DE102006023468B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Bei einem Einspritzventil, mit dem Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor (11) eingespritzt wird, besteht das Problem, dass durch Fertigungstoleranzen und Alterung die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum des Verbrennungsmotors (11) insbesondere bei kleinen Kraftstoffmengen mit einer relativ großen Abweichung behaftet ist. Um die Mengenabweichung zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass während einer Schubabschaltphase eines im Betrieb befindlichen Kraftfahrzeugs eine Testeinspritzung durchgeführt wird. Die Testeinspritzung wird für wenigstens ein individuelles Einspritzventil (1) durchgeführt. Dabei wird das Kraftstoff-Rail (2) eingangsseitig verschlossen und das ausgewählte Einspritzventil (1) für eine definierte Zeit mit einem Sollwert für eine einzuspritzende Kraftstoffmenge angesteuert. Durch Messung einer Druckdifferenz im Kraftstoff-Rail (2) vor und nach der Testeinspritzung kann eine Mengendifferenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert ermittelt werden. Daraus ergibt sich ein Korrekturfaktor, mit dem die Ansteuerung für das ausgewählte Einspritzventil (1) für nachfolgende Einspritzungen korrigiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors. Bei der Steuerung des Einspritzventils wird eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffmenge nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 kompensiert.
  • Es ist schon bekannt, dass während des Betriebs des Verbrennungsmotors die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch eine entsprechende Steuerung des Einspritzventils, zum Beispiel durch den Ventilhub seiner Düsennadel, die Öffnungsdauer und/oder den Kraftstoffdruck (Raildruck) im Einspritzsystem steuerbar ist. Allerdings wird die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge (Istwert) noch insbesondere durch Fertigungstoleranzen und Alterungseinflüssen des Einspritzventils beeinflusst. Dadurch ergeben sich Abweichungen von dem vorgegebenen Sollwert, die insbesondere bei sehr geringen Einspritzmengen, wie sie bei einer Voreinspritzung oder bei einer Nacheinspritzung beispielsweise zur Erhitzung von Abgaskatalysatoren benötigt werden, relativ groß sind. Besonders nachteilig ist, dass die Abweichung für jedes individuelle Einspritzventil unterschiedlich sein kann.
  • Zur Kompensation der Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem tatsächlichen Istwert der eingespritzten Kraftstoffmenge wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Laufunruhe des Verbrennungsmotors ausgewertet wird. Dieses Verfahren wird insbesondere bei Dieselmotoren zur Nullmengenadaption verwendet.
  • Aus der US 2004/0011325 A1 ist des Weiteren ein Einspritzsystem insbesondere für einen Dieselmotor bekannt, bei dem der Kraftstoff sowohl bei einer Haupteinspritzung als auch zusätzlich bei einer Hilfseinspritzung in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Für die Berechnung der Kraftstoffmenge für die Hilfseinspritzung wird zunächst die Kraftstoffpumpe eingeschaltet und durch Ansteuerung des Einspritzventils eine Kraftstoffeinspritzung generiert und nach einer Stabilisierungsphase ein erster Kraftstoffdruck im Kraftstoff-Rail gemessen. Danach wird das Einspritzventil deaktiviert, die Kraftstoffpumpe abgeschaltet und ein zweiter Kraftstoffdruck im Kraftstoff-Rail gemessen, bevor die Pumpe wieder eingeschaltet wird. Eine Steuereinheit ermittelt aus den beiden Druckwerten und unter Berücksichtigung des Ansteuersignals für das Einspritzventil sowie weiterer Betriebsparameter ein Modell, nach dem die Kraftstoffmenge für die Hilfseinspritzung bestimmt wird. Mit diesem System soll die benötigte Kraftstoffmenge an die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepasst werden.
  • Des Weiteren ist aus der DE 197 38 722 A1 eine Messeinrichtung bekannt, die an einem Einspritzventil-Prüfstand eingesetzt wird, um die Einspritzrate und -menge des eingespritzten Kraftstoffs zu messen. Bei diesem Verfahren wird der Druckanstieg in einem Messvolumen bestimmt und daraus die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt.
