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WO2016155986A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines korrekturwertes für eine kraftstoffeinspirtzmenge - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines korrekturwertes für eine kraftstoffeinspirtzmenge Download PDF

Info

Publication number
WO2016155986A1
WO2016155986A1 PCT/EP2016/054846 EP2016054846W WO2016155986A1 WO 2016155986 A1 WO2016155986 A1 WO 2016155986A1 EP 2016054846 W EP2016054846 W EP 2016054846W WO 2016155986 A1 WO2016155986 A1 WO 2016155986A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
value
determined
fuel injector
duration
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/054846
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Joos
Werner Hess
Alexander Schenck Zu Schweinsberg
Achim Hirchenhein
Michael Bauer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US15/561,180 priority Critical patent/US10378474B2/en
Priority to JP2017551151A priority patent/JP6580157B2/ja
Priority to CN201680019963.3A priority patent/CN107636283B/zh
Publication of WO2016155986A1 publication Critical patent/WO2016155986A1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464Characteristics of actuators
    • F02D41/2467Characteristics of actuators for injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602Fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/247Pressure sensors

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a correction value for a fuel metering of a fuel injector of an internal combustion engine, in which fuel is injected from a high-pressure accumulator into a combustion chamber by means of the fuel injector.
  • An inventive method is used to determine a correction value for a fuel metering of a fuel! Njektors an internal combustion engine in which fuel is injected from a high-pressure accumulator into a combustion chamber by means of the fuel injector.
  • a value representative of a static flow rate through the fuel injector is determined by a ratio of at least one injection process of the fuel injector in the high-pressure fuel injector.
  • pressure accumulator due to the injection process occurring pressure difference and an associated, characteristic of the injection process duration is determined.
  • the value representative of the static flow rate through the fuel injector is thus a pressure rate.
  • the correction value is then determined on the basis of a comparison of the representative value with a comparison value, for example by quotient formation.
  • the correction value is then preferably used to correct a value for the static flow rate, the value being used in the determination of desired durations or times which are characteristic of the injection process, for example a desired open duration or a desired actuation duration.
  • a value for the static flow rate the value being used in the determination of desired durations or times which are characteristic of the injection process, for example a desired open duration or a desired actuation duration.
  • the previous value for the static flow rate can be multiplied by the correction value.
  • the correction during operation of a motor vehicle, especially on a regular basis, or even during maintenance or other review done.
  • the invention makes use of that of a fuel! the amount of fuel delivered during an injection process or the volume thereof proportional or at least sufficiently proportional to the associated pressure difference, i. the pressure difference before and after the injection process, in
  • High-pressure accumulator the so-called rail is. If, in addition, a duration characteristic of the injection process is known, a value can be determined from the ratio of this pressure difference and the associated duration which, except for a proportionality factor, corresponds to the static flow rate through the fuel injector.
  • the injection duration for injecting a desired injection quantity can be specified even more precisely. Since this method can be carried out for each fuel injector of the internal combustion engine, injector-specific deviations in the fuel metering, which for example can not be detected in the case of a global adaptation of the total injection quantity via a lambda measurement, can be corrected. Deviations in the needle dynamics (ie the opening and closing times), however, can by an initially mentioned mechatronic method can be corrected. Thus, for both the factors influencing fuel metering, needle dynamics and static flow rate, appropriate and accurate procedures are available.
  • the representative value is preferably determined from the ratios of pressure difference and associated duration determined in the case of a plurality of injection processes of the fuel injector. Since the resulting accuracy is limited in a single measurement of pressure difference and the duration of injection of characteristic duration, much more accurate values can be achieved by multiplying
  • the representative value is expediently determined from an average value of pressure difference and associated duration determined in the case of several injections of the fuel injector, since averaging is very simple and provides an accurate value. A necessary number of measurements is usually dependent on typical pulsations in the high-pressure accumulator and an accuracy of the sensor used for the pressure in the high-pressure accumulator.
  • the correction value is determined on the basis of a ratio of the representative value and an average value of corresponding representative values of all fuel injectors of the internal combustion engine as comparison value.
  • the process is independent of possible systematic
  • Fuel injectors of the internal combustion engine is set such that a desired fuel-oxygen ratio is not changed in the exhaust gas.
  • This fuel-oxygen ratio is also referred to as lambda value.
