von einer Einspritzdauer (180) der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) abhängt und bei dem eine Öffnungsbewegung eines Ventilelements (15) der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) nicht durch einen Anschlag begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerbeginn der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (14) so verändert wird, dass die Differenz zwischen einem Ist-Einspritzende (195) und einem Soll-Einspritzende (200) minimal wird, wobei als Regelgröße der zeitliche Abstand zwischen einem Ansteuerende (120) und dem Ist-Einspritzende (195) dient, und dass als Stellgröße eine Ansteuerdauer (130) dient.Method for operating an internal combustion engine (10), in particular in motor vehicles, in which fuel reaches at least one combustion chamber (12) of the internal combustion engine (10) by means of at least one fuel injection device (14), in which an injected fuel quantity of one injection duration (180) is dependent on the fuel injection device (14) and in which an opening movement of a valve element (15) of the fuel injection device (14) is not limited by a stop, characterized in that a control start of the fuel injection device (14) is changed so that the difference between an actual injection end (195) and a desired injection end (200) is minimal, wherein the time interval between a drive end (120) and the actual injection end (195) serves as control variable, and in that a control duration ( 130) serves.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und eine Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a control and / or regulating device and an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art kommt beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit einem Common Rail Kraftstoffsystem zum Einsatz. Das Common Rail, oder kurz Rail genannt, ist eine gemeinsame Kraftstoff-Hochdruckleitung für die Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff. An das Rail sind Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen, auch Injektoren genannt, angeschlossen. Einspritzzeitpunkt und Einspritzdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen werden pro Zylinder durch ein Steuergerät mittels eines Kennfelds abhängig von einer Soll-Einspritzmenge und von einem aktuellen Raildruck gesteuert. Vom Steuergerät werden pro Kraftstoff-Einspritzvorrichtung Ansteuersignale für einen Aktor erzeugt, der wiederum für einen Einspritzvorgang ein Ventilelement betätigt.A method of the type mentioned is used for example in internal combustion engines with a common rail fuel system. Common rail, or rail for short, is a common high-pressure fuel line for supplying the cylinders with fuel. Fuel injectors, also called injectors, are connected to the rail. Injection time and injection duration of the fuel injectors are controlled per cylinder by a control unit by means of a map depending on a target injection quantity and a current rail pressure. From the control unit control signals for an actuator are generated per fuel injection device, which in turn actuates a valve element for an injection process.
Fertigungstoleranzen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen, ein Verschleiß über die Lebensdauer, Druckwelleneffekte im Hochdruckbereich des Einspritzsystems und sonstige veränderliche Randbedingungen im Betrieb der Brennkraftmaschine können Abweichungen einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge verursachen. Diese Mengenabweichungen können durch Korrekturen einer Ansteuerdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung teilweise kompensiert werden. So können bspw. Fertigungstoleranzen durch einen sog. Injektormengenabgleich (IMA) kompensiert, im Hochdruckbereich entstehende Druckschwingungen durch eine Druckwellenkorrektur (DWK) teilweise ausgeglichen oder Auswirkungen durch Verschleiß mit einer Nullmengenkalibrierung (NMK) minimiert werden.Manufacturing tolerances of the fuel injection devices, wear over the life, pressure wave effects in the high pressure region of the injection system and other variable boundary conditions during operation of the internal combustion engine may cause deviations of an actual injection amount of a target injection quantity. These quantity deviations can be partially compensated by corrections to a drive duration of the fuel injection device. Thus, for example, manufacturing tolerances can be compensated by a so-called injector counterbalancing (IMA), pressure oscillations arising in the high-pressure region can be partially compensated by a pressure wave correction (DWK) or effects due to wear with a zero-quantity calibration (NMK) can be minimized.