  • Aus der JP 62186034 AA ist bekannt, Einspritzmengenunterschiede zwischen den jeweiligen Zylindern zu korrigieren, indem der Kraftstoffdruck in einem Common Rail vor und nach der Einspritzung gemessen und anhand des Druckunterschieds die Grundeinspritzmenge korrigiert wird.
  • Da der Druckabfall einer einzelnen Einspritzung gegenüber den betriebsbedingten Druckschwankungen im Common Rail jedoch sehr gering ist, wird in der DE 691 12 355 T2 nicht der von einer einzelnen Kraftstoffeinspritzung verursachte Druckabfall im Common Rail, sondern der von einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen verursachte Druckabfall während einer Schubabschaltung ausgewertet und zur Korrektur der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge verwendet. Aus der US 6, 964, 261 B2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Steuerung eines Kraftstoffinjektors bekannt, mit der eine einzuspritzende Kraftstoffmenge kalibrierbar ist. Dabei wird in einer stabilen Betriebsphase des Verbrennungsmotors ein Kraftstoffinjektor angesteuert, um eine Testeinspritzung durchzuführen. Dabei wird der Druckverlauf im Kraftstoffinjektor aufgezeichnet. Des weiteren wird die Verlaufskurve der Drehzahl des Verbrennungsmotors erfasst. Aus diesen Werten wird ein Korrekturfaktor bestimmt, mit dem die einzuspritzende Kraftstoffmenge adaptierbar ist.
  • Durch die Vielzahl der Kraftstoffeinspritzungen die bei der DE 691 12 355 T2 durchgeführt werden erhöht sich einerseits der Kraftstoffverbrauch, andererseits besteht bei dem Verfahren der US 6, 964, 261 B2 die Gefahr einer unerwünschten Erhöhung des Drehmoments, was zu einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts führen kann.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Ktaftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors die Genauigkeit einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu verbessern. Dabei soll die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge für wenigstens ein ausgewähltes Einspritzventil des Verbrennungsmotors exakt bestimmt werden, ohne dabei den Fahrkomfort zu beeinträchtigen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils, bei dem eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffmenge nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 angepasst wird, ergibt sich der Vorteil, dass für jedes individuelle Einspritzventil des Verbrennungsmotors eine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, die dem vorgegebenen Sollwert entspricht oder zumindest dem vorgegebenen Sollwert sehr nahe kommt.
  • Abweichungen zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert, die insbesondere durch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Einspritzventils und/oder auch durch Alterung und Verschleiß während der Gebrauchszeit des Einspritzventils unvermeidlich sind, werden mit der Erfindung automatisch kompensiert. Auf diese Weise wird während der Gebrauchszeit des Verbrennungsmotors beziehungsweise des Kraftfahrzeugs stets eine gleich gute, optimale Kraftstoffeinspritzung erzielt, die im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch minimal ist, günstige Abgaswerte erzeugt und einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors bewirkt. Als vorteilhaft wird dabei angesehen, dass bei jedem Einspritzventil während seiner gesamten Lebensdauer insbesondere kleinste Kraftstoffmengen mit größter Genauigkeit eingespritzt werden, da mögliche Abweichungen automatisch kompensiert werden. Von Vorteil ist des Weiteren, dass auch die Wirksamkeit des Katalysators verbessert wird, da für dessen Nacheinspritzung zur Erhaltung seiner Betriebstemperatur die erforderliche Kraftstoffmenge sehr genau dosiert werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch darin, dass die Warmlaufzeit des Abgaskatalysators wirkungsvoll verkürzt wird, so dass die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte für die Emissionswerte sicher eingehalten werden können.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen ausgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens gegeben. Eine einfache Möglichkeit zur Einstellung des stabilen Zustands im Kraftstoff- Rail wird erreicht, wenn die am Kraftstoff-Rail angeschlossenen Einspritzventile deaktiviert sind und das Kraftstoff-Rail eingangsseitig geschlossen ist.