  • the best possible exhaust gas values of the internal combustion engine can be achieved.
  • an actual open duration i.e., the measured duration between open and close timing
  • a desired open duration i.e., the ideal model open duration, i.e., an unmeasured open duration
  • Drive duration i. the length of time a drive signal is applied to the valve and / or a closing time, i. the time from the end of the control period to the end of the open duration, taken into account.
  • a closing time i. the time from the end of the control period to the end of the open duration
  • Correction be sufficiently accurate for the determination of the relevant duration of the injection process, especially these are sometimes very easy to determine.
  • a combination of two or more of these sizes can provide even more accurate values.
  • Which quantities are used can be made dependent, for example, on existing detection means such as sensors or data in the control electronics.
  • the actual opening duration can be determined, for example, by means of the controlied valve operation mentioned above, in which case the injection duration is adjusted.
  • a pressure in the high-pressure accumulator-increasing processes is prevented. This includes in particular the prevention or interruption of the Nachêt of fuel in the high-pressure accumulator by a high-pressure pump.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control device, in particular an engine control unit of a motor vehicle, is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, electrical and optical memories, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • Figure 1 shows schematically an internal combustion engine with common rail system, which is suitable for carrying out a method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a diagram of a flow volume in a fuel injector over time.
  • FIG. 3 shows a diagram of a pressure curve in a high-pressure accumulator during an injection process.
  • FIG. 4 schematically shows a sequence for determining a drive time for a fuel injector.
  • the internal combustion engine 100 comprises three combustion chambers or associated cylinders 105.
  • Each combustion chamber 105 is assigned a fuel injector 130, which in turn is connected in each case to a high-pressure reservoir 120, a so-called rail, via which it is supplied with fuel.
  • a method according to the invention can also be carried out in an internal combustion engine with any other number of cylinders, for example four, six, eight or twelve cylinders.
  • the high pressure accumulator is fed via a high pressure pump 1 10 with fuel from a fuel tank 140.
  • the high-pressure pump 10 is coupled to the internal combustion engine 100, for example, such that the high-pressure pump is driven via a crankshaft of the internal combustion engine, or via a camshaft, which in turn is coupled to the crankshaft.
  • a control of the fuel injectors 130 for metering fuel into the respective combustion chambers 105 takes place via a computing unit designed as an engine control unit 180.
  • a computing unit designed as an engine control unit 180.
  • each fuel injector 130 is connected to the engine control unit accordingly.
  • Each fuel injector 130 can be specifically controlled.
  • the engine control unit 130 is configured to detect the fuel pressure in the high-pressure accumulator 120 by means of a pressure sensor 190.
  • FIG. 2 shows in a diagram a cumulative flow volume V through a fuel injector over the time t during a long-lasting actuation the fuel! Njektors shown.
  • a drive time begins and at time ti, the valve needle begins to lift.
  • the time ti thus also starts an open duration of the fuel! njektors.
  • the cumulative flow volume V or the amount of fuel that has flowed through the fuel injector increases constantly over a wide range after a short period of time during the lifting of the valve needle. In this area, the valve needle is in the so-called full stroke, ie the valve needle is raised completely or up to a desired height.
  • the static flow rate C tat which indicates the slope of the cumulative flow volume V
  • the size of the static flow rate is an essential factor, which, as already mentioned, determines the total amount of fuel injected during an injection process. Deviations or tolerances in the static flow rate therefore affect the injected fuel quantity per injection process.
  • the activation time ends and the closing time begins.
  • the valve needle begins to lower.
  • the closing time and the opening duration end at the time t 4 , when the valve needle completely closes the valve again.
  • FIG. 3 shows in a diagram a pressure curve p in a high-pressure accumulator during an injection process over the time t. It can be seen that the pressure p in the high-pressure accumulator, apart from certain fluctuations due to pump deliveries and fuel withdrawals by injection, is substantially constant. During the injection process, which lasts for a period of time At, the pressure p in the high pressure accumulator drops by a value ⁇ .
  • the pressure remains p, again apart from certain fluctuations, at the lower level until, by a Nachbine through the high-pressure pump, the pressure p rises again to the initial level.
  • the detection and evaluation of these pressure drops during injection processes is carried out with components which are usually present anyway, such as, for example, the pressure sensor 190 and the engine control unit 180, including the corresponding input circuit. Additional components are therefore not necessary.
