DE102007015654B4

DE102007015654B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007015654B4
Application number: DE102007015654.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hagel Reinhold; Peter Schimmelpfennig; Mehmet Tuna; Kayhan Goeney; Emmamuel Routier
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-03-31
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2027-04-01
Also published as: DE102007015654A1

Abstract

Verfahren zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer mit Vor- und Haupteinspritzung betreibbaren Brennkraftmaschine mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Einspritzsystem (4),
- Auswählen einer einem Zylinder (3) zugeordneten und abzugleichenden Einspritzeinheit (5) des Einspritzsystems (4),
- Bestimmen eines Voreinspritzdauerwertes (TV) zum Ansteuern der abzugleichenden Einspritzeinheit (5),
- Ansteuern der abzugleichenden Einspritzeinheit (5) mittels des Voreinspritzdauerwertes (TV) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) in den Zylinder (3),
- Ermitteln eines das Verbrennen von Kraftstoff (6) in dem Zylinder (3) charakterisierenden, digitalen Messsignals,
- Transformieren des digitalen Messsignals in einen Frequenzbereich, und
- Auswerten des transformierten Messsignals, wobei der Voreinspritzdauerwert (TV) solange schrittweise um einen Voreinspritzdaueränderungswert (ΔTV) verändert wird, bis bei einem Voreinspritzdauermindestwert (TV_M) eine stabile Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs (6) detektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19.
Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen weisen zur Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder ein Einspritzsystem auf. Das Einspritzsystem umfasst mehrere Einspritzeinheiten, die jeweils einem Zylinder zugeordnet sind. Den Einspritzeinheiten wird von einer Steuereinheit eine Einspritzdauer vorgegeben, während der eine Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder erfolgt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist somit abhängig von der Einspritzdauer. Aufgrund von unvermeidbaren Fertigungstoleranzen der Einspritzeinheiten sowie aufgrund des Auftretens von Alterungseffekten werden den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine bei gleicher elektrischer Ansteuerung der Einspritzeinheiten unterschiedliche Kraftstoff- mengen zugemessen. Eine Abweichung von der gewünschten und als optimal erkannten einzuspritzenden Kraftstoffmenge führt zu einer Verschlechterung des Rundlaufs der Brennkraftmaschine. Dies ist insbesondere bei kleinen eingespritzten Kraftstoffmengen, wie beispielsweise im Leerlaufbetrieb, kritisch.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 199 45 618 A1 bekannt. In bestimmten Betriebszuständen wird eine Mindestansteuerdauer ermittelt, bei der gerade Kraftstoff eingespritzt wird. Als Mindestansteuerdauer wird die Ansteuerdauer erkannt, bei der eine Änderung eines die Drehungleichförmigkeit charakterisierenden Signals auftritt. Nachteilig ist, dass die Auswertung dieses Signals mittels einer Mengenausgleichsregelung erfolgt. Eine derartige Auswertung ist rechenintensiv und langsam. Weiterhin sind aufwendige Filteralgorithmen zur Aufbereitung des Signals erforderlich.
In der DE 102 35 665 A1 ist ein Regelungsverfahren zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem eine Regelungseinrichtung, eine Einrichtung zur Signalabtastung, eine nachgeschaltet angeordnete Einrichtung zur Frequenzanalyse sowie eine nachgeschaltet angeordnete Einrichtung zur Zylinderklassifikation aufweist. Es wird zunächst ein Drehzahlsignal ermittelt und anschließend das Drehzahlsignal in einen Winkel-Frequenzbereich transformiert, wobei die Transformation mittels einer Hartley-Transformation erfolgt. Ferner ist eine Vorrichtung zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mittels eines solchen Verfahrens sowie eine Brennkraftmaschine beschrieben.
In der WO 03/006809 A1 ist ein Dieselmotor-Regelsystem bzw.- Vorrichtung beschrieben die Folgendes umfasst: eine Einspritzeinrichtung für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eines Dieselmotors; eine Karte, welche einen Zusammenhang zwischen einer Stromzufuhrperiode und einer Kraftstoffeinspritzmenge definiert; Einspritzmenge-Regelmittel zum Regeln bzw. Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge durch ein Bestimmen einer Periode einer Zufuhr eines elektrischen Stroms zu der Einspritzeinrichtung, welche erforderlich ist, um eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge zu erhalten, basierend auf der Karte; und Regeldaten-Korrekturmittel zum Korrigieren von Regel- bzw. Steuerdaten für die Einspritzmengen-Regelmittel. Die Regeldaten-Korrekturmitteln beinhalten weiter ein Einspritzmengen-Änderungsmitteln zum Änderungen bzw. Variieren einer Kraftstoffeinspritzmenge durch ein Ändern einer Periode einer Zufuhr des elektrischen Stroms zu der Einspritzeinrichtung, um einen vorgeschriebenen Verbrennungszustand zu erzielen; Abschätzmittel zum Abschätzen das eine Zufuhrperiode eines elektrischen Stroms, wenn der vorgeschriebe ne Verbrennungszustand erzielt ist, die Stromzufuhrperiode zum Einspritzen der Kraftstoffmenge ist, welches für den vorgeschriebenen Verbrennungszustand erforderlich ist, und zum Erhalten eines tatsächlichen bzw. aktuellen Zusammenhangs zwischen der Stromzufuhrperiode und Kraftstoffeinspritzmenge; und Kartenkorrekturmittel zum Korrigieren des Zusammenhangs zwischen der Stromzufuhrperiode und der Kraftstoffeinspritzmenge, welche in der Karte definiert ist, auf dem aktuellen bzw. tatsächlichen Zusammenhang, welcher in den Abschätzmitteln abgeschätzt ist.
In der DE 101 59 016 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Ansteuerdauer für eine erste Teileinspritzung wird, ausgehend von einem Nullwert, bei dem sicher keine Einspritzung erfolgt, erhöht. Es werden eine Größe erfasst, die den Zündverzug charakterisiert, und ein Endwert der Ansteuerdauer ermittelt, bei dem sich die Größe, die den Zündverzug charakterisiert, nicht mehr wesentlich ändert.
Die DE 103 15 817 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines eine Mengenausgleichsregelung aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine an der thermodynamischen Wirkgrenze für Voreinspritzungen. Das Einspritzsystem weist wenigstens einen mit einer Ansteuerdauer ansteuerbaren Injektor auf und wobei die Mengenausgleichsregelung, in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine, eine Mengenkorrektur des in den wenigstens einen Injektor eingespritzten Kraftstoffes mittels einer Korrekturmenge durchführt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ansteuerdauer des wenigstens einen Injektors variiert wird und jeweils die von der Mengenausgleichsregelung jeweils bereitgestellte Korrekturmenge erfasst wird, dass diejenige Ansteuerdauer, bei der die Korrekturmenge maximal ist, bestimmt wird und im nachfolgenden Betrieb des Einspritzsystems bei der Ansteuerung einer Voreinspritzung des wenigstens einen Injektors zugrunde gelegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach, schnell und zuverlässig das Abgleichen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ein Voreinspritzdauerwert zum Ansteuern der abzugleichenden Einspritzeinheit solange schrittweise um einen Voreinspritzdauerveränderungswert verändert wird, bis bei einem Voreinspritzdauermindestwert eine stabile Verbrennung des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs detektiert wird. Das Detektieren der stabilen Verbrennung und des zugehörigen Voreinspritzdauermindestwertes erfolgt mittels eines digitalen Messsignals, das das Verbrennen von Kraftstoff in dem Zylinder charakterisiert. Das digitale Messsignal wird vor dem Auswerten in einen Frequenzbereich transformiert. Aufgrund des Transformierens des digitalen Messsignals in den Frequenzbereich ist eine einfachere und schnellere Auswertung des Messsignals zur Ermittlung des Voreinspritzdauermindestwertes möglich. Insbesondere erfolgt durch das Transformieren des Messsignals in den Frequenzbereich automatisch eine Filterung und Aufbereitung des Messsignals, so dass aufwendige Filteralgorithmen entfallen können und dennoch eine zuverlässige Auswertung des Messsignals möglich ist. Eine Auswertung des Messsignals mittels einer aufwendigen Mengenausgleichsregelung oder einer ähnlichen Regelungsfunktion ist nicht erforderlich. Das Verfahren ermöglicht ein kontinuierliches Abgleichen des Einspritzsystems über die gesamte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine. Das Verfahren ist sowohl bei selbstzündenden als auch bei nicht selbstzündenden Brennkraftmaschinen anwendbar.
Ein Transformieren des digitalen Messsignals nach Anspruch 2 ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Auswertung des Messsignals. Die diskrete Hartley-Transformation ist ausschließlich durch reelle Operationen berechenbar. Das Messsignal wird in einzelne Winkel-Frequenzen zerlegt, die auch als Ordnungen bezeichnet werden. Im Gegensatz zu einer Auswertung des Messsignals im Zeitbereich werden bei der diskreten Hartley-Transformation höherfrequente Störanteile im Messsignal automatisch eliminiert, da auf deren Berechnung bei der Anwendung der diskreten Hartley-Transformation prinzipiell verzichtet werden kann.
Ein Auswerten des transformierten Messsignals nach Anspruch 3 ist einfach und zuverlässig. Die Spektralanalyse von niederfrequenten Spektralanteilen ermöglicht ein sicheres Detektieren der stabilen Verbrennung und des zugehörigen Voreinspritzdauermindestwertes, ohne dass höherfrequente und mit Störanteilen überlagerte Spektralanteile ausgewertet werden müssen.
Ein Auswerten des transformierten Messsignals nach Anspruch 4 ist besonders einfach. Die Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung ist ausreichend, um eine stabile Verbrennung zu detektieren.
Ein Auswerten des transformierten Messsignals nach Anspruch 5 erhöht die Genauigkeit des Verfahrens. Die Verwendung einer höheren Ordnung, die jedoch kleiner ist als die Zahl, die der Hälfte der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht, ermöglicht eine präzisere Detektion des Einsetzens einer stabilen Verbrennung. Ferner kann je nach last- und/oder drehzahlabhängigem Betriebszustand vorzugsweise diejenige Kombination von Ordnungen gewählt werden, welche die genaueste Detektion einer stabilen Verbrennung erlaubt.
Ein Auswerten des transformierten Messsignals nach Anspruch 6 stellt in bestimmten Fällen eine Alternative zur Auswertung der Amplitude dar. Um den Rechenaufwand möglichst gering zu halten wird dabei vorzugsweise eine Ordnung herangezogen, die zahlenmäßig der Hälfte der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht.
Ein Auswerten des transformierten Messsignals nach Anspruch 7 ermöglicht ein einfaches und zuverlässiges Detektieren der stabilen Verbrennung, wobei die Zuverlässigkeit mittels des vorgegebenen Referenzwertes einstellbar ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 trägt ebenfalls dazu bei, die Detektionsgenauigkeit zu erhöhen. Zuerst wird eine oder mehrere Ordnungen gezielt angeregt, anschließend wird die Einspritzdauer des Zylinders, bei dem die Verbrennung beobachtet werden soll, so lange variiert, bis ein nennenswerter Effekt in der bestimmten Ordnung oder den bestimmten Ordnungen erkennbar ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 9 ist kraftstoffsparend. Ausgehend von einem Voreinspritzdauerwert, bei dem sicher keine stabile Verbrennung stattfindet, wird der Voreinspritzdauerwert schrittweise erhöht, bis erstmalig eine stabile Verbrennung stattfindet. Dies ist insbesondere kraftstoffsparender als eine Verminderung des Voreinspritzdauerwertes, bis erstmalig keine stabile Verbrennung stattfindet.
Eine Mittelung des digitalen Messsignals nach Anspruch 10 ermöglicht das Eliminieren von zyklischen Schwankungen des Messsignals, die von einer ungleichmäßigen Verbrennung verursacht werden. Vorzugsweise wird ein arithmetischer Mittelwert des digitalen Messsignals über mindestens zwei Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine gebildet. Die Mittelung kann entweder vor dem Transformieren des Messsignals in den Frequenzbereich oder nach dem Transformieren des Messsignals in den Frequenzbereich erfolgen. Vor dem Transformieren erfolgt die Mittelung über einander entsprechende Messsignalwerte der Arbeitsspiele. Bei einer Mittelung nach dem Transformieren wird das Messsignal jedes Arbeitsspiels zunächst in den Frequenzbereich transformiert und anschließend eine Mittelung der transformierten Messsignale der einzelnen Arbeitsspiele durchgeführt.
Eine Schleppkorrektur nach Anspruch 11 ermöglicht die Korrektur von Fehlern aufgrund parasitärer Effekte, wie beispielsweise aufgrund von Massenmomenten der Brennkraftmaschine. Hierzu wird die Brennkraftmaschine an einem Prüfstand geschleppt, d. h. ohne Einspritzung betrieben, wobei das Messsignal ohne den Einfluss einer Verbrennung ermittelt, transformiert und ausgewertet wird. Die Auswertung des Messsignals liefert mindestens einen Korrekturwert, der in einer Steuereinheit abgespeichert und beim Auswerten des transformierten Messsignals zum Abgleichen des Einspritzsystems berücksichtigt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 12 ermöglicht ein individuelles und schnelles Abgleichen der Einspritzeinheiten aller Zylinder. Für die einzelnen Einspritzeinheiten der Zylinder werden sequentiell individuelle Voreinspritzdauermindestwerte ermittelt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren für jede Einspritzeinheit durchzuführen ist.
Ein Ermitteln des Messsignals nach Anspruch 13 ist einfach und kostengünstig. Ein Geberrad zum Ermitteln eines Drehzahlmesssignals ist bei einer Brennkraftmaschine sowieso vorhanden, so dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzlichen Messeinheiten erforderlich sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 14 ermöglicht eine einfache Korrektur von Messfehlern des Geberrades. Die Korrektur kann entweder vor oder nach dem Transformieren des Drehzahlmesssignals erfolgen.
Ein Verfahren nach Anspruch 15 ist besonders einfach. Das Abschalten der Voreinspritzung lediglich des abzugleichenden Zylinders ist ausreichend, um einen eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwert zuverlässig zu bestimmen.
Ein Verfahren nach Anspruch 16 erhöht die Genauigkeit bei der Ermittlung des eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwertes. Durch das Abschalten der Voxeinspritzung aller Zylinder wird vorteilhafterweise der Signal-/Störabstand erhöht.
Ein Verfahren nach Anspruch 17 ermöglicht ein genaues und komfortables Abgleichen des Einspritzsystems. Im Schubbetrieb, das heißt die Einspritzung ist abgeschaltet, wird der Einfluss der nicht abzugleichenden Einspritzeinheiten auf das Messsignal weitestgehend eliminiert. Desweiteren ist das fehlende Motormoment bei einer nicht stattfindenden Verbrennung für einen Fahrer im Schubbetrieb nicht bemerkbar.
Ein Verfahren nach Anspruch 18 ist besonders vorteilhaft anzuwenden bei Brennkraftmaschinen mit Vor- und Haupteinspritzung. Bei der Variation des Voreinspritzdauerwertes, wobei dieser auch gegen Null gehen kann, bleibt die Haupteinspritzung unbeeinflusst und der Fahrer wird dessen auch im befeuerten Betrieb, das heißt bei stattfindender Einspritzung, der Brennkraftmaschine nicht gewahr.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein einfaches, schnelles und zuverlässiges Abgleichen des Einspritzsystems ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen denen, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wurden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem,
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Abgleichen des Einspritzsystems in 1, und
3 eine Prinzipdarstellung zum Auswerten eines transformierten Messsignals nach dem Verfahren in 2.

Eine selbstzündende Brennkraftmaschine 1 weist einen Motorblock 2 mit mehreren Zylindern 3 und ein Einspritzsystem 4 auf. Das Einspritzsystem 4 umfasst eine der Anzahl an Zylindern 3 entsprechende Anzahl an Einspritzeinheiten 5, wobei jedem Zylinder 3 eine Einspritzeinheit 5 zum Einspritzen von Kraftstoff 6 zugeordnet ist. Eine Kurbelwelle 7 ist innerhalb des Motorblocks 2 angeordnet und aus diesem herausgeführt. Zur Umwandlung der in den Zylindern 3 freigesetzten Energie des Kraftstoffs 6 in eine Rotationsbewegung ist die Kurbelwelle 7 mit nicht näher dargestellten Zylinderkolben verbunden.
Das Einspritzsystem 4 weist weiterhin eine Abgleichvorrichtung 8 zum Abgleichen der Einspritzeinheiten 5 auf. Die Abgleichvorrichtung 8 umfasst eine Steuereinheit 9 zum Ansteuern der Einspritzeinheiten 5 mittels eines vorgebbaren Einspritzdauerwertes, eine Messeinheit 10 zum Messen eines das Verbrennen des Kraftstoffs 6 in den Zylindern 3 charakterisierenden, digitalen Messsignals, eine Transformationseinheit 11 zum Transformieren des Messsignals in einen Frequenzbereich, und eine Auswerteeinheit 12 zum Auswerten des transformierten Messsignals. Die Steuereinheit 9, die Transformationseinheit 11 und die Auswerteeinheit 12 sind in ein Steuergerät 13 integriert. Die Messeinheit 10 ist an einem herausgeführten Ende der Kurbelwelle 7 angeordnet und steht in Signalverbindung mit der Steuereinheit 9. Die Messeinheit 10 ist als Geberrad ausgebildet und weist zur Ermittelung eines Drehzahlmesssignals der Kurbelwelle 7 äquidistante Winkelmarkierungen auf. Zum Vorgeben eines Einspritzdauerwertes T steht die Steuereinheit 9 in Signalverbindung mit den Einspritzeinheiten 5. Die Auswerteeinheit 12 ist derart ausgestaltet, dass bei einem Einspritzdauermindestwert T_M eine stabile Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs 6 detektierbar ist.
Das Steuergerät 13 weist ein erstes Abfrageelement 14 zur Abfrage einer Startbedingung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Initialisierungselement 15 und ein Verknüpfungselement 16 auf. Die Steuereinheit 9 weist ferner ein dem Verknüpfungselement 16 nachgeordnetes Ansteuerelement 17, ein erstes Korrekturelement 18 und ein Mittelungselement 19 auf. Das Mittelungselement 19 der Steuereinheit 9 steht in Signalverbindung mit einem Transformationselement 20 der Transformationseinheit 11. Das Transformationselement 20 der Transformationseinheit 11 steht wiederum in Signalverbindung mit einem zweiten Korrekturelement 21 der Steuereinheit 9 und einem Auswerteelement 22 der Auswerteeinheit 12. Das Auswerteelement 22 steht mittels einer ersten Signalrückkopplung 23 in Signalverbindung mit einem Änderungselement 24 und dem Verknüpfungselement 16. Weiterhin steht das Auswerteelement 22 in einer zweiten Signalrückkopplung 25 über ein zweites Abfrageelement 26 in Signalverbindung mit einem Auswahlelement 27 der Steuereinheit 9 und dem Verknüpfungselement 16. Dem zweiten Abfrageelement 26 ist weiterhin ein Beendigungselement 28 nachgeordnet.
Im normalen Fahrbetrieb wird anhand eines Fahrerwunsches mittels der Steuereinheit 9 ein Soll-Einspritzdauerwert T_S ermittelt, der einer Soll-Kraftstoffmenge M_S entspricht. Aufgrund von Fertigungstoleranzen der Einspritzeinheiten 5 und aufgrund von Alterungseffekten weicht eine tatsächlich eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge M_I bei einem vorgegebenen Soll-Einspritzdauerwert T_S regelmäßig von der gewünschten Soll-Kraftstoffmenge M_S ab. Aufgrund des Abweichens der zugemessenen Ist-Kraftstoffmenge M_I von der gewünschten Soll-Kraftstoffmenge M_S kommt es zu einer Verschlechterung des Rundlaufs der Brennkraftmaschine 1. Um dies zu vermeiden, ist eine Korrektur der Soll-Einspritzdauern T_S der einzelnen Einspritzeinheiten 5 derart erforderlich, dass die tatsächlich eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge M_I der gewünschten Soll-Kraftstoffmenge M_S entspricht. Dieser Vorgang wird als Abgleich der Einspritzeinheiten 5 bezeichnet.
Das mittels der Abgleichvorrichtung 8 durchgeführte Verfahren zum Abgleichen der Einspritzeinheiten 5 ist in den 2 und 3 veranschaulicht. Mittels der Steuereinheit 9 der Abgleichvorrichtung 8 wird zunächst in dem ersten Abfrageelement 14 abgefragt, ob sich die Brennkraftmaschine 1 im Schubbetrieb befindet oder nicht. Befindet sich die Brennkraftmaschine 1 im Schubbetrieb, so wird das erfindungsgemäße Verfahren gestartet. Zunächst werden in dem Initialisierungselement 15 ein erster Zylinder 3 sowie ein erster Einspritzdauerwert T_I festgelegt, wobei der erste Einspritzdauerwert T_I so gewählt wird, dass zunächst keine stabile Verbrennung stattfinden kann. Anschließend wird der abzugleichende Zylinder 3 und der erste Einspritzdauerwert T_I von dem Ansteuerelement 17 ermittelt und die abzugleichende Einspritzeinheit 5 mit dem ersten Einspritzdauerwert T_I angesteuert. Mittels der als Geberrad ausgebildeten Messeinheit 10 wird das Drehzahlmesssignal der Kurbelwelle 7 ermittelt. Die Zeiten zwischen den einzelnen Winkelmarkierungen des rotierenden Geberrades werden von einem Sensor erfasst und an die Steuereinheit 9 geleitet. Die Steuereinheit 9 rechnet die gemessenen Zeiten in das digitale Drehzahlmesssignal um. Dieses steht der Abgleichvorrichtung 8 zum Detektieren einer stabilen Verbrennung zur Verfügung. Das Drehzahlmesssignal wird zunächst dem ersten Korrekturelement 18 zugeführt, das eine Geberradadaption zur Korrektur von Messfehlern des Geberrades durchführt. Hierzu wurde das Geberrad, insbesondere die Abstände der Winkelmarkierungen, an einem Prüfstand vermessen und Korrekturwerte für nichtäquidistant angeordnete Winkelmarkierungen ermittelt. Das korrigierte Drehzahlmesssignal wird anschließend dem Mittelungselement 19 zugeführt, das einen arithmetischen Mittelwert über zwei Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine 1 des Drehzahlmesssignals bildet. Hierzu werden einander entsprechende Drehzahlmesssignalwerte in den Arbeitsspielen gemittelt. Als Arbeitsspiel wird ein Drehzahlsegment von 720° der Kurbelwelle 7 bezeichnet. Die Mittelung dient dazu, zyklische Schwankungen, die von einer ungleichmäßigen Verbrennung verursacht werden, zu eliminieren.
Das gemittelte Drehzahlmesssignal wird dem Transformationselement 20 der Transformationseinheit 11 zugeführt, das das Drehzahlmesssignal mittels einer diskreten Hartley-Transformation in einen Winkelfrequenzbereich transformiert. Die diskrete Hartley-Transformation ist ausschließlich mittels reellen Operationen berechenbar, so dass die Transformation schnell und einfach durchführbar ist. Mittels der diskreten Hartley-Transformation wird das Drehzahlmesssignal in einzelne Winkelfrequenzen zerlegt, die als Spektralanteile einer bestimmten Ordnung bezeichnet werden. Dadurch, dass sich das Verbrennen von Kraftstoff 6 in den Zylindern 3 hauptsächlich in den niederfrequenten Spektralanteilen des Drehzahlmesssignals auswirkt, kann auf die Berechnung und Auswertung von höherfrequenten Spektralanteilen des Drehzahlmesssignals verzichtet werden. Die einzelnen Spektralanteile sind durch eine Amplitude und eine Phase gekennzeichnet, wobei zur Auswertung des Drehzahlmesssignals die Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung ausreichend ist. Die Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung wird im Folgenden als A_0,5 bezeichnet.