  • Eine alternative Möglichkeit zur Einstellung des stabilen Zustandes für das Kraftstoff-Rail besteht auch darin, dass dem Kraftstoff-Rail ein definierter Leckagestrom von der Kraftstoffhochdruckpumpe zugeführt wird. In diesem Fall wird der Leckagestrom konstant gehalten, so dass sehr einfach eine Druckmessung für den im Kraftstoff-Rail enthaltenen Kraftstoff durchgeführt werden kann.
  • Weiterhin ist von Vorteil, dass für den berechneten Differenzwert zwischen dem Sollwert und dem Istwert ein Grenzwert vorgegeben wird. Dieser Grenzwert wird vorzugsweise für ein ideales Einspritzventil festgelegt, bei dem keine Fertigungstoleranzen und/oder Alterungseinflüsse auftreten. Erst bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes wird der Korrekturfaktor ermittelt, der dann für die Anpassung der weiteren Steuerung des Einspritzventils verwendet wird. Durch die Vorgabe des Grenzwertes wird des Weiteren erreicht, dass kleinste Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem Istwert nicht zu einer Änderung der Ventilansteuerung führen, da sie möglicherweise messtechnisch bedingt sein können.
  • Um die Kraftstoffeinspritzung für jedes Einspritzventil individuell zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Korrekturfaktor sequentiell und individuell für alle vorhandenen Einspritzventile des Einspritzsystems bzw. für alle Zylinder des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Durch die individuelle Anpassung der einzelnen Einspritzventile wird die Kraftstoffverbrennung im Verbrennungsmotor optimal und dauerhaft gesteuert.
  • Da für die Testeinspritzung eine nur geringe Kraftstoffmenge benötigt wird, ist vorgesehen, dass die Testeinspritzung während der Kompressionsphase des Verbrennungsmotors erfolgt. Da die Testeinspritzung insbesondere im Schubbetrieb erfolgt, ergibt sich für die Laufruhe des Verbrennungsmotors kein negativer Einfluss.
  • Alternativ lässt sich die Testeinspritzung während der Expansionsphase des Verbrennungsmotors durchführen. In diesem Fall übt die Testeinspritzung ebenfalls keinen negativen Einfluss auf die Laufruhe des Verbrennungsmotors aus oder beeinträchtigt gar den Schubbetrieb.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die einzuspritzende Kraftstoffmenge bei der Testeinspritzung sehr gering ist. Die Kraftstoffmenge kann beispielsweise der einer Vor- oder Nacheinspritzung bzw. der einer Heizeinspritzung für den Katalysator entsprechen.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die als Blockschaltbild dargestellt ist,
  • 2 zeigt ein Diagramm mit Druckkurven und
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung dargestellt, mit der bei der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem tatsächlichen Istwert kompensiert werden kann. Die in 1 dargestellte Vorrichtung 10 weist ein Einspritzsystem auf, das beispielsweise als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet ist. Wesentlicher Bestandteil des Einspritzsystems ist ein Kraftstoff-Rail 2, das über Hochdruckleitungen mit entsprechenden Einspritzventilen 1 verbunden ist. Die Einspritzventile 1 sind in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors 11 eingebaut, um in die einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eine entsprechende Kraftstoffmenge einzuspritzen. Wie der 1 weiter entnehmbar ist, sind sechs Einspritzventile 1 an dem Verbrennungsmotor 11 angeordnet. In der Regel ist für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 11 ein Einspritzventil 1 vorgesehen, so dass bei einem Sechszylindermotor sechs Einspritzventile 1 benötigt werden. Jedes Einspritzventil 1 ist beispielsweise mit einem piezoelektrischen Aktor ausgebildet, um sehr kurze und schnelle Einspritzimpulse, wie sie insbesondere auch bei einer Mehrfacheinspritzung benötigt werden, steuern zu können. Die Einspritzventile 1 werden von einem entsprechend ausgebildeten Motorsteuergerät (in 1 nicht dargestellt) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 11 angesteuert.
