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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
sind aus der
DE 197 26 756 bekannt.
Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird der Druck in einem Kraftstoffspeicher
erfasst und der maximale Druckeinbruch bei der Einspritzung ausgewertet.
Ausgehend von diesem Druckeinbruch wird die eingespritzte Kraftstoffmenge
berechnet.
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Üblicherweise
wird bei Hochdruckkraftstoffeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren mit einem
Kraftstoffspeicher der Druck im Kraftstoffspeicher mittels eines
Drucksensors gemessen. Dieses Signal wird für die Druckregelung und für die Zumessung,
d.h. für
die Ansteuerdauer der elektrisch gesteuerten Ventile verwendet.
Die Auswertung des Drucksignals für die Hochdruckregelung erfolgt
in einem festen Zeitraster. Für
die Zumessung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird zu einer bestimmten Zeit
vor der Einspritzung das Drucksignal ausgewertet. Die Einspritzung
verursacht einen Einbruch des Drucks, welcher vom Drucksensor erfasst
wird. Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass bei der Auswertung gemäß dem Stand der Technik Informationen, die
im Drucksignal enthalten sind, nicht ausgewertet werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
wird die Information über
den Einspritzverlauf, welcher im Drucksignal enthalten ist, zur Steuerung
der Brennkraftmaschine verwendet. Besonders vorteilhaft ist, dass ausgehend
von der Druckänderung
der Beginn und/oder das Ende der Kraftstoffeinspritzung erkannt wird.
Somit besteht die Möglichkeit,
den Spritzbeginn, das Spritzende und die Spritzdauer zu bestimmen,
und mit dem Ansteuersignal in Beziehung zu setzen. Dabei ergibt
sich die Möglichkeit,
korrigierend auf die Ansteuersignale der Einspritzventile einzugreifen.
Eine zusätzliche
Sensorik zur Erfassung dieser Größen kann
eingespart werden. Der Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird erkannt
wird, wenn der Druck abfällt.
Das Ende der Kraftstoffeinspritzung erkannt wird, wenn der Druck
ansteigt.
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Bei
einer einfachen Realisierung wird der Beginn oder das Ende der Kraftstoffeinspritzung
erkannt wird, wenn die Änderung
des Drucks größer als
ein Schwellenwert ist. Alternativ zur Änderung kann auch die Steigung
des Drucks ausgewertet werden.
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Erfolgt
die Auswertung nur in bestimmten Zeitbereichen, in denen der Beginn
bzw. das Ende der Einspritzung voraussichtlich eintritt, kann der
Aufwand bei der Signalauswertung Rechnerbelastung deutlich reduziert
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mittels der erfassten Werte für den Beginn
und/oder das Ende der Einspritzungen, auf Fehler und/oder auf Drifterscheinungen
erkannt werden. Insbesondere können Fehler
des bereits erkannt werden, bevor es zum völligen Ausfall des Injektors
kommt.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. Es
zeigen
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1 ein
Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 verschiedene über der
Zeit aufgetragene Signale und
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3 ein
Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 sind
die für
das Verständnis
der Erfindung erforderlichen Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems
einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt.
Das dargestellte System wird üblicherweise
als Common-Rail-System bezeichnet.
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Mit 100 ist
ein Kraftstoffvorratsbehälter
bezeichnet. Dieser steht über
eine Vorförderpumpe 110 mit
einer Hochdruckpumpe 125 in Verbindung. Die Verbindungsleitung
zwischen dem Vorförderpumpe 110 und
der Hochdruckpumpe 125 kann über ein Niederdruckbegrenzungsventil 145 mit
dem Vorratsbehälter 100 in
Verbindung stehen.
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Die
Hochdruckpumpe 125 steht mit einem Rail 130 in
Verbindung. Das Rail 130 wird auch als Speicher bezeichnet
und steht über
Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in
Kontakt. Über
ein Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem
Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbindbar.
Das Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar.
Vorzugsweise ist das Druckregelventil 135 derart ausgebildet,
dass es bei einer Beaufschlagung mit einem bestimmten Ansteuersignal
einen bestimmte, Druck im Rail 130 hält, und nicht benötigten Kraftstoff in
den Vorratsbehälter 100 abläßt.