Aus der
Aus der
Die
Die
Die
Die
Auch die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Steuer- und Regeleinrichtung sowie eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass diese noch zuverlässiger und präziser arbeiten, so dass Fertigungstoleranzen noch besser kompensiert, Verschleißeinflüsse stärker reduziert und geringere Emissionen bei niedrigem Kostenaufwand erzielt werden.The object of the invention is to develop a method, a control and regulating device and an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that they work even more reliably and precisely so that manufacturing tolerances are even better compensated, wear influences are reduced more and lower emissions are achieved at low cost ,
Zur Lösung der Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass eine Ansteuerdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung so verändert wird, dass die Differenz zwischen einem Ist-Einspritzende und einem Soll-Einspritzende minimal wird. Dazu wird vorzugsweise ein Ansteuerbeginn verschoben. Als Regelgröße wird der zeitliche Abstand zwischen einem Ansteuerende und dem Ist-Einspritzende verwendet. Weiterhin wird als Stellgröße des Regelkreises eine Ansteuerdauer verwendet.To solve the problem is proposed starting from the method for operating an internal combustion engine of the type mentioned that a drive time of the fuel injection device is changed so that the difference between an actual injection end and a target end of injection is minimal. For this purpose, an activation start is preferably shifted. The controlled variable used is the time interval between a drive end and the actual injection end. Furthermore, a control period is used as a control variable of the control loop.
Dies ist mit geringem Applikationsaufwand und ohne Einfluss auf die Hardware, beispielsweise eine Endstufe, realisierbar. Der zeitliche Abstand Abstand zwischen dem Ansteuerende und dem Ist-Einspritzende entspricht mindestens in etwa einer Ventilelementschließdauer und kann in einem geschlossenen Regelkreis durch Verschieben des Beginns eines Ansteuersignals schnell so eingeregelt werden, dass man den Soll-Einspritzendezeitpunkt erhält.This can be achieved with little application effort and without any influence on the hardware, for example an output stage. The time interval between the drive end and the actual injection end corresponds at least approximately to a valve element closing duration and can be quickly adjusted in a closed loop by shifting the start of a drive signal to obtain the target injection end time.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung Mittel aufweisen, die ein Verfahren der obigen Art mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gewährleisten. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus auch in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei diese Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Furthermore, it is proposed that the internal combustion engine and a control and / or regulating device have means which ensure a method of the above type with the features of the independent claims. Advantageous developments are specified in subclaims. For the invention important features are also found in the following description and in the drawing, these features may be important both alone and in different combinations for the invention, without being explicitly pointed out.
Viele Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen verwenden sog. ”fliegende” Ventilelemente, deren Öffnungsbewegung nicht durch einen Anschlag begrenzt wird, sondern die durch eine Ansteuerung eines dem Ventilelement zugeordneten Aktors in einem geöffneten Schwebezustand gehalten werden, oder deren Öffnungsbewegung solange andauert, wie der Aktor angesteuert wird. Wird die Ansteuerung beendet, wird das Ventilelement durch eine ständig in Schließrichtung wirkende Beaufschlagungseinrichtung, beispielsweise durch eine hydraulische Kraft, in Schließrichtung bewegt, bis es am Ventilsitz auftrifft. Dabei sind die Geschwindigkeit des Ventilelements während der Öffnungsbewegung als auch die Geschwindigkeit während der Schließbewegung im allgemeinen mit hinreichender Genauigkeit bekannt. Dies wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um lediglich durch Verändern der Ansteuerdauer das Einspritzende und damit auch die Einspritzmenge so zu beeinflussen bzw. zu korrigieren, dass vorgegebene Sollwerte eingehalten werden. Es muss also nur eine einzige Betriebsgröße – nämlich die Ansteuerdauer – bspw. in einem Regelkreis durch Verschieben des Ansteuerbeginns ausgeregelt werden, um die für den Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wesentlichen Parameter, wie Einspritzbeginn, Einspritzende, Einspritzdauer und Einspritzmenge auf gewünschte Werte einzustellen bzw. einzuregeln, die einen verbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleisten und somit die gesetzlichen Forderungen nach Verbesserung von Abgasemissionswerten und Senkung des Kraftstoffverbrauchs erfüllen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit sehr effektiv und kostengünstig.Many fuel injection devices use so-called "flying" valve elements, whose opening movement is not limited by a stop, but which are held by an actuator associated with the valve element in an open floating state, or their opening movement continues as long as the actuator is driven. If the control is terminated, the valve element is moved in the closing direction by a constantly acting in the closing direction loading device, for example by a hydraulic force until it impinges on the valve seat. In this case, the speed of the valve element during the opening movement as well as the speed during the closing movement are generally known with sufficient accuracy. This is utilized according to the invention in order to influence or correct the end of injection and thus also the injection quantity only by changing the actuation duration in such a way that predetermined setpoint values are maintained. Thus, only a single operating variable-namely, the activation duration-must be adjusted in a control circuit by shifting the start of control in order to set the parameters essential for the operation of the fuel injector, such as start of injection, end of injection, injection duration and injection quantity, to desired values or regulate that ensure a low-consumption and low-emission operation of the internal combustion engine and thus meet the legal requirements for improving exhaust emissions and reducing fuel consumption. The inventive method is thus very effective and inexpensive.