  • This evaluation is done individually for each combustion chamber 105 and thus injector-individual. As a result, a Zumessstreuung between the combustion chambers is reduced and it can, for example, coked or defective injectors, for example. In the workshop (via a tester) can be better identified.
  • the static flow rate Qstat through the fuel injector is, as already mentioned, characterized by the injected fuel quantity or its volume per time.
  • the injected volume is proportional to the pressure drop in the rail.
  • the associated time duration corresponds to the open duration of the fuel injector, which, for example, as mentioned above, mechatronically by means of a so-called. Controlied Va- Ive operation can be determined.
  • High-pressure pump should not fall into the relevant time window. An additional promotion is therefore to be suppressed if necessary.
  • correction is expediently relative, i. the injector-individual replacement size becomes the mean value of the corresponding replacement quantities of all fuel! ratio as a comparative value.
  • the method is independent of, for example, absolute errors of the pressure sensor or the
  • a global mean value offset of the static flow rate Q sm ie an offset of the mean value of the static flow rates of all fuel injectors of the internal combustion engine, is not corrected by this relative approach and, as is possible without correction of the static flow rate of individual fuel injectors, for example.
  • Lambda control or -adaption compensated By so-called. Lambda control or -adaption compensated.
  • the correction value is now used, for example, to correct the activation duration as a characteristic duration characteristic of the injection process by multiplying a value for the static flow rate used in determining the activation duration by the correction value. This takes place, for example, in the form of a factor which is in the calculation chain of desired fuel quantity to activation duration assigns each fuel injector its own conversion factor, ie, there is an injector-individual value for the respective static flow rate.
  • the described correction of the static flow rate provides particularly accurate results if the influences of the needle dynamics are minimized or at least reduced by a subordinate method such as a controlled valve operation and thus a nearly linear relationship between the injected volume of fuel and a measurable time (Offendauer) is present.
  • a subordinate method such as a controlled valve operation
  • a nearly linear relationship between the injected volume of fuel and a measurable time (Offendauer) is present.
  • FIG. 4 shows a flowchart for determining a driving time At "for a fuel injector on the basis of a value Qstat is shown for a static flow rate schematically. From a target injection quantity AV S0 n and, if necessary, corrected by a determined correction value value Qstat for the static flow rate A setpoint opening duration ⁇ t 'for the fuel injector, in a simple embodiment according to a proportionality law, is determined From the setpoint opening duration At' and the pressure p in the high-pressure accumulator, the actuation time At "is determined, preferably using characteristic diagrams the fuel injector is then activated.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors (130) einer Brennkraftmaschine (100), bei der mittels des Kraftstoffinjektors (130) Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (120) in einen Brennraum (105) eingespritzt wird, wobei ein für eine statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor (130) repräsentativer Wert ermittelt wird, indem bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors (130) ein Verhältnis einer im Hochdruckspeicher (120) aufgrund des Einspritzvorgangs auftretender Druckdifferenz und einer zugehörigen, für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer ermittelt wird, und wobei anhand eines Vergleichs des repräsentativen Wertes mit einem Vergleichswert der Korrekturwert ermittelt wird.

Description

Beschreibung Titel
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERMITTELN EINES KORREKTURWERTES FÜR EINE KRAFTSTOFFEINSPIRTZMENGE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine, 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 u.a. eine genaue Kraftstoffzumessung bei der Einspritzung entscheidend.
Dabei ist jedoch zu Berücksichtigen, dass bei der Zumessung verschiedene Toleranzen auftreten. Solche Zumesstoleranzen resultieren im Allgemeinen aus exemplarabhängiger Nadeldynamik und exemplarabhängiger statischer Durchflussrate der Kraftstoff! njektoren. Ein Einfluss der Nadeldynamik kann bspw. durch einen mechatronischen Ansatz, wie bspw. einer sog. Controlled Valve Operation reduziert werden. Bei einer Controlled Valve Operation werden Ansteuerzeiten der Kraftstoff! njektoren im Sinne einer Regelung bspw. 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. Somit kann die tatsächliche Offendauer jedes Injektors errechnet und gegebenenfalls nachgeregelt werden. In der DE 10 2009 002 593 A1 wird ein solches Verfahren zum Regeln einer Ist- Offendauer eines Ventils auf eine Soll-Offendauer beschrieben. Mögliche Fehler bei der statischen Durchflussrate resultieren aus Toleranzen der Einspritzlochgeometrie und des Nadelhubs. Solche Fehler können bisher meist nur global, d.h. hinsichtlich aller Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine gemeinsam, bspw. auf Basis einer Lambdaregelung bzw. Gemischadaption korrigiert werden. Damit kann jedoch nicht erkannt werden, ob einzelne Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine eine Abweichung hinsichtlich ihrer statischen Durchflussrate aufweisen (d.h. bei gleicher Offendauer unterschiedliche Mengen abgeben), die abgas- oder laufruherelevant sein können.
