DE102006027405B3

DE102006027405B3 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006027405B3
Application number: DE102006027405A
Authority: DE
Inventors: Uwe Jung; Janos Radeczky; Michael Wirkowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: WO2007144253A1; US7765054B2; US20090177365A1; EP1971765A1; CN101395361B; CN101395361A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen ersten Brennraum und für jeden Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Brennraum umfasst, und die beim Betrieb ein Drehmoment aufweist, mit den Schritten: (a) während einer Schubphase der Brennkraftmaschine Ansteuern des Injektors des ersten Brennraums für eine vorbestimmte Ansteuerzeit tauinj, mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung Ui=1, anschließend (b) Erfassen einer Drehmomentänderung des Drehmoments der Brennkraftmaschine, (c) Ermitteln einer Kraftstoffmenge mi=1 des während der Ansteuerzeit tauinj vom Injektor eingespritzten Kraftstoffs aus der Drehmomentänderung des Drehmoments, (d) nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung des Drehmoments Ändern der Ansteuerspannung auf einen von Ui verschiedenen Wert Ui+1, (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine 1 nicht mehr in der Schubphase befindet und (f) Ermitteln eines Injektorkennwerts des Injektors 14a des ersten Brennraums aus den Kraftstoffmengen m1, m2, ..., mN und den Ansteuerspannungen U1, U2, ..., UN.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine, die mindestens einen Brennraum und für jeden Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Brennraum und eine Motorsteuerung aufweist.
Bekannt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors, der vier Zylinder und für jeden Zylinder einen Piezoinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden der vier Zylinder umfasst. Ein Piezoinjektor ist ein Injektor, bei dem der Ventilstößel von einem Piezoaktor betätigt wird. Während des bekannten Verfahrens wird in einer Schubphase des Dieselmotors zunächst dessen Drehmoment erfasst. Anschließend werden die Injektoren mit variierenden Ansteuerzeiten τ_inj angesteuert und anschließend aus der Drehmomentänderung ermittelt, wie viel Kraftstoff vom jeweiligen Piezoinjektor eingespritzt worden ist.
Auf diese Weise wird die Ansteuerzeit bestimmt, die benötigt wird, um eine vorgegebene Einspritzmenge in den Brennraum einzuspritzen und es wird gegebenenfalls eine Ansteuerzeitkorrektur ermittelt.
Aufgrund der so ermittelten Ansteuerzeitkorrektur wird die Ansteuerzeit τ_inj für alle Injektoren so geändert, dass stets die von einer Motorsteuerung vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dieses Verfahren wird nur für kleine Einspritzmengen verwendet, da ansonsten in der Schubphase die Laufruhe der Brennkraftmaschine leidet und Geräusche auftreten. Durch dieses Verfahren werden Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß minimiert.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass dieses Verfahren hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Piezoaktoren stellt. Weist nämlich der Piezoaktor bei gegebener Ansteuerspannung eine zu große Längung auf, so kann möglicherweise eine von der Motorsteuerung vorgegebene kürzestmögliche Ansteuerzeit zu einer zu großen Einspritzmenge führen. Es müssen daher enge Toleranzen bei den Piezoaktoren eingehalten werden. Es kann zudem auch aufgrund von Alterung der Piezoaktoren dazu kommen, dass ebenfalls die Menge an Kraftstoff ansteigt, die während der kürzestmöglichen Ansteuerzeit eingespritzt wird. Dann kann eine von der Motorsteuerung vorgegebene, einzuspritzende kleine Einspritzmenge überschritten werden.
Aus DE 103 05 523 A1 ist ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem während sogenannter Schleppphasen der Brennkraftmaschine eine Nullmengenkalibrierung vorgenommen wird. Dabei werden in einer solchen Betriebsphase der Brennkraftmaschine die Einspritzventile mit einer sehr kleinen, aber zunehmenden Dauer angesteuert, bis sich eine feststellbare Drehmomenterhöhung ergibt, die einer Verbrennung in dem betreffenden Zylinder zugeordnet werden kann. Schließlich wird ein zylinderindividueller Korrekturwert für die Anpassung der Alterungseffekte am Injektor ermittelt. Dieses Verfahren zur Nullmengenkalibrierung ist jedoch ebenfalls unbefriedigend.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bestehende Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.
Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen ersten Brennraum und für jeden Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Brennraum umfasst, und die beim Betrieb ein Drehmoment aufweist, mit den Schritten: (a) insbesondere während einer Schubphase der Brennkraftmaschine Ansteuern des Injektors des ersten Brennraums für eine vorbestimmte Ansteuer zeit _inj, mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung U₁, anschließend (b) Erfassen einer Drehmomentänderung des Drehmoments (M) der Brennkraftmaschine, (c) Ermitteln einer Kraftstoffmenge m_i des während der Ansteuerzeit _inj vom Injektor eingespritzten Kraftstoffs aus der Drehmomentänderung des Drehmoments, (d) nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung des Drehmoments Ändern der Ansteuerspannung auf einen von U_i = U₁ verschiedenen Wert U_2=i+1, (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine nicht mehr in der Schubphase befindet und (f) Ermitteln eines Injektorkennwerts des Injektors des ersten Brenn raums insbesondere aus den Kraftstoffmengen m₁, m₂, ..., m_N und den Ansteuerspannungen U₁, U₂, ..., U_N.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 11, bei der die Motorsteuerung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass Alterungseffekte der Injektoren erfasst und gegebenenfalls korrigiert werden können. Das hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Injektoren weniger strenge Toleranzen akzeptabel sind, da etwaige Unterschiede in der Alterung der Injektoren nachträglich ausgeglichen werden können. Es können daher kostengünstigere Aktoren verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung mit sehr geringem Aufwand implementierbar ist. Die Vorteile der Erfindung werden daher kostengünstig erreichbar. Es ist zudem leicht möglich, bestehende Brennkraftmaschinen nachzurüsten.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine auch bei alternden Injektoren klein gehalten werden kann, was zum Umweltschutz beiträgt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einer Brennkraftmaschine insbesondere eine Kolbenmaschine, insbesondere eine Hubkolbenmaschine, insbesondere beispielsweise ein Otto- oder Dieselmotor verstanden. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt zur Verwendung in einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen ausgebildet. Bevorzugt weisen derartige Brenn kraftmaschinen eine Maximalleistung zwischen 10 kW und 300 kW auf.
Als Injektor wird bevorzugt ein Piezoinjektor verwendet, das heißt, dass der Injektor einen Piezoaktor umfasst, der einen Ventilstößel antreibt. In diesem Fall beziehen sich die elektrischen Injektorkennwerte auf den Piezoaktor. Bevorzugt ist dabei ein Servo-Piezoinjektor, wie er weiter unten beispielhaft in 2 gezeigt ist.
Wenn in Anspruch 1 davon gesprochen wird, dass jeder Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst, so ist damit nicht gemeint, dass zwingend nur ein einziger Injektor vorhanden sein muss. Es können auch zwei oder mehrere Injektoren vorhanden sein.
Wenn es sich bei dem Injektor um einen Piezoinjektor handelt, so ist unter der Ansteuerzeit τ_inj insbesondere die Zeit zwischen Beginn der Ladung des Piezoinjektors und Beginn der Entladung des Piezoinjektors gemeint. Der Beginn der Ladung des Piezoinjektors ist der Zeitpunkt, ab dem durch Anlegen einer Ansteuerspannung U die im Piezoaktor gespeicherte Energie zunimmt. Entsprechend ist der Beginn des Entladens des Piezoinjektors der Zeitpunkt, zu dem aufgrund des Anlegens einer Spannung, die geringer ist als die am Piezoaktor zum entsprechenden Zeitpunkt anliegende Spannung, die im Piezoaktor gespeicherte Energie abnimmt.
Sofern mehr als ein Injektor vorhanden ist, ist es nicht notwendig, dass an alle Injektoren die gleichen Ansteuerspannungen U_i angelegt werden. Der j-te Injektor wird dann also mit einer Ansteuerspannung U_i ^J angesteuert. Der hochgestellte Index j ist dabei kein Exponent, sondern ein Index.
Unter einer Schubphase der Brennkraftmaschine wird insbesondere ein Zustand der Brennkraftmaschine verstanden, bei dem zum Erhalt der Drehzahl der Brennkraftmaschine nur eine Kraftstoffzufuhr notwendig ist, die kleiner ist als die Leer laufkraftstoffzufuhr. Unter der Leerlaufkraftstoffzufuhr wird diejenige Kraftstoffzufuhr verstanden, die notwendig ist, um die Brennkraftmaschine im Leerlauf zu halten. Die Brennkraftmaschine befindet sich insbesondere dann in der Schubphase, wenn die Motorsteuerung keine Kraftstoffzufuhr vorsieht und die Drehzahl der Brennkraftmaschine trotzdem nicht unter die Leerlaufdrehzahl sinkt.