Durch das ständige Überwachen des Ist-Einspritzendes ist gewährleistet, dass Fertigungstoleranzen, verschleißbedingte Veränderungen der Ventilelemente und der Ventilsitze, Druckwelleneffekte und sonstige veränderliche Randbedingungen im Betrieb der Brennkraftmaschine über die Lebensdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung erkannt und ausgeglichen werden können, wobei eine Vielzahl von bisher angewendeten Systemfunktionen entfallen kann. Somit wird das Gesamtsystem vereinfacht und der Applikationsaufwand verringert. Komplexe Wechselwirkungen zwischen einzelnen Funktionen werden reduziert oder gänzlich vermieden. Durch das Verfahren kann ferner die Endprüfung bei der Fertigung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung vereinfacht werden, weil Prüfdaten der Endprüfung nicht mehr oder nur in geringem Umfang für eine Mengenkorrektur im Betrieb der Brennkraftmaschine benötigt werden. Eine Beeinflussung von Leistung, Geräusch oder Emission durch Abweichung der Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge wird auch bei wechselnden Randbedingungen im Betrieb der Brennkraftmaschine vermieden. Außerdem können die ermittelten Informationen den elektronischen Diagnoseeinrichtungen (z. B. Onboard-Diagnose-Einrichtung) des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden, um Fehler an der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zu erkennen und den Fahrer bspw. über eine Kontrollleuchte am Armaturenbrett zum Aufsuchen einer Werkstatt veranlassen.Constant monitoring of the actual injection end ensures that manufacturing tolerances, wear-related changes in the valve elements and the valve seats, pressure wave effects and other variable boundary conditions can be detected and compensated during operation of the internal combustion engine over the life of the fuel injection device, with a variety of previously applied System functions can be omitted. This simplifies the overall system and reduces the application effort. Complex interactions between individual functions are reduced or completely avoided. Furthermore, the method can simplify the final test in the manufacture of the fuel injection device because test data of the final test are no longer required or only to a small extent for a quantity correction during operation of the internal combustion engine. An influence of power, noise or emission by deviation of the actual injection quantity from a desired injection quantity is avoided even with changing boundary conditions during operation of the internal combustion engine. In addition, the information obtained may be provided to the electronic diagnostic devices (eg, onboard diagnostic device) of the motor vehicle to detect faults in the fuel injection device and to cause the driver, for example, via a dashboard indicator light to visit a workshop ,
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Ist-Einspritzendes ein Druckverlauf in der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und/oder in einem Kraftstoffverteiler und/oder und/oder in einer Leitung zwischen Kraftstoffverteiler und Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und/oder ein Signal eines Körperschallsensors ausgewertet wird. Die genannten Druckverläufe sind mit üblicherweise ohnehin vorhandenen Sensoren auf einfache Art ermittelbar, so dass keine zusätzliche Hardware für die Durchführung des Verfahrens erforderlich ist. Gleiches gilt für Körperschallsensoren, die bei vielen Brennkraftmaschinen beispielsweise für die Erfassung eines Brennverlaufs ohnehin vorhanden sind. Diese Weiterbildung ist daher kostengünstig.Furthermore, it is proposed that a pressure profile in the fuel injection device and / or in a fuel distributor and / or in a line between fuel distributor and fuel injection device and / or a signal of a structure-borne sound sensor is evaluated to determine the actual injection end. The pressure profiles mentioned can be determined in a simple manner with sensors which are usually present anyway, so that no additional hardware is required for carrying out the method. The same applies to structure-borne sound sensors, which are already present in many internal combustion engines, for example for the detection of a combustion process. This development is therefore inexpensive.