Aus der DE 10 2007 050 813 A1 ist bspw. ein Verfahren zur Abgabemengenüberwachung einer Injektorsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem anhand eines Druckabfalls im Hochdruckspeicher eine vom Injektor abgegebene Kraftstoff menge überwacht wird. Eine detaillierte Ermittlung von Ursachen etwaiger Abweichungen und deren Korrektur ist hiermit jedoch nicht möglich.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit für eine genauere Überwachung und/oder Korrektur einer Kraftstoffzumessung bei Kraftstoffinjektoren von Brennkraftmaschinen anzugeben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoff! njektors einer Brennkraftmaschine, bei der mittels des Kraftstoffinjektors Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in einen Brennraum eingespritzt wird. Dabei wird ein für eine statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor repräsentativer Wert ermittelt, indem bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ein Verhältnis einer im Hoch- druckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftretender Druckdifferenz und einer zugehörigen, für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer ermittelt wird. Der für die statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor repräsentative Wert ist somit eine Druckrate. Weiter wird dann anhand eines Vergleichs des repräsentativen Wertes mit einem Vergleichswert, z.B. durch Quotientenbildung, der Korrekturwert ermittelt.
Der Korrekturwert wird dann vorzugsweise zur Korrektur eines Werts für die statische Durchflussrate verwendet, wobei der Wert bei der Ermittlung von Soll- Dauern bzw. Zeiten, die für den Einspritzvorgang charakteristisch sind, beispielsweise einer Soll-Offendauer oder einer Soll-Ansteuerdauer, verwendet wird. Beispielsweise kann der bisherige Wert für die statische Durchflussrate mit dem Korrekturwert multipliziert werden. Insbesondere kann die Korrektur während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere auch regelmäßig, oder auch während einer Wartung oder einer sonstigen Überprüfung erfolgen.
Die Erfindung macht sich zunutze, dass die von einem Kraftstoff! njektor während eines Einspritzvorgangs abgegebene Kraftstoff menge bzw. dessen Volumen proportional oder zumindest hinreichend proportional zu der zugehörigen Druck- differenz, d.h. dem Druckunterschied vor und nach dem Einspritzvorgang, im
Hochdruckspeicher, dem sog. Rail ist. Wenn nun zudem eine für den Einspritzvorgang charakteristische Dauer bekannt ist, kann aus dem Verhältnis dieser Druckdifferenz und der zugehörigen Dauer ein Wert ermittelt werden, der bis auf einen Proportionalitätsfaktor der statischen Durchflussrate durch den Kraftstoffin- jektor entspricht.
Durch Berücksichtigung der statischen Durchflussrate, also der Einspritzmenge pro Zeit im Vollhub, kann die Einspritzdauer zum Einspritzen einer gewünschten Einspritzmenge noch genauer vorgegeben werden. Da dieses Verfahren für je- den Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann, können somit injektorspezifische Abweichungen bei der Kraftstoffzumessung, die bei einer globalen Anpassung der Gesamteinspritzmenge über eine Lambdamessung bspw. nicht erfasst werden können, korrigiert werden. Abweichungen bei der Nadeldynamik (also der Öffnungs- und Schließzeitpunkte) hingegen können durch ein eingangs erwähntes mechatronisches Verfahren korrigiert werden. Somit stehen für beide, die Kraftstoffzumessung beeinflussenden Faktoren, Nadeldynamik und statische Durchflussrate, jeweils geeignete und genaue Verfahren zur Verfügung.
