DE102004042009A1

DE102004042009A1 - Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge von Injektoren einer selbstzündenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004042009A1
Application number: DE200410042009
Authority: DE
Inventors: Patrick Attard; Rüdiger Dr.-Ing. Herweg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-02
Also published as: WO2006024445A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge von Injektoren (11) einer selbstzündenden Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Dabei wird der Ionenstromverlauf in einer Brennkammer (10) der Brennkraftmaschine erfasst und fouriertransformiert. Aus der maximalen Amplitude des jeweiligen fouriertransformierten Signalverlaufs wird dann die Einspritzmenge abgeleitet. Hierdurch können auf einfache und kostengünstige Weise Injektoren überwacht und gegebenenfalls bei Abweichungen die entsprechenden Einspritzsignale korrigiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge von Injektoren einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors.

Injektoren für moderne direkteinspritzende Dieselmotoren unterliegen hohen mechanischen Präzisions- und Toleranzanforderungen, die zu hohen Herstellungskosten führen. Dennoch besitzen solche Injektoren zum einen eine Streubreite in Bezug auf die tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen bei identischen Einspritzsteuersignalen und zum anderen eine Mengendrift, wobei sich während der Lebenszeit Veränderungen ergeben.

Zur Erfassung der eingespritzten Kraftstoffmenge werden oft Klopfsensoren verwendet, deren Einsatz jedoch nur in einem eng begrenzten Drehzahl-Lastbereich möglich ist.

Aus der DE 198 38 222 A1 und der DE 198 49 115 C2 sind Verfahren bekannt, die auf der Auswertung eines Ionenstromsignals einer selbstzündenden Brennkraftmaschine basieren. In der einen Druckschrift wird daraus der Einspritzzeitpunkt abgeleitet und eine eventuelle Dauereinspritzung erkannt und in der anderen wird die Qualität des Kraftstoffs bestimmt. Die Erfassung der Einspritzmenge ist dagegen nicht vorgesehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einfache Weise die Einspritzmenge in Zylindern von selbstzündenden Brennkraftmaschinen bei allen möglichen Betriebszuständen zu erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfassung der Einspritzmenge mittels des Ionenstromverlaufs in den jeweiligen Brennkammern und die Auswertung mittels einer Fouriertransformation kann die Einspritzmenge sehr exakt und auf einfache Weise erfasst werden. Die Toleranzen der Injektoren können dadurch ausgeglichen, beispielsweise ausgeregelt werden, so dass eine gleichmäßige Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern möglich wird. Dies verbessert die Laufkultur des Motors und verringert die Geräusch- und Abgasemission. Die Toleranzanforderungen an die Injektoren können gesenkt werden, so dass eine kostengünstigere Fertigung möglich wird. In vorteilhafter Weise kann auch das Langzeitverhalten der Injektoren überwacht und eine Kompensation bei auftretenden Abweichungen durchgeführt werden. Die jeweilige Auswertung des Ionenstromsignals durch die Fouriertransformation erfolgt sehr schnell, wodurch schnelle Regelungen zur Kompensation von Abweichungen der Einspritzmengen möglich werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.

Vorzugsweise wird der gemittelte und normierte Ionenstromverlauf der Fouriertransformation unterzogen, was zu einer besonders exakten Auswertung führt.

Zweckmäßigerweise wird eine Kennlinie für die Zuordnung der Maxima der fouriertransformierten Signalverläufe zur jeweiligen Einspritzmenge gebildet. Diese Kennlinie bildet dann eine Normierung anhand derer Abweichungen beobachtet und gegebenenfalls ausgeregelt werden können.