  • Das Kraftstoff-Rail ist über eine mit Kraftstoff gefüllte Hochdruckleitung mit einer Hochdruckpumpe 4 hydraulisch verbunden. Die Fließrichtung des Kraftstoffs ist durch entsprechende Pfeile dargestellt. Die Hochdruckpumpe 4 ist beispielsweise als Einkolbenpumpe oder als Mehrkolbenpumpe mit einem Volumenstrom-Regelventil ausgebildet. Durch das Volumenstrom-Regelventil ist ein definierter Leckagestrom einstellbar, der das Kraftstoff-Rail 4 unter hohem Druck mit Kraftstoff versorgt. Die Hochdruckpumpe 4 ist eingangsseitig über entsprechende Leitungen mit einem Kraftstofftank 9 verbunden. Der Kraftstofftank 9 ist mit Dieselöl oder Benzin gefüllt. In die Verbindungsleitung zur Hochdruckpumpe 4 ist eine Niederdruckpumpe 8 geschaltet. Die Niederdruckpumpe 8 ist ausgangsseitig mit einem Druckregler 7 verbunden, durch den überschüssiger Kraftstoff über eine weitere Kraftstoffleitung in den Kraftstofftank 9 zurückgeführt werden kann.
  • Eingangsseitig ist die Hochdruckpumpe 4 des Weiteren mit einem PWM-Ventil 6 verbunden, mit dem der Kraftstoffstrom gesteuert werden kann. Dieses PWM-Ventil 6 wird von einer Steu ereinheit 3 beispielsweise nach dem Pulsweiten-Modulationsverfahren gesteuert. Die Steuereinheit 3 weist eine Recheneinheit auf, die mit einem entsprechenden Programm steuerbar ist. Die Steuereinheit 3 ist des Weiteren elektrisch mit einem Drucksensor 5 verbunden, der an das Kraftstoff-Rail 2 angebaut ist und den Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoff-Rails 2 misst.
  • In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Kraftstoff-Rail 2 ein Temperatursensor angeordnet ist, der die Kraftstofftemperatur misst und dessen Messwerte ebenfalls zur Steuereinheit 3 übertragen werden.
  • Mit der Steuereinheit 3 kann des Weiteren das PWM-Ventil 6 geschlossen werden, so dass das Kraftstoff-Rail 2 abgeschlossen oder alternativ mit einem vorgegebenen Leckagestrom mit Kraftstoff versorgt wird.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend der 1 wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
  • Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass für wenigstens ein, vorzugsweise für jedes einzelne Einspritzventil 1 ein Korrekturwert ermittelt wird, mit dem die Ansteuerung des Einspritzventils 1 adaptiert wird, um den für die Kraftstoffmengen-Einspritzung vorgegebenen Sollwert möglichst präzise zu erreichen. Der vorgegebene Sollwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird beispielsweise von einem Motor-Steuergerät in Abhängigkeit von mehreren Motorparametern berechnet oder bestimmt. Beispielsweise werden die Drehzahl, die Temperatur, die Gaspedalstellung, der eingelegte Getriebegang usw. berücksichtigt. Das Motor-Steuergerät entnimmt unter Berücksichtigung der empfangenen Parameterdaten aus einer zuvor gespeicherten Datenbank oder Tabelle einen oder mehrere Werte für eine erforderliche Kraftstoffeinspritzung. Dazu werden die Einspritzventile 1 mit einem oder mehreren geeigneten Steuerimpulsen angesteuert, um den vorgegebenen Sollwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge zu erreichen.
  • In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge (Istwert) mehr oder weniger stark von dem vorgegebenen Sollwert abweicht. Ursache für dieses Phänomen können beispielsweise Fertigungstoleranzen sein, die während der Herstellung des Einspritzventils entstehen und nicht vollständig vermeidbar sind. Eine weitere Ursache kann Verschleiß oder Alterung sein, der im Laufe der Betriebszeit des Einspritzventils zu einem veränderten Einspritzverhalten führen kann. Um die Abweichungen der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge von dem vorgegebenen Sollwert zu kompensieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zunächst mit Hilfe einer Testeinspritzung festgestellt wird, wie hoch die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert tatsächlich ist. Diese Testeinspritzung wird vorzugsweise für jedes Einspritzventils oder für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 11 individuell durchgeführt.
  • 2 zeigt ein Diagramm mit unterschiedlichen Druckkurven, an denen das oben geschilderte Problem nachfolgend näher erläutert wird. In 2 ist auf der Y-Achse der Kraftstoffdruck P im Kraftstoff-Rail 2 dargestellt. Auf der X-Achse ist die fortlaufende Testzeit t aufgetragen.
  • Ideale Verhältnisse würden vorliegen, wenn bei einem hohen Raildruck im Kraftstoff-Rail keine Leckage vorliegt. Es wird angenommen, dass das Kraftstoff-Rail eingangsseitig geschlossen ist. Des Weiteren sind alle Einspritzventile geschlossen, so dass weder ein Kraftstoffzufluss noch eine Kraftstoffentnahme erfolgt. In diesem Fall ist der Kraftstoffdruck PA im Kraftstoff-Rail konstant. Dieser Zustand ist durch die gestrichelt dargestellte horizontal verlaufende Kurve A in dem Diagramm wiedergegeben. Beispielsweise wird zum Zeitpunkt t1 der Druckwert PA gemessen.
  • In der Praxis ist jedoch wegen einer unvermeidbaren Leckage ein Druckabfall im Kraftstoff-Rail 2 vorhanden, so dass der Raildruck (Kraftstoffdruck) P mit der Zeit abnimmt. Der entsprechende Druckverlauf ist durch die Kurve B wiedergegeben. Beispielsweise erhält man zum Zeitpunkt t1 den Druckwert PB, der niedriger ist als der Druckwert PA.
  • Bei der Kurve C wird wieder vom Anfangsdruck PA ausgegangen, wenn das Kraftstoff-Rail gefüllt und eingangsseitig geschlossen ist. Nun erfolgt mit Hilfe einer Modellrechnung in einer Testphase eine simulierte Ansteuerung eines einzelnen Einspritzventils mit einer Testeinspritzung, bei der für eine bestimmte Zeit eine vorbestimmte Kraftstoffmenge als Sollwert in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Durch die kontinuierliche Kraftstoffentnahme ergibt sich im Kraftstoff-Rail ein Druckverlauf, wie er durch die Kurve C dargestellt ist. Die Kurve C berücksichtigt dabei auch den Druckabfall, der durch die Leckage bedingt ist. Es wird weiterhin angenommen, dass alle weiteren Einspritzventile geschlossen sind. Bei Erreichen eines definierten Zustands, beispielsweise zum Zeitpunkt t1, ergibt sich somit ein modellierter Kraftstoffdruck, der als erster Druckwert PC gespeichert wird. Der erste Druckwert PC entspricht somit dem vorgegebenen Sollwert, wenn der definierte, stabile Zustand im Kraftstoff-Rail erreicht ist.
  • Die Kurve D stellt den Fall dar, bei dem ein reales Einspritzventil verwendet wird, das mit einer entsprechenden Fertigungstoleranz gefertigt wurde und/oder durch Alterung und Verschleiß ein verändertes Einspritzverhalten aufweist. Die Kurve D entspricht – ebenfalls unter Berücksichtigung der Leckage – daher dem tatsächlichen Istwert für die eingespritzte Kraftstoffmenge. Im Kraftstoff-Rail herrscht ein niedrigerer Kraftstoffdruck P, als der, der durch die Kurve C dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t1 weist der Kraftstoffdruck den Druckwert PD auf. Das bedeutet, dass im Kraftstoff-Rail ein größerer Kraftstoffabfluss vorliegt und somit der Istwert größer ist als der vorgegebene Sollwert PC der Kurve C. Somit hat das Einspritzventil eine größere Kraftstoffmenge in den Verbrennungsmotor eingespritzt und damit den vorgegebenen Sollwert überschritten. Folglich ist bei einer nachfolgenden Einspritzung das ausgewählte Einspritzventil mit dem ermittelten Korrekturfaktor in der Weise anzusteuern, dass das Einspritzventil weniger Kraftstoff einspritzt, um die vom Sollwert vorgegebene Kraftstoffmenge zu erreichen oder ihr zumindest ziemlich nahe zu kommen.
  • Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Abweichung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge (Istwert) vom vorgegebenen Sollwert, die durch die Druckdifferenz PD – PC der beiden Kurven C und D ermittelbar ist, zu kompensieren. Daher wird erfindungsgemäß ein Korrekturfaktor ermittelt, mit dem die Ansteuerung für das Einspritzventil entsprechend dem obigen Beispiel durch eine Verkürzung der Einspritzdauer des betreffenden Einspritzventils, durch eine reduzierte Öffnungsweite der Düsennadel des Einspritzventils und/oder durch eine Druckabsenkung im Kraftstoff-Rail angepasst.
  • Im anderen Fall, wenn der Istwert kleiner ist als der Sollwert, ergibt sich ein entsprechender negativer Korrekturfaktor. Das bedeutet, dass die Ansteuerung für das Einspritzventil in der Weise geändert wird, dass die Einspritzdauer verlängert, die Öffnungsweite der Düsennadel vergrößert und/oder der Raildruck vergrößert wird. Der Korrekturfaktor kann dabei beispielsweise prozentual oder als Konstante verwendet werden.
  • In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine minimale Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert, die beispielsweise bei einer großen Einspritzmenge nicht relevant wäre oder die durch Messtoleranzen bei der Druckmessung begründet sein kann, nicht kompensiert wird. Für minimale Abweichungen ist daher ein Grenzwert vorgegeben, so dass erst dann eine Kompensation der Einspritzmenge erfolgt, wenn der vorgegebene Grenzwert überschritten ist.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird der Algorithmus erläutert, mit dem die Ansteuerung des Einspritzventils kompensiert wird. Während einer Schubabschaltephase eines Kraftfahrzeugs wird eine Testphase eingeleitet, in der die Testeinspritzung durchgeführt wird. Wenn die Schubabschaltphase erkannt wird, wird in der Testphase im Kraftstoff-Rail ein definierter Zustand eingestellt. Beispielsweise wird das Kraftstoff-Rail mit Hilfe des PWM-Ventils 6 geschlossen, so dass kein Kraftstoff mehr zugeführt wird.
  • Alternativ ist vorgesehen, bei einer Hochdruckpumpe mit einem Volumenstrom-Regelventil einen definierten Leckagestrom im Kraftstoff-Rail auszubilden. Der Volumenstrom kann beispielsweise mit einem Verfahren gemessen werden, das in der WO 2004/104397A1 vorgeschlagen wurde.
  • Nachdem im Kraftstoff-Rail ein stabiler Zustand erreicht ist, wird ein individuelles Einspritzventil für eine definierte Zeit angesteuert, um die vorgegebene Kraftstoffmenge (Sollwert) einzuspritzen. Durch die kontinuierliche Kraftstoffentnahme des angesteuerten Einspritzventils entsteht im Kraftstoff-Rail ein Druckabfall. Bei einer Hochdruckpumpe mit einem Volumensteuerventil kann aber auch ein langsamer Druckanstieg auftreten.
  • Mathematisch kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dem folgenden Algorithmus gelöst werden. Die aus dem Kraftstoff-Rail entnommene Kraftstoffmenge Qrail wird durch die eingespritzte Kraftstoffmenge qinjektor und dem eventuellen Leckageanteil qleckage bestimmt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann wiederum mit Hilfe der eingestellten Durchflussmenge (d.h. dem vorgegebenen Sollwert) qinjektor nominal und der eventuellen Abweichung qinjektor abweichung von der nominalen Durchflussmenge bestimmt werden, so dass sich insgesamt folgende Formel ergibt: Qrail – qinjektor nominal + qinjektor abweichung + qleckage (1)
  • Der Leckageanteil wird durch den Druckabfall im Kraftstoff-Rail in einer Phase bestimmt, wenn weder Kraftstoff zugeführt noch entnommen wird. Aus der bekannten Beziehung zwischen dem Volumen und dem Druck lässt sich die entnommene Kraftstoffmenge Qrail wie folgt berechnen: Qrail = Vrail/K * ΔP (2)
  • Vrail ist das Kraftstoffvolumen im Kraftstoff-Rail. Dieses ist ein Systemparameter. K ist der Volumenausdehnungskoeffizient, also eine Stoffeigenschaft, die von der Kraftstofftemperatur abhängig ist und bei längerer Testdauer als Variable zu betrachten ist. ΔP ist der Druckabfall nach einer vorbestimmten Testdauer, die gemessen wird.
  • Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich dann qinjektor abweichung – Vrail/K * ΔP – qinjektor nominal – qleckage (3)
  • Die auf diese Weise ermittelte Mengenabweichung qinjektor abweichung wird für eine Ansteuerung für nachfolgende Einspritzungen mit diesem Einspritzventil zur Kompensation bzw. zur Korrektur berücksichtigt.
  • Es ist vorgesehen, den obigen Algorithmus für jedes Einspritzventil und/oder für jeden Zylinder anzuwenden, um für jedes Einspritzventil beziehungsweise für jeden Zylinder die Abweichung der Einspritzmenge von der vorgegebenen Sollmenge zu kompensieren. Auf diese Weise lassen sich sehr einfach und in vorteilhafter Weise individuelle Herstellungstoleranzen und/oder die Alterung an den einzelnen Einspritzventilen adaptieren.
  • Erfindungswesentlich ist des Weiteren, dass die Testeinspritzung in der Phase der Schubabschaltung durchgeführt wird, damit durch die Testeinspritzung keine Beeinträchtigung des Motorlaufs oder des Fahrkomforts spürbar ist. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Testeinspritzung während der Kompressionsphase oder während der Expansionsphase des Verbrennungsmotors durchzuführen.
  • Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand des Flussdiagramms der 3 näher erläutert. In Position 20 startet das Programm mit den entsprechenden Rückstellungen des Speichers. In Position 21 erfolgt eine Abfrage, ob der Betriebszustand der Schubabschaltung erreicht ist. Ist das nicht der Fall, dann springt das Programm auf Position 20 zurück. Im anderen Fall, wenn eine Schubabschaltung detektiert wurde, wird in Position 22 ein definierter, stabiler Zustand des Kraftstoff-Rails eingestellt. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Kraftstoffzufuhr zum Kraftstoff-Rail unterbrochen wird. Des Weiteren befinden sich die Einspritz- ventile im nicht angesteuerten Zustand. In Position 23 startet das Programm mit der Testphase, sobald der stabile Zustand festgestellt wurde. In Position 24 erfolgt eine erste Druckmessung im Kraftstoff-Rail. Der erste Druckwert wird vorzugsweise zwischengespeichert. In Position 25 erfolgt die Auswahl eines individuellen Einspritzventils, beispielsweise des ersten Einspritzventils. In Position 26 wird das erste Einspritzventil mit einem Testimpuls angesteuert, während alle übrigen Einspritzventile deaktiviert bleiben. Der Testimpuls ist so ausgelegt, dass eine als Sollwert vorgegebene Kraftstoffmenge in den entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Kraftstoffmenge ist vorzugsweise sehr klein und entspricht beispielsweise der einer Vor- oder Nacheinspritzung bei einer Mehrfacheinspritzung oder der einer Heizeinspritzung für einen Katalysator.
  • Durch die Kraftstoffeinspritzung erfolgt eine Kraftstoffentnahme aus dem Kraftstoff-Rail, so dass nun eine zweite Druck messung durchgeführt und der zweite Druckwert zwischengespeichert werden kann (Position 27). In Position 28 wird nun die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bzw. der Istwert für die Kraftstoffmenge berechnet. In Position 29 wird die Differenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert berechnet. Aus der Abweichung ergibt sich ein Korrekturwert, mit dem die Ansteuerung des ersten Einspritzventils bei den nächsten Einspritzungen entsprechend adaptiert wird. Dieser Korrekturwert wird in Position 30 für den ersten Injektor gespeichert, so dass die nächsten Einspritzungen automatisch korrigiert werden. Danach springt das Programm wieder auf Position 25 zurück und startet die Testphase mit der Auswahl des nächsten individuellen Einspritzventils.