Falls das Drehzahlmesssignal nach der Geberradadaption durch das erste Korrekturelement 18 nicht dem Mittelungselement 19 zugeführt wurde, ist es auch möglich, dass die Mittelung nach der Transformation des Drehzahlmesssignals in den Winkelfrequenzbereich erfolgt. Hierzu muss jedes einzelne Arbeitsspiel transformiert werden.
Das in Spektralanteile transformierte Drehzahlmesssignal wird anschließend dem zweiten Korrekturelement 21 zugeführt, das eine Schleppkorrektur zur Korrektur von Fehlern aufgrund von parasitären Effekten, wie beispielsweise von Massenmomenten der Brennkraftmaschine 1, durchführt. Hierzu wurde die Brennkraftmaschine 1 an einem Prüfstand geschleppt betrieben, d. h. ohne Einspritzen von Kraftstoff 6, und das zugehörige Drehzahlmesssignal ermittelt. Mittels der diskreten Hartley-Transformation wurden drehzahlabhängige Korrekturwerte zur Korrektur der Spektralanteile ermittelt und in der Steuereinheit 9 abgespeichert. Diese Korrekturwerte werden in dem zweiten Korrekturelement 21 zur Korrektur des transformierten Drehzahlmesssignals verwendet.
Das transformierte und korrigierte Drehzahlmesssignal wird anschließend dem Auswerteelement 22 der Auswerteeinheit 12 zugeführt. Die Auswertung des Drehzahlmesssignals und die Detektion einer stabilen Verbrennung erfolgt mittels der Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung. Der prinzipielle Zusammenhang zwischen dem Einspritzdauerwert T und der Amplitude 0,5-ter Ordnung ist in 3 dargestellt. Ab einem Einspritzdauerminimumwert T_MIN setzt die stabile Verbrennung von Kraftstoff 6 ein, was sich in einem Anstieg der Amplitude 0,5-ter Ordnung widerspiegelt. Die Detektion einer stabilen Verbrennung erfolgt in dem Auswerteelement 22 mittels eines Referenzwertes R, der mit der Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung verglichen wird. Liegt die Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung über dem Referenzwert R, so liegt eine stabile Verbrennung vor, andernfalls liegt keine stabile Verbrennung vor. Mittels des Referenzwertes R ist die Robustheit und Zuverlässigkeit des Verfahrens einstellbar.
Wird mittels des Auswerteelements 22 keine stabile Verbrennung detektiert, so wird in der als Schleife ausgebildeten ersten Signalrückkopplung 22 zunächst mittels des Änderungselements 24 der Einspritzdauerwert T₁ um den Einspritzdaueränderungswert ΔT erhöht. Anschließend wird der neue Einspritzdauerwert T₂ = T₁ + ΔT dem Verknüpfungselement 16 zugeführt und eine erneute Ansteuerung der abzugleichenden Einspritzeinheit 5 durchgeführt. Das oben beschriebene Verfahren wiederholt sich nun so lange, bis das Auswerteelement 22 eine stabile Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs 6 detektiert. Der zugehörige Einspritzdauerwert wird als Einspritzdauermindestwert T_M bezeichnet und in der Steuereinheit 9 abgespeichert. Mittels des Einspritzdaueränderungswertes ΔT ist die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellbar. Je kleiner der Einspritzdaueränderungswert ΔT ist, desto genauer ist das Verfahren.
Alternativ dazu kann bei der Ermittlung des Einspritzdauermindestwertes T_M der anfängliche Einspritzdauerwert T_I im Änderungselement 24 auch um den Einspritzdaueränderungswert ΔT erniedrigt werden. Weiterhin wäre auch denkbar, dass der Einspritzdauermindestwert T_M alternierend mit wechselndem Vorzeichen und kleiner werdendem Einspritzdaueränderungswert ΔT ermittelt wird.
Der ermittelte Einspritzdauermindestwert T_M ermöglicht die Korrektur der im Steuergerät 13 hinterlegten und einem Fahrerwunsch entsprechenden Soll-Einspritzdauer T_S im normalen Fahrbetrieb. Bei einer vorgegebenen Soll-Einspritzdauer T_S entspricht somit die Ist-Kraftstoffmenge M_I der gewünschten Soll-Kraftstoffmenge M_S.
Das Auswerten des Drehzahlmesssignals und das Detektieren einer stabilen Verbrennung kann mittels zahlreicher in der einschlägigen Literatur bekannter Verfahren zur Nullstellensuche beschleunigt werden. Als Beispiele für derartige Verfahren sind das Intervallschachtelungsverfahren und das Regula-Falsi-Verfahren zu nennen.
Wurde für die abzugleichende Einspritzeinheit 5 des ausgewählten Zylinders 3 eine stabile Verbrennung erkannt, so wird in dem zweiten Abfrageelement 26 abgefragt, ob bereits alle Einspritzeinheiten 5 abgeglichen wurden. Wurden noch nicht alle Einspritzeinheiten 5 abgeglichen, so wird ein entsprechendes Signal mittels der als übergeordnete Schleife ausgebildeten, zweiten Signalrückkopplung 25 dem Auswahlelement 27 zugeführt, das eine Auswahl der nächsten abzugleichenden Einspritzeinheit 5 durchführt. Ein entsprechendes Auswahlsignal wird über das Verknüpfungselement 16 dem Ansteuerelement 17 zugeführt, das die ausgewählte Einspritzeinheit 5 mit dem ersten Einspritzdauerwert T_I ansteuert. Das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt sich nun so lange, bis alle Einspritzeinheiten 5 abgeglichen sind. Sind alle Einspritzeinheiten 5 abgeglichen, so führt das Auswahlelement 27 dem Beendigungselement 28 ein entsprechendes Signal zu, wobei das Beendigungselement 28 das Verfahren beendet.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 können insbesondere auch Amplituden höherer Ordnungen für das Auswerten herangezogen werden. Um einen Kompromiss zwischen Rechenaufwand und Genauigkeit des Verfahrens zu finden, werden vorteilhafterweise auch höhere Ordnungen bis zu einer Zahl verwendet, die kleiner ist als die Zahl, die der Hälfte der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Bei einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 kämen demnach die 0,5-te oder die 1,0-te oder die 1,5-te oder die 2,0-te oder die 2,5-te Ordnung zur Anwendung. Je nach Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1, das heißt im wesentlichen je nach Last und/oder Drehzahl, kann eine stabile Verbrennung unter Umständen durch eine Linearkombination aus diesen Ordnungen noch genauer detektiert werden.
In bestimmten Fällen kann es auch sinnvoll sein, anstatt der Amplitude die Phase zur Auswertung heranzuziehen. Darüber hinaus kann es auch vorkommen, dass, wenn sich der Rechenaufwand in Grenzen hält, bei der Auswertung die Amplitude und die Phase verwendet werden.
Um die Leistung und die Umweltverträglichkeit einer Brennkraftmaschine 1 zu steigern, wird die Einspritzung zunehmend in Voreinspritzung und Haupteinspritzung unterteilt. Wird das Verfahren zum Abgleichen des Einspritzsystems nur auf die Voreinspritzung angewendet, so ist es möglich, eine stabile Verbrennung mit ausreichender Genauigkeit zu detektieren, ohne dass die Hauteinspritzung verändert wird. Mit anderen Worten kann das Verfahren demnach vorzugsweise auch im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine 1 angewendet werden, ohne dass dem Fahrer eine Beeinträchtigung des Fahrgefühls vermittelt wird.
Zur Bestimmung des eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwertes (R) wird dann vorzugsweise die Voreinspritzung der abzugleichenden Einspritzeinheit 5 des ausgewählten Zylinders 3 abgeschaltet.
Besonders vorteilhaft ist es, zur Bestimmung des eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwertes (R) die Voreinspritzung aller Zylinder 3 abzuschalten. Dadurch wird die Genauigkeit des Verfahrens durch eine Vergrößerung des Signal-/Rauschabstandes erzielt.
Die Detektionsgenauigkeit einer stabilen Verbrennung kann unter Umstäden auch durch eine gezielte Anregung bestimmter Ordnungen erhöht werden. Zum Beispiel kann bei einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine durch eine Befeuerung, in der Phase der Voreinspritzung, des in der Zündfolge übernächsten Zylinders die 1,5-te Ordnung des transformierten Drehzahlmesssignals angeregt werden. Bei den übrigen Zylindern 3 wird die Voreinspritzung abgeschaltet. Die Haupteinspritzung aller Zylinder 3 bleibt wie immer unverändert. Der Voreinspritzdauerwert (TV) des abzugleichenden Zylinders 3 wird nun wie gehabt so lange variiert, bis eine stabile Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs 6 detektiert wird.
Die Einspritzeinheiten 5 werden somit sequentiell abgeglichen, wobei für jede der Einspritzeinheiten 5 individuell ein Einspritzdauermindestwert T_M ermittelt und abgespeichert wird. Aufgrund der Auswertung des Drehzahlmesssignals sind keine zusätzlichen Sensoren für die Durchführung des Verfahrens erforderlich. Aufgrund der Auswertung des Drehzahlmesssignals in dem Winkelfrequenzbereich ist das Verfahren einfach, schnell und zuverlässig durchführbar. Eine aufwendige Auswertung des Drehzahlmesssignals mittels einer Mengenausgleichsregelung oder einer ähnlichen Regelungsfunktion ist nicht erforderlich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Messeinheit 10 als Brennraumdrucksensor ausgebildet sein, wobei ein Druckmesssignal des jeweiligen Zylinderinnendrucks transformiert und ausgewertet wird.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Motorblock
3: Zylinder
4: Einspritzsystem
5: Einspritzeinheit
6: Kraftstoff
7: Kurbelwelle
8: Abgleichvorrichtung
9: Steuereinheit
10: Messeinheit
11: Transformationseinheit
12: Auswerteeinheit
13: Steuergerät
14: Abfrageelement
15: Initialisierungselement
16: Verknüpfungselement
17: Ansteuerelement
18: Korrekturelement, erstes
19: Mittelungselement
20: Transformationselement
21: Korrekturelement, zweites
22: Auswerteelement
23: Signalrückkopplung, erste
24: Änderungselement
25: Signalrückkopplung, zweite
26: Abfrageelement
27: Auswahlelement
28: Beendigungselement

Claims

Verfahren zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer mit Vor- und Haupteinspritzung betreibbaren Brennkraftmaschine mit den Schritten: - Bereitstellen einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Einspritzsystem (4), - Auswählen einer einem Zylinder (3) zugeordneten und abzugleichenden Einspritzeinheit (5) des Einspritzsystems (4), - Bestimmen eines Voreinspritzdauerwertes (TV) zum Ansteuern der abzugleichenden Einspritzeinheit (5), - Ansteuern der abzugleichenden Einspritzeinheit (5) mittels des Voreinspritzdauerwertes (TV) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) in den Zylinder (3), - Ermitteln eines das Verbrennen von Kraftstoff (6) in dem Zylinder (3) charakterisierenden, digitalen Messsignals, - Transformieren des digitalen Messsignals in einen Frequenzbereich, und - Auswerten des transformierten Messsignals, wobei der Voreinspritzdauerwert (TV) solange schrittweise um einen Voreinspritzdaueränderungswert (ΔTV) verändert wird, bis bei einem Voreinspritzdauermindestwert (TV_M) eine stabile Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs (6) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transformieren des digitalen Messsignals mittels einer diskreten Hartley-Transformation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des transformierten Messsignals mittels einer Spektralanalyse von niederfrequenten Spektralanteilen des Messsignals erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des transformierten Messsignals mittels einer Amplitude des Spektralanteils 0,5-ter Ordnung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des transformierten Messsignals mittels der Amplitude des Spektralanteils einer der Ordnungen, die einer Zahl entspricht, die kleiner als die Hälfte der Anzahl der Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) ist, oder aus einer Linearkombination aus den Amplituden der Spektralanteile der Ordnungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des transformierten Messsignals mittels einer Phase des Spektralanteils einer der Ordnungen, die einer Zahl entspricht, die kleiner als die Hälfte der Anzahl der Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) ist, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des transformierten Messsignals mindestens einen Vergleich eines Spektralanteils mit einem eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwert (R) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Ordnungen gezielt angeregt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Voreinspritzdauerwert (TV) schrittweise um den Voreinspritzdaueränderungswert (ΔTV) erhöht wird, bis bei dem Voreinspritzdauermindestwert (TV_M) erstmalig eine stabile Verbrennung detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Messsignal vor dem Auswerten über mindestens zwei Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine (1) gemittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auswerten des transformierten Messsignals eine Schleppkorrektur zur Korrektur von Fehlern vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einspritzeinheiten (5) von Zylindern (3) individuell und sequentiell abgeglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal ein mittels eines Geberrades ermitteltes Drehzahlmesssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auswerten des Drehzahlmesssignals eine Geberradadaption zur Korrektur von Messsfehlern des Geberrades vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwertes (R) die Voreinspritzung des abzugleichenden Zylinders (3) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des eine stabile Verbrennung charakterisierenden Referenzwertes (R) die Voreinspritzung aller Zylinder (3) abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird.
Vorrichtung zum Abgleichen eines Einspritzsystems einer mit Vor- und Haupteinspritzung betreibbaren Brennkraftmaschine mit - mindestens einer Steuereinheit (9), die ausgebildet ist zum Ansteuern mindestens einer einem Zylinder (3) zugeordneten Einspritzeinheit (5) mittels eines vorgebbaren Voreinspritzdauerwertes (TV), und - mindestens einer Messeinheit (10), die ausgebildet ist zum Ermitteln eines das Verbrennen von Kraftstoff (6) in dem Zylinder (3) charakterisierenden, digitalen Messsignals, gekennzeichnet durch - mindestens eine Transformationseinheit (11) mit Mitteln zum Transformieren des digitalen Messsignals in einen Frequenzbereich, und - mindestens eine Auswerteeinheit (12) mit Mitteln zum Auswerten des transformierten Messsignals, wobei diese derart ausgebildet ist, dass bei einem Voreinspritzdauermindestwert (TV_M) eine stabile Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs detektierbar ist.