In Abhängigkeit des jeweiligen Maximums des fouriertransformierten Signalverlaufs wird der oder werden die Injektoren kalibriert, was insbesondere als On-Board-Kalibrierung, also im mit der Brennkraftmaschine versehenen Kraftfahrzeug erfolgen kann. In Abhängigkeit des jeweiligen Maximums des fouriertransformierten Signalverlaufs werden die Injektor-Steuersignale korrigiert, insbesondere durch eine Regelung, die dann auch altersbedingte Veränderungen kompensieren kann. Diese Korrektur kann auch im Rahmen von Wartungsintervallen erfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung der Einspritzmenge der Injektoren einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mittels des fouriertransformierten Ionenstromverlaufs,
2 Signaldiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise und
3 eine Kennlinie für die Zuordnung der Maxima des fouriertransformierten Ionenstromverlaufs zur eingespritzten Kraftstoffmenge.
In dem in 1 dargestellten Blockschaltbild ist eine Brennkammer 10 eines Zylinders einer selbstzündenden Brennkraftmaschine , also beispielsweise eines Dieselmotors, schematisch dargestellt. In diese Brennkammer 10 greift ein Injektor 11 zum Einspritzen der jeweils erforderlichen Brennstoffmenge und eine Ionenstromsonde 12 ein. Als Ionenstromsonde 12 wird üblicherweise eine mit einer Ionenstromsonde kombinierte Glühkerze verwendet, jedoch kann auch prinzipiell eine separate Ionenstromsonde 12 vorgesehen sein. Sie besteht aus zwei voneinander isolierten Elektroden, an die eine elektrische Spannung von beispielsweise 200 V (positiv oder negativ) angelegt wird. Während der Verbrennung in der Brennkammer 10 kommt es insbesondere in der Flammenfront zu chemischer Ionisation, bei sehr hohen Temperaturen zusätzlich zu thermischer Ionisation. Auf Grund der an der Ionenstromsonde 12 angelegten Gleichspannung tritt ein Stromfluss zwischen den Elektronen der Ionenstromsonde 12 auf, der als Ionenstrom bezeichnet wird. Die Größe dieses Ionenstroms hängt von der angelegten Spannung und vom Ionisationsgrad der Gase ab. Dieser ist wiederum unter anderem bestimmt durch die Brennraumtemperatur, den Brennraumdruck, das Verbrennungs-Luft-Verhältnis, den Zündzeitpunkt, die Kraftstoffzusammensetzung sowie die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Das erfasste Ionenstromsignal wird in einem Signalaufbereitungsmodul 13 aufbereitet. Üblicherweise wird der Strom mittels eines Messwiderstands in eine entsprechende Spannung umgesetzt. Die Ionenstromkurven aufeinanderfolgender Zündvorgänge werden dann gemittelt, so dass eine gemittelte Ionenstromkurve gebildet wird. Die Mittelung kann eine vorgebbare Zahl von Ereignissen umfassen, wobei jeweils die dieser Zahl entsprechende Anzahl vorangegangener Ereignisse verwendet wird. Die gemittelte Ionenstromkurve wird dann noch normiert, um definierte Bedingungen zu erreichen.
In 2 ist die durch die Zündung des Kraftstoffgemisches in der Brennkammer entstandene Wärmeenergie W für unterschiedliche eingespritzte Kraftstoffmengen beispielhaft dargestellt. Dabei entspricht die durchgezogene Linie einer eingespritzten Kraftstoffmenge von 21 mm³, die gestrichelte Linie einer Kraftstoffmenge von 19 mm³ und die strichpunktierte Linie einer Kraftstoffmenge von 17 mm³. Die Wärmemenge W ist dabei in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels α dargestellt. Die bei diesen Verhältnissen aufgenommenen Ionenstromkurven Ii sind darunter ebenfalls in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels α dargestellt.
In einer Fouriertransformationsstufe 14 werden diese Ionenstromkurven nun fouriertransformiert, und man erhält die drei ebenfalls in 2 dargestellten entsprechenden Fourierkurven, bei denen die spektrale Energiedichte A in Abhängigkeit der Frequenz f dargestellt ist. Die maximale spektrale Energiedichte A_max, also die jeweiligen Maxima dieser Kurven sind ein direktes Maß für die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge.
In der Maxima-Erkennungsstufe 15 werden die jeweiligen Maxima der Fouriertransformationskurven erfasst und festgehalten. Diese erfassten Maxima werden dann gemäß 3 in einer Auswertungsstufe 16 in Bezug auf die jeweils eingespritzten Kraftstoffmengen gesetzt, so dass sich eine Normierungslinie ergibt, die jedem Maxima der spektralen Energiedichte A_max der jeweiligen Fouriertransformationskurve eine Kraftstoffeinspritzmenge M zuordnet. Diese Normierungskurve gemäß 3 wird dann abgespeichert, so dass der jeweilige Injektor in Abhängigkeit dieser Normierungskurve jederzeit daraufhin überprüft werden kann, ob er noch die korrekte Kraftstoffmenge beim Einspritzvorgang abgibt. Dies kann beispielsweise im Rahmen von Kundendiensten und Wartungsintervallen erfolgen, bei denen die Injektoren in Abständen geprüft werden. Wenn sich eine Veränderung ergibt, können die Einspritzsteuersignale entsprechend nachjustiert werden.
Es ist auch möglich, eine ständige Regelung der Einspritzmenge dahingehend durchzuführen, dass das durch die Fouriertransformation ermittelte Einspritzmengensignal der Motorelektronik des Kraftfahrzeugs zurückgemeldet wird, so dass das Einspritzmengensignal bei eventuellen Veränderungen sofort nachgeregelt werden kann.
Die in 1 dargestellten und beschriebenen Baugruppen können selbstverständlich auch Bestandteil der Motorelektronik sein, also ganz oder teilweise in der Motorelektronik integriert sein. Sie können jedoch auch ganz oder teilweise als separates Steuergerät aufgebaut sein, wobei selbstverständlich die Daten der Injektoren aller Zylinder erfasst und gespeichert sind.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge von Injektoren einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenstromverlauf (Ii) in einer Brennkammer (10) der Brennkraftmaschine erfasst und fouriertransformiert wird, wobei aus der maximalen Amplitude (A_max) des fouriertransformierten Signalverlaufs die Einspritzmenge (M) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemittelte und normierte Ionenstromverlauf (Ii) der Fouriertransformation unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie für die Zuordnung der Maxima (A_max) der fouriertransformierten Signalverläufe zur jeweiligen Einspritzmenge (M) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des jeweiligen Maximums (A_max) des fouriertransformierten Signalverlaufs der oder die Injektoren (11) kalibriert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung On-Board des mit der Brennkraftmaschine versehenen Kraftfahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des jeweiligen Maximums (A_max) des fouriertransformierten Signalverlaufs die Injektor-Steuersignale korrigiert werden, insbesondere durch eine Regelung.