Vorzugsweise wird der repräsentative Wert aus bei mehreren Einspritzvorgängen des Kraftstoffinjektors ermittelten Verhältnissen von Druckdifferenz und zugehöriger Dauer ermittelt. Da bei einer einzelnen Messung von Druckdifferenz und für die Einspritzung charakteristischer Dauer die resultierende Genauigkeit be- schränkt ist, können wesentlich genauere Werte erreicht werden, indem mehrere
Messungen durchgeführt werden, die auf geeignete Weise zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Zweckmäßigerweise wird der repräsentative Wert aus einem Mittelwert von bei mehreren Einspritzvorgängen des Kraftstoffinjektors ermittelten Verhältnissen von Druckdifferenz und zugehöriger Dauer ermittelt, da eine Mittelwertbildung sehr einfach ist und einen genauen Wert liefert. Eine nötige Anzahl an Messungen ist dabei meist von typischen Pulsationen im Hochdruckspeicher und einer Genauigkeit des eingesetzten Sensors für den Druck im Hochdruckspeicher ab- hängig.
Vorteilhafterweise wird der Korrekturwert anhand eines Verhältnisses aus dem repräsentativen Wert und einem Mittelwert von entsprechenden repräsentativen Werten aller Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine als Vergleichswert er- mittelt. Damit ist das Verfahren unabhängig von möglichen systematischen
Messfehlern, bspw. aufgrund ungenauer Sensoren oder fehlender Informationen über die aktuellen Kraftstoffeigenschaften, wie z.B. Temperatur oder Ethanolge- halt. Durch die Quotientenbildung fallen diese Einflussfaktoren weg. Ebenso muss der Proportionalitätsfaktor nicht berücksichtigt werden. Hierzu sei ange- merkt, dass die repräsentativen Werte aller Kraftstoffinjektoren zweckmäßigerweise jeweils auf dieselbe Weise ermittelt werden. Sofern hinreichend viele und hinreichend genaue Sensoren, z.B. für den Druck im Hochdruckspeicher, Mediumtemperatur und Ethanolgehalt, verwendet werden bzw. verwendet werden können, kann damit auch ein absoluter Wert für die statische Durchflussrate er- mittelt werden. Der Korrekturwert kann anhand eines Verhältnisses aus diesem absoluten Wert und einem erwünschten Wert als Vergleichswert ermittelt werden. Es ist von Vorteil, wenn der Mittelwert der entsprechenden Korrekturwerte aller
Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine derart eingestellt wird, dass ein gewünschtes Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnis im Abgas nicht verändert wird. Dieses Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnis wird dabei auch als Lambda-Wert bezeichnet. Damit können bspw. möglichst optimale Abgaswerte der Brennkraftmaschine er- reicht werden.
Vorzugsweise werden bei der Ermittlung der für den Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors charakteristischen Dauer eine Ist-Offendauer (d.h. die gemessene Dauer zwischen Öffnungszeitpunkt und Schließzeitpunkt), eine Soll-Offendauer (d.h. die ideale Modell-Offendauer, d.h. eine nicht gemessene Offendauer), eine
Ansteuerdauer, d.h. die Zeitdauer, in der ein Ansteuersignal am Ventil anliegt, und/oder eine Schließzeit, d.h. die Zeit vom Ende der Ansteuerdauer bis zum Ende der Offendauer, berücksichtigt. Zwar ist die Ist-Offendauer der Wert, durch den die Dauer des Kraftstoffflusses während des Einspritzvorgangs am genaues- ten beschrieben wird, jedoch können auch die anderen Größen, ggf. mit einer
Korrektur, hinreichend genau für die Bestimmung der relevanten Dauer des Einspritzvorgangs sein, vor allem sind diese teilweise sehr einfach zu ermitteln. Eine Kombination von zwei oder mehr der genannten Größen kann noch genauere Werte liefern. Welche Größen verwendet werden, kann dabei bspw. von vorhan- denen Erfassungsmitteln wie Sensoren oder Daten in der Ansteuerelektronik abhängig gemacht werden. Die Ist-Offendauer kann dabei bspw. mittels der eingangs erwähnten Controlied Valve Operation ermittelt werden, bei welcher ja die Einspritzdauer eingeregelt wird. Vorteilhafterweise werden während des wenigstens einen Einspritzvorgangs einen Druck im Hochdruckspeicher erhöhende Vorgänge verhindert. Dazu zählt insbesondere das Verhindern bzw. Unterbrechen der Nachförderung von Kraftstoff in den Hochdruckspeicher durch eine Hochdruckpumpe. Die Druckdifferenz im Hochdruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs kann ansonsten möglich- erweise nicht hinreichend genau erfasst werden bzw. diese wird verfälscht. Mögliche Leckagen, die ebenfalls zu Druckverlust führen, sind hingegen insbesondere bei der relativen Bestimmung des Korrekturwerts, bei der der repräsentative Wert eines Kraftstoffinjektors zu einem Mittelwert entsprechender repräsentativer Werte aller Kraftstoffinjektoren ins Verhältnis gesetzt wird, nicht von Bedeutung.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, elektrische und optische Speicher, wie Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Figur 2 zeigt in einem Diagramm ein Durchflussvolumen bei einem Kraftstoffinjektor über der Zeit.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm einen Druckverlauf in einem Hochdruckspeicher während eines Einspritzvorgangs. Figur 4 zeigt schematisch einen Ablauf zur Ermittlung einer Ansteuerzeit für einen Kraftstoffinjektor.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 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 1 10 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 140 gespeist. Die Hochdruckpumpe 1 10 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 Kraftstoff! njektor 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 Figur 2 ist in einem Diagramm ein kumuliertes Durchflussvolumen V durch einen Kraftstoffinjektor über der Zeit t bei einer lange andauernden Ansteuerung des Kraftstoff! njektors dargestellt. Zum Zeitpunkt tp beginnt dabei eine Ansteuerzeit und zum Zeitpunkt ti beginnt sich die Ventilnadel zu heben. Zum Zeitpunkt ti beginnt somit auch eine Offendauer des Kraftstoff! njektors. Dabei ist zu sehen, dass das kumulierte Durchflussvolumen V bzw. die durch den Kraftstoffinjektor geflossene Kraftstoff menge nach einer kurzen Zeitdauer während des Anhebens der Ventilnadel über einen weiten Bereich konstant ansteigt. In diesem Bereich befindet sich die Ventilnadel im sog. Vollhub, d.h. die Ventilnadel ist vollständig bzw. bis zu einer Soll-Höhe angehoben.
Während dieser Zeit fließt eine konstante Kraftstoff menge pro Zeiteinheit durch die Ventilöffnung des Kraftstoffinjektors, d.h. die statische Durchflussrate C tat, die die Steigung des kumulierten Durchflussvolumens V angibt, ist konstant. Die Größe der statischen Durchflussrate ist dabei ein wesentlicher Faktor, der, wie eingangs bereits erwähnt, die insgesamt während eines Einspritzvorgangs eingespritzte Kraftstoff menge bestimmt. Abweichungen bzw. Toleranzen in der statischen Durchflussrate wirken sich daher auf die eingespritzte Kraftstoffmenge pro Einspritzvorgang aus.
Zum Zeitpunkt t.3 endet die Ansteuerzeit und es beginnt die Schließzeit. Dabei beginnt die Ventilnadel, sich zu senken. Die Schließzeit und die Offendauer enden zum Zeitpunkt t4, wenn die Ventilnadel wieder vollständig das Ventil verschließt.
In Figur 3 ist in einem Diagramm ein Druckverlauf p in einem Hochdruckspeicher während eines Einspritzvorgangs über der Zeit t dargestellt. Hierbei ist zu sehen, dass der Druck p im Hochdruckspeicher, von gewissen Schwankungen aufgrund von Pumpenförderungen und Kraftstoffentnahmen durch Einspritzungen abgesehen, im Wesentlichen konstant ist. Während des Einspritzvorgangs, der eine Zeitdauer At andauert, sinkt der Druck p im Hochdruckspeicher um einen Wert Δρ.
Anschließend bleibt der Druck p, wieder von gewissen Schwankungen abgesehen, auf dem niedrigeren Niveau, bis durch eine Nachförderung durch die Hochdruckpumpe der Druck p wieder auf das Ausgangsniveau ansteigt. Die Erfassung und Auswertung dieser Druckeinbrüche bei Einspritzvorgängen erfolgt dabei mit üblicherweise ohnehin vorhandenen Komponenten, wie bspw. dem Drucksensor 190 und dem Motorsteuergerät 180 inkl. entsprechender Ein- gangsbeschaltung. Zusätzliche Komponenten sind daher nicht nötig.
Diese Auswertung erfolgt individuell für jeden Brennraum 105 und damit injektorindividuell. Dadurch wird eine Zumessstreuung zwischen den Brennräumen reduziert und es können bspw. verkokte oder defekte Injektoren bspw. in der Werkstatt (über einen Tester) besser identifiziert werden.
Die statische Durchflussrate Qstat durch den Kraftstoffinjektor ist, wie bereits erwähnt, charakterisiert durch die eingespritzte Kraftstoffmenge bzw. dessen Volumen pro Zeit. In einem auf Systemdruck aufgepumpten Hochdruckspeicher bzw. Rail ist das eingespritzte Volumen proportional zum Druckeinbruch im Rail. Die zugehörige Zeitdauer entspricht dabei der Offendauer des Kraftstoffinjektors, die bspw., wie eingangs erwähnt, mechatronisch mittels einer sog. Controlied Va- Ive Operation bestimmt werden kann.
Durch eine Quotientenbildung zwischen Druckeinbruch bzw. Druckdifferenz Δρ und Offendauer bzw. Zeitdauer der Einspritzung At erhält man eine Druckrate als
Ersatzwert bzw. repräsentativen Wert Δρ/At für die statische Durchflussrate Qstat,
An.
d.h. für einen Messvorgang i gilt Q .□—— . Eine Nachförderung durch die
Hochdruckpumpe sollte hierbei nicht in das relevante Zeitfenster fallen. Eine Nachförderung ist daher ggf. zu unterdrücken.
Da mit den im System verfügbaren Komponenten dieser Ersatzwert für Qstat in der Regel nur mit einer gewissen Genauigkeit bestimmt werden kann, ist ein geeignetes Verfahren zur Verfeinerung sinnvoll. Dies kann bspw. durch eine Mittelwertbildung oder andere mathematische Verfahren mittels geeigneter Softwareimplementierung erreicht werden. Der Bestimmungsfehler reduziert sich bei der Mittelwertbildung mit steigender Anzahl von Einzelmessungen. Somit ergibt sich also bspw. für n Messvorgänge Qstat . □
Figure imgf000012_0001
Zur Erreichung einer erforderlichen Genauigkeit ist in diesem Fall eine minimale Anzahl von Messungen nötig. Ist die erforderliche Anzahl von Messungen erreicht, so ist eine aussagekräftige Ersatzgröße für den statischen Durchflussrate Qstat vorhanden.
Auf diese Art können für alle Injektoren entsprechende Ersatzgrößen bzw. repräsentative Werte gebildet werden. Weiterhin erfolgt die injektorindividuelle
Korrektur zweckmäßigerweise relativ, d.h. die injektorindividuelle Ersatzgröße wird zum Mittelwert der entsprechenden Ersatzgrößen aller Kraftstoff! njektoren als Vergleichswert ins Verhältnis gesetzt. Durch diesen Relativansatz ist das Verfahren unabhängig von bspw. absoluten Fehlern des Drucksensors oder der
Kraftstofftemperatur. Auf diese Weise ergibt sich bspw. ein Korrekturwert der
Q — 1 z
Form Kt mit Qsm =~ Qsm;1 mit der Zylinder- bzw. Injektoranzahl Z.
Qstat '=1
Hierbei ist auch zu sehen, dass mögliche Proportionalitätsfaktoren oder systematische Messfehler bei der Quotientenbildung wegfallen.
Ein globaler Mittelwertversatz der statischen Durchflussrate Qsm , d.h. ein Versatz des Mittelwerts der statischen Durchflussraten aller Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine, wird durch diesen Relativansatz nicht korrigiert und wird, wie dies auch ohne Korrektur der statischen Durchflussrate einzelner Kraftstoffinjektoren möglich ist, bspw. durch die sog. Lambdaregelung bzw. -adaption kompensiert.
Der Korrekturwert wird nun beispielsweise zur Korrektur der Ansteuerdauer als eine für den Einspritzvorgang charakteristische Soll-Dauer verwendet, indem ein bei der Ermittlung der Ansteuerdauer verwendeter Wert für die statische Durchflussrate mit dem Korrekturwert multipliziert wird. Dies erfolgt bspw. in Form eines Faktors, der in der Rechenkette von Soll-Kraftstoffmenge zu Ansteuerdauer jedem Kraftstoffinjektor einen eigenen Umrechnungsfaktor zuweist, d.h. es entsteht ein injektorindividueller Wert für die jeweilige statische Durchflussrate.
Die beschriebene Korrektur der statischen Durchflussrate liefert besonders genaue Ergebnisse, wenn durch ein unterlagertes Verfahren wie bspw. eine Con- trolled Valve Operation die Einflüsse der Nadeldynamik minimiert oder zumindest reduziert sind und somit ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen dem eingespritzten Volumen an Kraftstoff und einer messbaren Zeit (Offendauer) vorliegt. Somit können die beiden größten Zumessfehler, nämlich Fehler in der Nadeldynamik und in der statischen Durchflussrate, mit jeweils eigenen
Verfahren physikalisch korrekt kompensiert werden.
Durch eine Kombination beider Verfahren kann eine möglichst optimale Gleichstellung der Zumessgenauigkeit aller Kraftstoffinjektoren bereitgestellt werden. Bei Systemen mit ausreichend genauer Druck-, Temperatur-, und
Medienerfassung ist auch eine absolute Betrachtung möglich, die keine Korrektur über eine Messung des Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnisses bspw. mittels
Lambdaregelung benötigt, wie bereits erwähnt.
In Figur 4 ist schematisch ein Ablauf zur Ermittlung einer Ansteuerzeit At" für einen Kraftstoffinjektor anhand eines Werts Qstat für eine statische Durchflussrate gezeigt. Aus einer Soll-Einspritzmenge AVS0n und dem, ggf. mit einem ermittelten Korrekturwert korrigierten Wert Qstat für die statische Durchflussrate wird eine Soll-Offendauer At' für den Kraftstoffinjektor, in einfacher Ausgestaltung gemäß einem Proportionalitätsgesetz, ermittelt. Aus der Soll-Offendauer At' und dem Druck p im Hochdruckspeicher wird nun, vorzugsweise unter Verwendung von Kennfeldern, die Ansteuerzeit At" ermittelt, mit welcher der Kraftstoffinjektor dann angesteuert wird.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Kraftstoffzumessung eines Kraftstoffinjektors (130) einer Brennkraftmaschine (100), bei der mittels des Kraftstoffinjektors (130) Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (120) in einen Brennraum (105) eingespritzt wird,
wobei ein für eine statische Durchflussrate (Qstat) durch den Kraftstoffinjektor (130) repräsentativer Wert ermittelt wird, indem bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors (130) ein Verhältnis einer im Hochdruckspeicher (120) aufgrund des Einspritzvorgangs auftretender Druckdifferenz (Δρ) und einer zugehörigen, für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer (At) ermittelt wird, und
wobei anhand eines Vergleichs des repräsentativen Wertes mit einem Vergleichswert der Korrekturwert ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der repräsentative Wert aus bei mehreren Einspritzvorgängen des Kraftstoffinjektors (130) ermittelten Verhältnissen von Druckdifferenz (Δρ) und zugehöriger Dauer (At) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der repräsentative Wert aus einem Mittelwert von bei mehreren Einspritzvorgängen des Kraftstoffinjektors (130) ermittelten Verhältnissen von Druckdifferenz (Δρ) und zugehöriger Dauer (At) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert anhand eines Verhältnisses aus dem repräsentativen Wert und einem Mittelwert von entsprechenden repräsentativen Werten aller Kraftstoffinjektoren (130) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Mittelwert der entsprechenden Korrekturwerte aller Kraftstoffinjektoren (130) der Brennkraftmaschine (100) derart eingestellt wird, dass ein gewünschtes Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnis im Abgas nicht verändert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der Ermittlung der für den Einspritzvorgang des Kraftstoff! njektors (130) charakteristischen Dauer (At) eine Ist-Offen da uer, eine Soll-Offendauer, eine Ansteuerzeit und/oder eine Schließzeit des Kraftstoffinjektors (130) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert zur Korrektur eines bei der Ermittlung von für den Einspritzvorgang charakteristischen Soll-Dauern verwendeten Werts für die statische Durchflussrate verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während des wenigstens einen Einspritzvorgangs einen Druck (p) im Hochdruckspeicher (120) erhöhende Vorgänge verhindert werden.
Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.
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