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Die
Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und
dem Eingang des Druckregelventils 135 werden als Hochdruckbereich
bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck.
Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 140 erfasst.
Die Leitungen zwischen dem Tank 100 und der Hochdruckpumpe 125 werden
als Niederdruckbereich bezeichnet.
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Eine
Steuerung 160 beaufschlagt die verschiedenen Stellglieder,
wie beispielsweise die Hochdruckpumpe 125 mit einem Signal
QM, die Injektoren 131 mit einem Signal A und/oder das
Druckregelventil 135 mit einem Signal UD. Die Steuerung 160 verarbeitet
verschiedene Signale verschiedener Sensoren 150, die den
Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs,
dass die Brennkraftmaschine antreibt, charakterisieren. Ein solcher
Betriebszustand ist beispielsweise die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.
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Diese
Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet,
wird von der Vorförderpumpe 110 zur
Hochdruckpumpe gefördert.
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Steigt
der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das
Niederdruckbegrenzungsventil 145 und gibt die Verbindung zwischen
dem Ausgang der Vorförderpumpe 110 und dem
Vorratsbehälter 100 frei.
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Die
Hochdruckpumpe 125 fördert
den Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die
Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr
hohen Druck auf. Üblicherweise
werden bei Systemen für
fremdgezündete
Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden
Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Über die
Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den
einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen werden.
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Mittels
des Sensors 140 wird der Druck P im Rail bzw. im gesamten
Hochdruckbereich erfaßt.
Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 125 und dem Druckregelventil
wird der Druck im Hochdruckbereich geregelt.
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In 2a ist das Ansteuersignal A für einen der
Injektoren über
der Zeit t aufgetragen. In 2b ist
der entsprechende Raildruck P beispielhaft ebenfalls über der
Zeit aufgetragen. An Stelle der Zeit kann auch die Kurbelwellenstellung
verwendet werden. Zum Zeitpunkt T1 erfolgt die Ansteuerung des Injektors
derart, dass die Einspritzung beginnen soll. Zwischen der Ausgabe
des Ansteuersignals A zum Zeitpunkt T1 und dem Beginn der tatsächlichen
Einspritzung verstreicht üblicher
Weise eine gewisse Zeit. Sobald die Einspritzung beginnt, fällt der
Raildruck P im Hochdruckspeicher ab. Dies ist zum Zeitpunkt T2 der
Fall. Zum Zeitpunkt T3 endet die Ansteuerung des Injektors und mit
einer gewissen zeitlichen Verzögerung
steigt der Raildruck zum Zeitpunkt T4 wieder an.
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Das
bedeutet, der Zeitpunkt T2 charakterisiert den Beginn der Kraftstoffeinspritzung
und der Zeitpunkt T4 das Ende der Kraftstoffeinspritzung. Diese
Signale werden erfindungsgemäß durch
eine entsprechende Auswertung des Raildrucks ermittelt, d.h. ausgehend
von dein Abfall des Raildrucks zum Zeitpunkt T2 wird der Beginn
der Kraftstoffzumessung und zum Zeitpunkt T4 der Wiederanstieg des Raildruckes
erkannt. Vorteilhaft an dieser Vorgehensweise ist, dass ein Signal
ausgewertet wird, dessen Sensor bereits zur Steuerung anderer Größen, beispielsweise
des Raildrucks an sich, vorhanden ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist nun in 3 detailliert anhand eines Flussdiagrammes
dargestellt. In einem ersten Schritt 300 erfolgt zum Zeitpunkt
T1 die Ausgabe des Ansteuersignals A. Im anschließenden Schritt 310 wird
ein erwarteter Wert TS für
den Abstand zwischen dein Zeitpunkt T1 und T2 berechnet. Dabei wird
der erwartete Wert TS so gewählt,
dass er deutlich kleiner ist, als der Abstand zwischen T1 und T2.
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Im
Anschließenden
Schritt 320 wird ein Zähler
T auf den Wert 0 gesetzt. Im Schritt 330 wird der Zähler T erhöht. Die
Abfrage 340 überprüft, ob der Zählerinhalt
T größer, als
der berechnete Wert TS ist. D.h. es wird überprüft, ob der Zeitpunkt T2 kurz
bevorsteht. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 330.
Ist dies der Fall, d.h. der Beginn der Einspritzung steht unmittelbar
bevor, erfolgt die Erfassung des Raildrucks. In Schritt 350 wird
der aktuelle Wert PN des Raildrucks erfasst. Anschließend in
Abfrage 360 wird überprüft, ob die
Differenz zwischen dem aktuellen Wert PN und dem bei der vorangehenden
Messung gemessenen Wert PA größer als
ein Schwellwert S ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 370 der
Zeitpunkt TS abgespeichert.
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D.h.
fällt der
Raildruck zwischen zwei Messungen um mehr als ein erwarteter Wert
ab, erkennt die Abfrage 360 diesen Zeitpunkt als Einspritzbeginn. Erkennt
die Abfrage 360, dass diese Differenz kleiner als der Schwellwert
S ist, wird der alte Wert PA mit dem neuen Wert PN für den Raildruck überschrieben und
der Zeitzähler
T in Schritt 390 erhöht.
Die sich anschließende
Abfrage 395 überprüft, ob der
Zeitzähler
T größer als
der Schwellwert TS plus ein bestimmter Wert X ist. Ist dies der
Fall, so wird in Schritt 398 auf Fehler erkannt. Ist dies
nicht der Fall, so wird in Schritt 350 der neue Messwert
PN für
den Raildruck erneut erfasst. Dies bedeutet, dass auf Fehler erkannt
wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zeit X + TS nach der Ansteuerung
oder nach einer bestimmten Messzeit X auf Fehler erkannt wird, wenn keine
signifikante Änderung
des Raildrucks auftritt.
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Bei
einer vereinfachten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Zeitzähler
T und damit die Schritte 320, 330, 340, 390 und 395 weggelassen werden
und der Raildruck ständig erfasst
wird, sobald die Abfrage erkennt, dass sich der Raildruck ändert, d.h.
abfällt,
wird der Einspritzbeginn erkannt.
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Entsprechend
wird bei der Ermittlung des Einspritzendes vorgegangen. In diesem
Fall überprüft die Abfrage 360,
ob die Änderung
PN-PA kleiner als ein Schwellenwert ist, d.h. ob der Raildruck seit der
letzten Messung um mehr als einen bestimmten Wert angestiegen ist.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, dass nicht die Änderung des Raildrucks erfasst
wird, sondern dass das Raildrucksignal differenziert wird und die
Ableitung betrachtet wird. In diesem Fall wird überprüft, ob die Ableitung einen
bestimmten Wert überschreitet
oder unterschreitet. D.h. erfindungsgemäß wird überprüft, ob eine Druckänderung
vorliegt. Fällt
der Druck ab, so wird der Beginn der Einspritzung erkannt, steigt
der Druck an, so wird das Ende der Einspritzung erkannt. Insbesondere
wird der Beginn oder das Ende erkannt, wenn die Änderung des Drucks größer als
ein Schwellwert ist, bzw. der Beginn wird erkannt, wenn die Steigung
des Drucks einen Schwellwert unterschreitet, das Ende der Einspritzung
wird erkannt, wenn die Steigung des Drucks einen Schwellwert überschreitet.
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Erfindungsgemäß wird aus
dem Verlauf des Druckes im Rail des Common Rail Systems das Öffnen des
elektrisch angesteuerten Injektors erkannt und somit der Einspritzbeginn
ermittelt. Dieser Einspritzbeginn wird durch den Einbruch im Druck,
d.h. durch die Druckabnahme, erkannt. Entsprechend wird auf das
Schließen
des Ventils geschlossen. Beim Schließen des Ventils bzw. das Beenden
der Einspritzung wird auf den Druckanstieg erkannt.
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Wird
eine kontinuierliche Abtastung des Drucksignals mit hoher Frequenz
aus Gründen
der Rechnerbelastung nicht gewünscht,
so kann, wie in 3 dargestellt, vorgegangen werden.
Dort wird die Abtastung des Drucksignals mit hoher Auflösung nur für ein eingeschränktes Zeitintervall
aktiviert. D.h. die genaue Druckerfassung erfolgt nur einen gewissen Zeitraum
vor dem erwarteten Ereignis, bis das Ereignis erkannt ist. Hierzu
wird ein erwarteter Wert TS berechnet, der sicher vor dem erwarteten
Ereignis liegt. Vorzugsweise wird der erwartete Wert TS ausgehend von
dem Ansteuersignal A vorgegeben.
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Bei
einer vereinfachten Realisierung kann vorgesehen sein, dass zum
Zeitpunkt T1 der Zähler auf
0 gesetzt wird. Ab der Ansteuerung zum Zeitpunkt T1 bzw. zum Zeitpunkt
T3 läuft
der Zeitzähler. Bei
dieser Ausführungsform
ergibt sich der Einspritzbeginn einfach dadurch, dass zu der Zeit
T1, bei der die Ansteuerung erfolgt, der Wert des Zeitzählers bei Erkennen
des Beginns der Einspritzung bzw. des Endes der Einspritzung hinzugezählt wird.
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Ausgehend
von dem erkannten Einspritzbeginn und dem Einspritzende kann auch
die Einspritzdauer und damit auf die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge
bestimmt werden.
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Vorzugsweise
werden die so ermittelten Größen bezüglich des
Einspritzbeginns, des Einspritzendes und/oder der Einspritzdauer
und damit der Einspritzmenge im Steuergerät weiter verarbeitet. Vorzugsweise
werden diese Größen einer
Regelung zugeführt.
Die so ermittelten Größen dienen
dann als Istwert einer Regelung, die die entsprechende Größe auf einen
vorbestimmten Wert einstellt. Als Stellgröße dient dabei jeweils das
Ansteuersignal A, wobei hier insbesondere der Beginn und/oder das
Ende des Ansteuersignals als Istgröße dient. Dies bedeutet, die
ermittelten Werte werden mit einem erwarteten Wert verglichen und
abhängig
von dem Vergleich die Steuerung der Kraftstoffzumessung korrigiert
wird.
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Ferner
ist vorteilhaft, der Einspritzbeginn und/oder das Einspritzende
mit dem jeweiligen Beginn und Ende des Ansteuersignals korreliert
werden. Verändert
sich der Abstand zwischen dem Beginn des Ansteuersignals zum Zeitpunkt
T1 und dem Einspritzbeginn zum Zeitpunkt T2 während der Betriebszeit, d.h.
der Abstand zwischen T1 und T2 verändert sich, so wird das Ansteuersignal,
das heißt
der Zeitpunkt T1, derart korrigiert, dass der Zeitpunkt T2 über die
Betriebszeit konstant bleibt.
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Verändert sich
der Abstand zwischen dem Ende des Ansteuersignals zum Zeitpunkt
T3 und dem Einspritzende zum Zeitpunkt T4 während der Betriebszeit, d.h.
der Abstand zwischen T3 und T4 verändert sich, so wird das Ansteuersignal,
das heißt der
Zeitpunkt T3, derart korrigiert, dass der Zeitpunkt T4 über die
Betriebszeit konstant bleibt.
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Dies
bedeutet Drifterscheinungen, die beispielsweise auf Alterungseffekten
beruhen, können erkannt
und ausgeglichen werden. Bei gleichen Betriebszuständen bleibt
der Einspritzbeginn und/oder das Einspritzende über die gesamte Lebensdauer der
Brennkraftmaschine konstant.
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Des
weiteren bietet die Erfassung dieser Größen die Möglichkeit, Fehler der einzelnen
Komponenten zu erkennen. Verändert
sich beispielsweise der Abstand zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt
T2, d.h. zwischen der Ansteuerung und dem Beginn bzw. zwischen der
Ansteuerung und dem Ende der Einspritzung um mehr als ein vorgegebener
Wert, so wird ein Defekt, insbesondere des Injektors erkannt.