Unter dem Erfassen einer Drehmomentänderung ΔM sind insbesondere alle Vorgänge zu verstehen, aufgrund derer auf eine Änderung des Drehmoments der Brennkraftmaschine geschlossen werden kann. Es ist insbesondere möglich, in vorgegebenen Zeitabständen einen Drehwinkel ω einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu messen und aus dessen Zeitabhängigkeit die Drehwinkelgeschwindigkeit zu bestimmen. Aus einer Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit kann dann auf eine Änderung des Drehmoments geschlossen werden. Dazu werden vorab Messdaten aufgenommen, die eine Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit mit einer Änderung des Drehmoments korrelieren und diese Messwerte werden in einer Tabelle abgelegt. Durch Interpolation wird aus dieser Tabelle dann anhand der Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit die Änderung des Drehmoments bestimmt.
Wird die Drehmomentänderung wie beschrieben erfasst, so wird beispielsweise nur in jedem w-ten (mit w = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, oder w > 9) potentiellen Arbeitstakt eines Brennraums der Brennkraftmaschine der jeweilige Injektor angesteuert. Die anderen Injektoren werden während dieser Zeit nicht angesteuert. Kommt es aufgrund des Ansteuerns des Injektors zu einem Einspritzen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum, so resultiert daraus eine Zunahme der Drehwinkelgeschwindigkeit und des Drehmoments.
Bei den nachfolgenden potentiellen Arbeitstakten, also Takten der Brennkraftmaschine, die eigentlich als Arbeitstakte zur Verfügung stehen, wird der Injektor hingegen nicht angesteuert. Nach dem Arbeitstakt des entsprechenden Brennraums, wäh rend dem der Injektor angesteuert wurde, folgen also w-1 potentielle Arbeitstakte, bei denen der Injektor angesteuert werden könnte, jedoch nicht angesteuert wird.
Aufgrund der inneren Reibung der Brennkraftmaschine sinkt die Drehwinkelgeschwindigkeit wegen der fehlenden Einspritzung von Kraftstoff wieder ab. Aus den Drehwinkelgeschwindigkeiten nach Ansteuern des Injektors und ohne Ansteuern des Injektors wird dann auf die Drehmomentänderung aufgrund des Ansteuerns des Injektors geschlossen.
Schritt (f) muss nicht in einer Schubphase der Brennkraftmaschine ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beschreibt der ermittelte Injektorkennwert (K) die Alterung des Injektors. Ein Injektorkennwert, der die Alterung des Injektors beschreibt, ist ein solcher Kennwert, der sich aufgrund von typischen Alterungsvorgängen bei Injektoren ändert.
Ein Beispiel hierfür ist für Piezoinjektoren die Ruhelänge des Piezoaktors im spannungsfreien Zustand. Ein weiterer Injektorkennwert ist beispielsweise die Energieempfindlichkeit. Die Energieempfindlichkeit beschreibt die Änderung der Einspritzmenge bei konstanter Ansteuerzeit τ_inj in Abhängigkeit von der Ansteuerspannung U des Piezoaktors. Die in einem Piezoaktor gespeicherte Energie ergibt sich näherungsweise zu W = ½ CU², wobei C die elektrische Kapazität des Piezoaktors ist und U² das Quadrat der anliegenden Ansteuerspannung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Injektorkennwert der Wert des Leerhubs. Alternativ ist der Injektorkennwert die Leerhubspannung. Dies ist die größte Spannung, die während der Ansteuerzeit τ_inj an den Injektor angelegt werden kann, so dass der Injektor gerade noch nicht öffnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Schritt des Durchführens der Schritte (a) bis (f) für einen Injektor, für den das Verfahren noch nicht durchgeführt worden ist. Dass das Verfahren für einen Injektor noch nicht durchgeführt worden ist, heißt nicht notwendigerweise, dass für diesen Injektor das Verfahren noch nie durchgeführt wurde, sondern nur, dass die Schritte (a) bis (f) für den entsprechenden Injektor nach Beginn des Verfahrens noch nicht durchgeführt worden sind.