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Ist-Einspritzendes Rückwirkungen eines Schließens des Ventilelements auf einen Aktor mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ausgewertet werden. Solche Rückwirkungen werden beispielsweise in Form entsprechender Signale über die vorhandenen elektrischen Ansteuerleitungen von dem Aktor an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung übertragen. Ein zusätzlicher Sensor ist in diesem Fall nicht erforderlich, wodurch Kosten gespart werden.In addition, it is proposed that, to determine the actual injection end, repercussions of a closing of the valve element on an actuator of at least one fuel injection device are evaluated. Such reactions are transmitted, for example, in the form of corresponding signals via the existing electrical control lines from the actuator to the control and / or regulating device. An additional sensor is not required in this case, which saves costs.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Sollwert für die Regelgröße aus einem Kennfeld ermittelt wird, in welches eine Ansteuerdauer und/oder eine Einspritzmenge und ein Kraftstoffdruck eingespeist wird. Die Ermittlung der Regelgröße aus einem Kennfeld bietet die vorteilhafte Möglichkeit, viele Größen, die die Kraftstoff-Einspritzung beeinflussen, angemessen zu berücksichtigen. Darüber hinaus werden durch ein solches Kennfeld Rechenressourcen gespart.It is also proposed that a desired value for the controlled variable is determined from a characteristic map into which a drive duration and / or an injection quantity and a fuel pressure are fed. The determination of the controlled variable from a map offers the advantageous possibility of adequately taking into account many variables which influence the fuel injection. In addition, such a map saves computational resources.
Wenn das Kennfeld in einem Motorprüfstand bestimmt wird, können sehr viele Parameter berücksichtigt werden, und es werden an der Serien-Brennkraftmaschine Rechenresssourcen eingespart.If the map is determined in an engine test bench, very many parameters be taken into account, and it saves on the series internal combustion engine Rechenresources.
Wird das Kennfeld dagegen während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine unter Einhaltung bestimmter Randbedingungen (beispielsweise Neuzustand der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung) für jede Kraftstoff-Einspritzvorrichtung individuell eingelernt, können Besonderheiten einzelner Kraftstoff-Einspritzvorrichtungstypen von vorn herein im Kennfeld berücksichtigt werden.On the other hand, if the characteristic map is individually taught for each fuel injection device during normal operation of the internal combustion engine while maintaining certain boundary conditions (for example, new state of the fuel injection device), particularities of individual fuel injection device types can be taken into account from the outset in the characteristic field.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass ein Einfluss mindestens einer aktuellen Betriebsgröße, insbesondere einer aktuellen Temperatur, auf eine Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilelements durch eine gesteuerte Korrektur der Regelung berücksichtigt wird. Dies ermöglicht eine besonders genaue Korrektur des Einspritzvorgangs und kann bspw. durch eine überlagerte Korrektur der Regelung der Ansteuerdauer erreicht werden.In addition, it is proposed that an influence of at least one current operating variable, in particular a current temperature, on a movement speed of the valve element by a controlled correction of the control is taken into account. This allows a particularly accurate correction of the injection process and can be achieved, for example, by a superimposed correction of the regulation of the activation duration.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend wird anhand von Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it:
Auführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die in ihrer Gesamtheit in
Durch einen Aktor
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
Im unteren Abschnitt von
Der Hubverlauf ergibt sich aufgrund folgender Sachverhalte: Bei der oben erwähnten ballistischen Ausführungsform hebt das Ventilelement
Durch Auswertung der Signale des Körperschallsensors
Dem liegt die Annahme zu Grunde, dass zwei direkt hintereinander folgende Einspritzungen unter annähernd gleichen Bedingungen stattfinden. Die Regelgröße des Regelkreises ist vorzugsweise die Ventilelementschließdauer
Aus Diagramm
Die Geschwindigkeit des Ventilelements
Sollen Temperaturschwankungen oder spezielle Eigenschaften der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
Ein möglicher Ablauf der Regelung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
Wird eine Differenz festgestellt, wird der Differenzwert in den oben beschriebenen Regelkreis (Schritt
Wird in Schritt
In einer alternativen Ausführungsform kann auf den Vergleich der Soll-Ventilelementschließdauer
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140522 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |