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DE102019200903A1 - Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwerts für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwerts für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors Download PDF

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Alexander Schenck Zu Schweinsberg
Petra Manner
Markus Amler
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors beschrieben, bei der mittels der Kraftstoffinjektors Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei ein für eine statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor repräsentativer Wert ermittelt wird, in dem bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ein Verhältnis einer im Hochruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz und einer zugehörigen für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer ermittelt wird. Ein erster Korrekturwert, der zur Steuerung verwendet wird, wird mit niederer Lerngeschwindigkeit und ein zweiter Korrekturwert wird mit hoher Lerngeschwindigkeit ermittelt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors, bei der mittels des Kraftstoffinjektors Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in einen Brennraum eingespritzt wird.
  • Stand der Technik
  • Bei Kraftfahrzeugen gelten hinsichtlich einzuhaltender Emissionen von Schadstoffen teilweise sehr strenge Grenzwerte. Um aktuelle und insbesondere auch zukünftige Emissions- bzw. Abgasgrenzwerte einzuhalten, ist unter anderem eine genaue Kraftstoffzumessung bei der Einspritzung entscheidend.
  • Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der Zumessung verschiedene Toleranzen auftreten. Solche Zumesstoleranzen resultieren im Allgemeinen aus einer exemplarabhängigen Nadeldynamik und exemplarabhängiger statischer Durchflussrate der Kraftstoffinjektoren. Ein Einfluss der Nadeldynamik kann beispielsweise durch einen mechatronischen Ansatz, wie beispielsweise einer sogenannten Controlled Valve Operation (CVO) reduziert werden. Bei einer CVO werden Ansteuerzeiten der Kraftstoffinjektoren im Sinne einer Regelung, beispielsweise über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs hinweg angepasst. Dabei werden während der Einspritzung das Ansteuersignal erfasst und parallel aus Öffnungs- und Schließzeitpunkt die Offendauer der Ventilnadel ermittelt. So kann die tatsächliche Offendauer eines Kraftstoffinjektors errechnend und gegebenenfalls nachgeregelt werden. Aus der DE 10 2009 002 593 A1 ist ein solches Verfahren zum Regeln einer Ist-Offendauer eines Ventils auf eine Soll-Offendauer beschrieben.
  • Fehler bei der statischen Durchflussrate resultieren aus Toleranzen der der Geometrie des Kraftstoffinjektors, insbesondere des Einspritzloches des Kraftstoffinjektors, und Toleranzen des Nadelhubs. Solche Fehler können bisher meist nur global, d.h. hinsichtlich aller Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine gemeinsam beispielsweise auf Basis einer Lambdaregelung bzw. einer Gemischadaption korrigiert werden.
  • Ferner ist aus der DE 10 2015 205 877 A1 ein Verfahren bekannt, mittels dem erkannt werden kann, ob einzelne Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine eine Abweichung hinsichtlich ihrer statischen Durchflussrate aufweisen. Als statische Durchflussrate wird das Verhältnis zwischen eingespritzter Menge und der Offendauer des Injektors bezeichnet.
  • Das in der DE 10 2015 205 877 A1 beschriebene Verfahren basiert auf der Auswertung von Raildruckeinbrüchen bei der Einspritzung. Hierfür werden Korrekturwerte für die Einspritzung anhand der Raildruckeinbrüche der einzelnen Einspritzungen berechnet. Dabei findet eine kontinuierliche Berechnung der Korrekturwerte statt. Die Lerngeschwindigkeit für den Korrekturfaktor nimmt mit zunehmender Anzahl der Messwerte ab, bis sie auf ein langsames Niveau konvergiert. Im Falle eines Tausches eines Injektors oder einer schlagartigen Änderung der statischen Durchflussrate ist es jedoch notwendig, dass ein schnelles Nachlernen der Korrekturwerte erfolgt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffmessung eines Kraftstoffinjektors bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ein Verhältnis zwischen einer Druckdifferenz im Hochdruckspeicher, die aufgrund eines Einspritzvorgangs auftritt, und einer charakteristischen Dauer eines zugehörigen Einspritzvorgang ermittelt, wobei ein erster Korrekturwert, der zur Steuerung verwendet wird, mit niederer Lerngeschwindigkeit ermittelt wird, und ein zweiter Korrekturwert mit hoher Lerngeschwindigkeit ermittelt wird. Aufgrund dieser Vorgehensweise stehen zwei Korrekturwerte zur Verfügung, wobei der erste Korrekturwert eine große Genauigkeit besitzt und eine hohe Genauigkeit der Kraftstoffzumessung gewährleistet. Mittels des zweiten Korrekturwerts, der eine niedrige Genauigkeit besitzt aber schnell auf sich ändernde Bedingungen reagiert, kann ein Fehler im Bereich des ersten Korrekturwert sicher erkannt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Fehler erkannt wird, wenn der erste und der zweite Korrekturwert voneinander abweichen.
  • Die hohe Genauigkeit des ersten Korrekturwert resultiert daraus, dass der erste Korrekturwert, der zur Steuerung verwendet wird über eine Vielzahl von repräsentativen Werten ermittelt wird. Vorzugsweise erfolgt zur Ermittlung des ersten Korrekturwerts eine Mittelwertbildung über eine Vielzahl von repräsentativen Werten.
  • Dadurch, dass der zweite Korrekturwert über eine kleine Anzahl von repräsentativen Werten ermittelt wird, kann ein plötzlich auftretender Fehler sicher erkannt werden und ein schnelle Adaption des ersten Korrekturwerts initialisiert werden. Hierzu wird in besonders vorteilhafter Weise die Lerngeschwindigkeit zur Ermittlung des erstens Korrekturwerts erhöht wird, wenn der erste und der zweite Korrekturwert voneinander abweichen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Mittelwertbildung nur noch über eine deutlich kleinere Anzahl von repräsentativen Werten erfolgt.
  • Um einen möglichen Tausch der Kraftstoffinjektoren oder einen Einbau eines oder mehrere neuer Kraftstoffinjektoren zu erkennen wird der zweite Korrekturwert jeweils nach dem Start der Brennkraftmaschine ermittelt.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematische eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
    • 2 zeigt schematisch einen Ablauf zur Ermittlung einer Ansteuerzeit für ein Kraftstoffinjektor.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Beispielhaft umfasst die Brennkraftmaschine 100 drei Brennräume bzw. zugehörige Zylinder 105. Jedem Brennraum 105 ist ein Kraftstoffinjektor 130 zugeordnet, welcher wiederum jeweils an einen Hochdruckspeicher 120, einem sog. Rail, angeschlossen ist, über welchen er mit Kraftstoff versorgt wird. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen anderen Anzahl an Zylindern, bspw. vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder, durchgeführt werden kann.
  • Weiter wird der Hochdruckspeicher über eine Hochdruckpumpe 110 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 140 gespeist. Die Hochdruckpumpe 110 ist mit der Brennkraftmaschine 100 gekoppelt, und zwar bspw. derart, dass die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, bzw. über eine Nockenwelle, welche wiederum mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, angetrieben wird.
  • Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 130 zum Zumessen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume 105 erfolgt über eine als Motorsteuergerät 180 ausgebildete Recheneinheit. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Verbindung vom Motorsteuergerät 180 zu einem Kraftstoffinjektor 130 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass jeder Kraftstoffinjektor 130 an das Motorsteuergerät entsprechend angeschlossen ist. Jeder Kraftstoffinjektor 130 kann dabei spezifisch angesteuert werden. Ferner ist das Motorsteuergerät 130 dazu eingerichtet, den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 120 mittels eines Drucksensors 190 zu erfassen.
  • In 2 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise detaillierter dargestellt. Bereits in 1 dargestellte Elemente sind mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Der Drucksensor 190 liefert ein Signal P an eine erste Adaption 200. Diese liefert einen ersten Korrekturwert K1 an eine Ansteuerung 210, die die Kraftstoffinjektoren 130 ansteuert.
  • Ferner gelangt das Signal P des Drucksensors 190 zu einer zweiten Adaption 220, die ferner ein Signal S einer Starterkennung 240 erhält. Diese zweite Adaption 220 liefert einen zweiten Korrekturwert K2 an einer Prüfeinheit 230. Diese Prüfeinheit 230 verarbeitet ferner das Ausgangssignal K1 der ersten Adaption 200. Die Prüfeinheit 230 beaufschlagt abhängig von dem Ergebnis der Prüfung bzw. des Vergleichs der Werte K1 und K2 die erste Adaption 200 mit einem Triggersignal T.
  • Die erste Adaption 200 ermittelt ständig einen ersten Korrekturwert K1, für die einzelne Kraftstoffinjektoren 130. Hierzu wird das Raildrucksignal P ausgewertet. Der erste Korrekturwert K1 wird ausgehend von dem Raildruckeinbruch bei der Einspritzung in die jeweiligen Kraftstoffinjektoren berechnet. Über eine Vielzahl von Messungen wird ein genauer Korrekturwert K1 ermittelt. Dieser Korrekturwert K1 wird dann von der Ansteuerung 210 bei der Berechnung des Ansteuersignals für den jeweiligen Kraftstoffinjektor berücksichtigt. Die hohe Genauigkeit ergibt sich durch die Mittelwertbildung über viele berechneten Korrekturwerte.
  • Im Folgenden wird von einem ersten Korrekturwert K1 und einem zweiten Korrekturwert K2 gesprochen. Dabei ist es selbstverständlich, dass es sich hierbei um jeweils einen Korrekturwert für einen Betriebspunkt handelt. Es werden für zahlreiche Betriebspunkte jeweils unterschiedliche erste und zweite Korrekturwerte ermittelt.
  • Nach dem erstmaligen Berechnen des ersten Korrekturwerts K1 nach der Montage des Kraftfahrzeugs wird der erste Korrekturwert K1 nur sehr langsam nachgeführt, da sich die Kraftstoffinjektoren über die Lebensdauer typischerweise nur sehr langsam ändern.
  • Dies beruht darauf, dass der erste Korrekturwert nur in größeren Zeitabständen berechnet wird bzw. dass die Berechnung über eine Vielzahl von ermittelten Messwerten erfolgt. Beispielsweise wird dieser erste Korrekturwert Kldurch Bildung eines Mittelwerts über eine große Anzahl von Messpunkten, d.h. von Einspritzungen ermittelt. Dies bedeutet, dass der erste Korrekturwert, der zur Steuerung der Kraftstoffinjektoren verwendet wird, mit niedriger Lerngeschwindigkeit ermittelt wird
  • Im realen Betrieb der Brennkraftmaschine können jedoch Ereignisse eintreten, die dazu führen, dass eine starke Änderung des statischen Durchflusses eines der Kraftstoffinjektoren auftritt. Dies kann beispielsweise dadurch verursacht werden, dass im Rahmen der Wartung ein neuer Kraftstoffinjektor eingebaut wird bzw. Kraftstoffinjektoren zwischen den einzelnen Zylindern vertauscht werden. Ferner kann der Fall eintreten, dass durch eine Verunreinigung im Kraftstoff, die sich im Kraftstoffinjektor ablagert, eine plötzliche Änderung des statischen Durchflusses ergibt. In diesen Fällen ist eine umgehende Neuberechnung des ersten Korrekturwerts K1 zur Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren erforderlich.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass eine zweite Adaption 220 vorgesehen ist, die in gleicher Weise, wie die erste Adaption 200, einen zweiten Korrekturwert K2 ausgehend von dem Druckeinbruch ermittelt. Dabei wird dieser zweite Korrekturwert K2 ständig ermittelt und/oder es wird ein Mittelwert über eine geringe Anzahl von Messpunkten, d.h. von Einspritzungen ermittelt. Dieser zweite Korrekturwert wird mit im Vergleich zum ersten Korrekturwert mit hoher Lerngeschwindigkeit ermittelt.
  • Dieser zweite Korrekturwert steht daher nach sehr kurzer Zeit zur Verfügung. Dieser zweite Korrekturwert K2 wird von der Prüfung 230 mit dem ersten Korrekturwert K1 verglichen. Weichen die beiden Werte wesentlich voneinander ab, gibt die Prüfung 230 ein Triggersignal T an die erste Adaption 200, damit diese die Adaptionswerte neu ermittelt.
  • Im Wesentlichen wird eine Fehlerverdachtsfunktion parallel zur üblichen Adaption 200 durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Fehlerverdachtsfunktion bei jedem Fahrzyklus neu gestartet wird. Dies wird durch eine Starterkennung 240 angestoßen. Die Lerngeschwindigkeit dieser Fehlerverdachtsfunktion befindet sich auf einem sehr hohen Niveau. Das heißt, der zweite Korrekturwert K2 wird sehr schnell ermittelt. Dieser schnell ermittelte Korrekturwert wird dann mit den langsam ermittelten ersten Korrekturwert K1 verglichen. Überschreitet die Differenz der beiden Korrekturwerte eine Schwelle, wird die erste Adaption 200 entsprechen getriggert, damit diese ein schnelles Nachlernen des ersten Korrekturwerts K1 durchführt.
  • Dadurch können insbesondere vertauscht eingebaute oder neue Kraftstoffinjektoren sicher erkannt werden. Durch diese Maßnahme kann bei einem Tausch der Kraftstoffinjektoren ein schnelles Lernen des Korrekturwertes zur Korrektur des statischen Durchflusses erreicht werden.
  • Wird die zweite Adaption 220 nur beim Start oder bei Beginn eines neuen Fahrzyklusses aktiviert, so können lediglich ein Tausch eines Kraftstoffinjektors erkannt werden. Läuft diese zweite Adaption ständig im Betrieb mit, können auch plötzliche Veränderungen des statischen Durchflusses, die beispielsweise durch Verunreinigung verursacht werden, erkannt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009002593 A1 [0003]
    • DE 102015205877 A1 [0005, 0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors, bei der mittels der Kraftstoffinjektors Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei ein für eine statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor repräsentativer Wert ermittelt wird, in dem bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ein Verhältnis einer im Hochruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz und einer zugehörigen für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer ermittelt wird, dass ein erster Korrekturwert, der zur Steuerung verwendet wird, mit niederer Lerngeschwindigkeit ermittelt wird, und dass ein zweiter Korrekturwert mit hoher Lerngeschwindigkeit ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn der erste und der zweite Korrekturwert voneinander abweichen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Korrekturwert, der zur Steuerung verwendet wird über eine Vielzahl von repräsentativen Werten ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Korrekturwert über eine kleine Anzahl von repräsentativen Werten ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Lerngeschwindigkeit zur Ermittlung des erstens Korrekturwerts erhöht wird, wenn der erste und der zweite Korrekturwert voneinander abweichen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Korrekturwert nach dem Start der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
  7. Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
  9. Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  10. Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 7 ergibt, wenn er gemäß den Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird.
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