Dass das Verfahren für den Injektor noch nicht durchgeführt worden ist, heißt insbesondere, dass die Schritte (a) bis (f) während einer zusammenhängenden Schubphase oder im Zeitintervall seit dem letzten Start der Brennkraftmaschine noch nicht durchgeführt worden ist.
Es ist dabei unbeachtlich, ob zunächst für einen Injektor die Ansteuerspannung U variiert wird und anschließend für einen weiteren Injektor die Ansteuerspannung U variiert wird oder ob zunächst die Ansteuerspannung U konstant gehalten wird und nacheinander unterschiedliche Injektoren angesteuert werden und danach die Ansteuerspannung geändert wird.
Erfindungsgemäß ist daher auch ein Verfahren mit zunächst den Schritten (a) bis (c), wobei Schritt (d) lautet: Nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung ΔM₁ des Drehmoments M Ansteuern eines anderen Injektors mit der gleichen Ansteuerspannung U₁. Schritt (e) lautet dann: Wiederholen der Schritte (a) bis (d) für alle Injektoren der Brennkraftmaschine. Ein weiterer Schritt (e2) lautet dann: Ändern der Ansteuerspannung auf einen von U₁ verschiedenen Wert U_i=2 und Durchführen der Schritte (a) bis (e). Ein weiterer Schritt (e3) lautet: Wiederholen der Schritte (a) bis (e2) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine nicht mehr in der Schubphase befindet. Es folgt Schritt (f).
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Anpassens einer injektorindividuellen Ansteuergröße in der Motorsteuerung an die ermit telten Injektorkennwerte K^j. K^j ist der Injektorkennwert des j-ten Injektors, j ist ein Index, kein Exponent.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die injektorindividuelle Ansteuergröße die injektorindividuelle Ansteuerspannung U^j, die so angepasst wird, dass bei gleicher Ansteuerzeit τ_inj alle Injektoren die im Wesentlichen gleiche Kraftstoffmenge m einspritzen. Das heißt, dass die Motorsteuerung jeden Injektor zwar mit der gleichen Ansteuerzeit τ_inj, aber mit injektorindividuellen Ansteuerspannungen U^J ansteuert. Das j ist dabei kein Exponent, sondern ein Index.
Die Kraftstoffmengen sind dann im Wesentlichen gleich, wenn zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert eine Differenz von höchstens 25%, insbesondere höchstens 20%, insbesondere höchstens 15%, insbesondere höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Ausgebens einer Warnmeldung, wenn der Injektorkennwert K einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Umfasst die Brennkraftmaschine mehrere Injektoren, so ist ausreichend, wenn einer der Injektorkennwerte K^j den voreingestellten Schwellenwert überschreitet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
2 eine schematische Darstellung eines Injektors der Brennkraftmaschine aus 1,
3 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit der Kraftstoffmenge m von der Ansteuerspannung U und
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 in Form eines Dieselmotors, der vier Zylinder 2, nämlich 2a, 2b, 2c, 2d umfasst, in denen Kolben 3, nämlich 3a, 3b, 3c, 3d laufen. Die Kolben 3 sind über jeweils ein Pleuel 4, nämlich 4a, 4b, 4c, 4d mit einer Kurbelwelle 5 verbunden. An der Kurbelwelle 5 ist ein Drehwinkelsensor 6 zum Erfassen eines Drehwinkels ω angebracht.
Der Drehwinkelsensor 6 steht über eine elektrische Leitung 7 in Verbindung mit einer Motorsteuerung 8. Die Zylinder 2 werden über eine Luftzufuhrleitung 9 mit Frischluft versorgt. Abgas verlässt die Zylinder 2 durch eine Abgasleitung 10.
Aus einem Kraftstofftank 11 wird durch eine Kraftstoffleitung 12 Kraftstoff 13 zu Piezoinjektoren 14, nämlich 14a, 14b, 14c, 14d, geleitet. Jeder Zylinder 2 weist hier genau einen Piezoinjektor 14 auf. Es können auch zwei oder mehr Piezoinjektoren pro Zylinder vorhanden sein. Alle Piezoinjektoren 14 sind über eine Steuerleitung 15 mit der Motorsteuerung 8 elektrisch verbunden. Über eine Kommunikationsleitung 16 ist die Motorsteuerung 8 mit einer hier nicht eingezeichneten Warnlampe elektrisch verbunden.
Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 in einer Schubphase befindet, so steuert die digitale Motorsteuerung 8 die Piezoinjektoren 14 so, dass in den jeweiligen Arbeitstakten der Zylinder 2 eine Kraftstoffmenge m eingespritzt wird, die kleiner ist als diejenige Kraftstoffmenge, die benötigt würde, um die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf zu halten. Insbesondere steuert die Motorsteuerung 8 die Piezoinjektoren so an, dass gar kein Kraftstoff eingespritzt wird. Die Brennkraftmaschine 1 befindet sich beispielsweise dann in der Schubphase, wenn der Fahrer des Personenkraftwagens bei hoher Geschwindigkeit vom Gas geht, so dass die Masse des Personenkraftwagens die Brennkraftmaschine 1 schiebt.
In einer Schubphase, in der keine Kraftstoffzufuhr notwendig ist, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 zu halten, würde die Motorsteuerung 8 keinen der Injektoren 14 ansteuern, so dass auch kein Kraftstoff eingespritzt würde.
Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens sendet die Motorsteuerung 8 ein elektrisches Signal an den Piezoinjektor 14a. Das bedeutet, dass eine elektrische Spannung U₁ an den Piezoinjektor 14 angelegt wird. Aufgrund der angelegten Spannung U₁ längt sich ein Piezoaktor 17 (2) im Piezoinjektor 14a und drückt auf einen Stempel 18. Darauf öffnet der Stempel 18 einen Verbindungskanal 19 zwischen einer Druckkammer 20 und einem Leckagekanal 21.
In der Druckkammer 20 befindlicher, unter Einspritzdruck von 150 MPa stehender Kraftstoff 13 fließt durch den Verbindungskanal 19 in den Leckagekanal 21, in dem ein Rückleitungsdruck von 0,1 bis 0,3 MPa herrscht. Dadurch wird der Druck in der Druckkammer 20 reduziert. Aufgrund des Kraftstoffdrucks in einer Ringkammer 22 wird ein Ventilstößel 23 von einem Ventilsitz 24 abgehoben, so dass Kraftstoff aus der Ringkammer 22 durch eine Düsenöffnung 25 austreten kann.
Aufgrund der Ansteuerung durch die Motorsteuerung 8 gibt der Piezoinjektor 14a daher eine Kraftstoffmenge m₁ in den Zylinder 2a ab. Im zugehörigen Arbeitstakt führt die Verbrennung der Kraftstoffmenge m₁ zu einer Beschleunigung der Kurbelwelle 5. Mit Hilfe des Drehwinkelsensors 6 wird aus mehreren Messungen des Drehwinkels ω eine Änderung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5 detektiert und an die Motorsteuerung 8 weitergeleitet. Aufgrund dieses Signals erfasst die Motorsteuerung 8 eine Drehmomentänderung ΔM₁.
In den nachfolgenden Takten des Zylinders 2a, die eigentlich Arbeitstakte sein könnten, wird kein Kraftstoff eingespritzt. Auch in den übrigen Zylindern 2b, 2c, 2d wird kein Kraftstoff eingespritzt. Daraufhin sinkt die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5 wiederum ab, was durch den Drehwinkelsensor 6 detektiert wird. In einer alternativen Ausführungsform wird zur Bestimmung der Drehmomentänderung ΔM₁ auch die Abnahme der Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5 verwendet.
Nachdem die Motorsteuerung 8 die Drehmomentänderung ΔM₁ erfasst hat, errechnet sie daraus diejenige Kraftstoffmenge m₁, die vom Piezoaktor 14a aufgrund der Ansteuerung mit der Ansteuerspannung U₁ in den Zylinder 2a eingespritzt worden ist.
Anschließend steuert die Motorsteuerung 8 den Piezoinjektor 14a mit einer von der ersten Ansteuerspannung U₁ verschiedenen Ansteuerspannung U₂ an. Die Ansteuerzeit τ_inj bleibt dabei konstant. Aufgrund der erneut angelegten Ansteuerspannung längt sich wiederum der Piezoaktor 14a und es wird eine Kraftstoffmenge m₂ eingespritzt, die wie oben beschrieben von der Motorsteuerung 8 aufgrund der Drehmomentänderung ΔM₂ erfasst wird.
Durch sukzessives Verändern der Ansteuerspannungen U₁, U₂, U₃, ... also beispielsweise sukzessives Erhöhen oder beispielsweise sukzessives Absenken der Ansteuerspannung U werden so die zugehörigen Kraftstoffmengen m₁, m₂, m₃, .., ermittelt. So wird eine Abhängigkeit der Kraftstoffmenge m von der Ansteuerspannung U erhalten.
Eine grafische Darstellung dieser Abhängigkeit ist in 3 für zwei verschiedene Piezoinjektoren 1 und 2 gezeigt, hier für die Piezoinjektoren 14a und 14b. Die Motorsteuerung 8 errechnet aus den Messwerten m₁, m₂, ..., m_N zu den Ansteuerspannungen U₁, U₂, ..., U_N die Ausgleichsgerade g1. Die Steigung der Geraden g1 stellt einen ersten Injektorkennwert K¹ dar, wobei die „1" kein Exponent, sondern ein Index ist und angibt, dass er sich auf den ersten Injektor (hier also Injektor 14a) bezieht.
Ein zweiter Injektorkennwert ist die Ansteuerspannung, bei der die Gerade g1 die Ordinate schneidet. Im in 3 gezeigten Fall ist dies bei der Ansteuerspannung U₁ der Fall.
Bei Ansteuerspannungen, die kleiner sind als U₁, reicht die Längung des Piezoaktors 17 innerhalb der Ansteuerzeit τ_inj nicht aus, um den Piezoinjektor 1 (in diesem Fall also Piezoaktor 14a) zu öffnen. Der Grund hierfür ist, dass der oben im Zusammenhang mit 2 beschriebene Druckabfall in der Druckkammer 20 nicht ausreichend ist, um den Ventilstößel 23 vom Ventilsitz 24 abzuheben.
Für einen Injektor 2, hier beispielhaft Injektor 14b, ergibt sich eine andere Ausgleichsgerade g2. Der Grund für die Unterschiede zwischen Injektor 1 und Injektor 2 kann beispielsweise ein unterschiedliches Alterungsverhalten sein. Es ergibt sich ein Injektorkennwert K².
Wird nach der Schubphase von den Injektoren 14 nach Ansteuerung durch die Motorsteuerung 8 Kraftstoff 13 eingespritzt, so dass die Brennkraftmaschine 1 eine Leistung abgibt, so korrigiert die Motorsteuerung 8 die Ansteuerspannungen U¹ (für Piezoinjektor 14a), U² (für Piezoinjektor 14b), U³ (für Piezoinjektor 14c) und U⁴ (für Piezoinjektor 14d) injektorindividuell. Ist beispielsweise eine Kraftstoffmenge einzuspritzen, die der Kraftstoffmenge m₅ entspricht (vgl. 3), so steuert die Motorsteuerung 8 den Injektor 1 (also den Piezoinjektor 14a) mit einer Spannung U¹ an, die U₅ entspricht, wohingegen sie den Injektor 2 (also Piezoinjektor 14b), mit einer Spannung U² (die „2" ist ein Index) ansteuert, die kleiner ist als die Ansteuerspannung U¹.
Dadurch wird sichergestellt, dass bei gleicher Ansteuerzeit τ_inj beide Injektoren 1 und 2 (also die Piezoinjektoren 14a und 14b) trotz unterschiedlicher Alterung die gleiche Kraftstoffmenge m₅ einspritzen.
Entsprechend werden auch die Ansteuerspannungen für alle übrigen Piezoinjektoren injektorindividuell korrigiert, so dass alle Piezoinjektoren bei gleicher Ansteuerzeit τ_inj gleiche Kraftstoffmengen m₅ einspritzen, unabhängig davon, ob sie gegebenenfalls unterschiedlich gealtert sind.
4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 wird während einer Schubphase der Brennkraftmaschine 1 der Injektor 14a des ersten Brennraums 2a für eine vorbestimmte Ansteuerzeit τ_inj, mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung Ui=1 angesteuert. In einem zweiten Schritt S2 wird die Drehmomentänderung ΔM_i=1 des Drehmoments M der Brennkraftmaschine 1 ermittelt, beispielsweise durch Messung der zeitlichen Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5.
In einem dritten Schritt S3 wird aus der Drehmomentänderung ΔM_i=1 des Drehmoments M die Kraftstoffmenge m_i=1 ermittelt, die während der Ansteuerzeit τ_inj vom Injektor 14a eingespritzt worden ist. In einem nachfolgenden vierten Schritt S4 wird die Ansteuerspannung U auf einen von U_i verschiedenen Wert U_i+1 geändert.
Die Schritte eins bis vier werden unter weiterem Inkrementieren von i wiederholt, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine 1 nicht mehr in der Schubphase befindet (Schritt S5). Aus dem in den vorgenannten Schritten ermittelten Kraftstoffmengen m₁, m₂, ..., m_N und den zugehörigen Ansteuerspannungen U₁, U₂, ..., U_N wird anschließend ein Injektorkennwerts K des Injektors 14a berechnet (Schritt S6). Anschließend wird das Verfahren für die anderen Injektoren der Brennkraftmaschine wiederholt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die mindestens einen ersten Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) und für jeden Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) einen Injektor (14a, 14b, 14c, 14d) zum Einspritzen von Kraftstoff (13) in den mindestens einen Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) umfasst, und die beim Betrieb ein Drehmoment (M) aufweist, mit den Schritten: (a) während einer Schubphase der Brennkraftmaschine (1) Ansteuern des Injektors (14a) des ersten Brennraums (2a) für eine vorbestimmte Ansteuerzeit (τ_inj), mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung (U_i=1) (Schritt S1), anschließend (b) Erfassen einer Drehmomentänderung (ΔM_i=1) des Drehmoments (M) der Brennkraftmaschine (1), (c) Ermitteln einer Kraftstoffmenge (m_i=1) des während der Ansteuerzeit τ_inj vom Injektor (14a) eingespritzten Kraftstoffs aus der Drehmomentänderung (ΔM_i=1) des Drehmoments (M), (d) nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung (ΔM_i=1) des Drehmoments (M) Ändern der Ansteuerspannung (U), (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine (1) nicht mehr in der Schubphase befindet und (f) Ermitteln eines Injektorkennwerts (K¹) des Injektors (14a) des ersten Brennraums (2a) aus den Kraftstoffmengen (m₁, m₂, ..., m_N) und den Ansteuerspannungen (U₁, U₂, ..., U_N).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkennwert (K¹) die Alterung des Injektors (14a) beschreibt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkennwert (K¹) die Energieempfindlichkeit des Injektors ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (14a) einen Leerhub aufweist und der Injektorkennwert (K¹) der Wert des Leerhubs ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Nach Erreichen des voreingestellten Werts N Durchführen der Schritte (a) bis (f) für einen Injektor (14b, 14c, 14d), für den das Verfahren noch nicht durchgeführt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mindestens zwei Brennräume (2a, 2b, 2c, 2d) mit je mindestens einem Injektor (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist und das Verfahren für alle Injektoren (14a, 14b, 14c, 14d) durchgeführt wird, so dass für alle Injektoren Injektorkennwerte (K¹, K², K³, K⁴) erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) eine Motorsteuerung (8) zum Ansteuern der Injektoren (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist und das Verfahren den Schritt des Anpassens einer injektorindividuellen Ansteuergröße (U¹, U², U³, U⁴) in der Motorsteuerung (8) an die ermittelten Injektorkennwerte (K¹, K², K³, K⁴) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die injektorindividuelle Ansteuergröße die injektorindividuelle Ansteuerspannung (U¹, U², U³, U⁴) ist, die so angepasst wird, dass bei gleicher Ansteuerzeit τ_inj alle Injektoren (14a, 14b, 14c, 14d) die im Wesentlichen gleiche Kraftstoffmengen (m) einspritzen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (8) eine kleinstmögliche Ansteuerzeit aufweist und das Verfahren dann durchgeführt wird, wenn diese kleinstmögliche Ansteuerzeit nicht ausreicht, um nicht mehr eine vorgegebene Einspritzmenge einzuspritzen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Ausgeben einer Warnmeldung, wenn der Injektorkennwert (K¹) einen voreingestellten Schwellenwert überschreitet.
Brennkraftmaschine die mindestens einen Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) und für jeden Brennraum einen Injektor (14a, 14b, 14c, 14d) zum Einspritzen von Kraftstoff (13) in den mindestens einen Brennraum (14a, 14b, 14c, 14d) und eine Motorsteuerung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (8) eingerichtet ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.