  • Es ist vorgesehen, dass das Programm mit der Testphase für die einzelnen Einspritzventile in zyklischem Abstand wiederholt wird, so dass sowohl Kurzzeiteffekte als auch Langzeiteffekte automatisch korrigierbar sind.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Einspritzventils (1), wobei eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors (11) eingespritzten Kraftstoffmenge kompensiert wird, wobei der Kraftstoff mit Hilfe mehrerer Einspritzventile (1) eines Einspritzsystems (10) während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs in den Verbrennungsmotor (11) eingespritzt wird und wobei die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert der eingespritzten Kraftstoffmenge durch Erfassung des Druckabfalls in einem Kraftstoff-Rail (2) des Einspritzsystems (10) dadurch ermittelt wird, – dass während einer Schubabschaltephase eine Testphase eingeleitet wird, bei der zunächst im Kraftstoff-Rail (2) ein definierter, stabiler Zustand eingestellt wird, – dass nach Erreichen des stabilen Zustands ein erster Druckwert im Kraftstoff-Rail (2) mit einer ersten Druckmessung ermittelt wird, – dass anschließend wenigstens ein Einspritzventil (1) ausgewählt wird, das für eine Testeinspritzung mit einem vorgegebenen Sollwert angesteuert wird, – dass nach der Testeinspritzung ein zweiter Druckwert mit einer zweiten Druckmessung im Kraftstoff-Rail (2) ermittelt wird, – dass aus den beiden ermittelten Druckwerten ein Differenzwert berechnet wird und – dass aus dem berechneten Differenzwert ein Korrekturfaktor bestimmt wird, mit dem die Ansteuerung des ausgewählten Einspritzventils (1) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, – dass für die Testeinspritzung eine sehr geringe Kraftstoffmenge verwendet wird, – wobei die Kraftstoffmenge der einer Vor- oder Nacheinspritzung der einer Heizeinspritzung für den Katalysator entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung des stabilen Zustands alle Einspritzventile (1) deaktiviert sind und dass das Kraftstoff-Rail (2) eingangsseitig geschlossen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung des stabilen Zustands dem Kraftstoff-Rail (2) ein definierter Leckagestrom zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den berechneten Differenzwert ein Grenzwert vorgegeben wird und dass bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes der Korrekturfaktor ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert beziehungsweise der Korrekturfaktor für jedes Einspritzventil (1) individuell ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors (11) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testeinspritzung während der Kompressionsphase des Verbrennungsmotors erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Testeinspritzung während der Expansionsphase des Verbrennungsmotors erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Kompensation der eingespritzten Kraftstoffmenge bei einem Benzin- oder Dieselmotor erfolgt.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kraftstoff-Rail (2) eines Einspritzsystems (10) für einen Verbrennungsmotor (11), mit einem Drucksensor (5), der am Kraftstoff-Rail (2) zur Messung des Kraftstoffdrucks angeordnet ist und mit einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) ausgebildet ist, während einer Schubabschaltphase des Kraftfahrzeugs im Kraftstoff-Rail (2) einen kontrollierten Zustand einzustellen, danach für eine Testeinspritzung ein individuelles Einspritzventil (1) zur Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge (Sollwert) anzusteuern, eine Druckdifferenz im Kraftstoff-Rail (2) zu ermitteln und dass daraus einen Korrekturfaktor zur Anpassung des Istwertes für die eingespritzte Kraftstoffmenge bei dem getesteten Einspritzventil (1) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, – dass die Vorrichtung ausgebildet ist, für die Testeinspritzung eine sehr geringe Kraftstoffmenge zu verwenden, – wobei die Kraftstoffmenge der einer Vor- oder Nacheinspritzung oder der einer Heizeinspritzung für den Katalysator entspricht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verwendung insbesondere für ein Common Rail Einspritzsystem bei einem Diesel- oder Benzinmotor.
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