DE102007034190A1

DE102007034190A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Nullmengenkalibrierung bei einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102007034190A1
Application number: DE200710034190
Authority: DE
Inventors: Gernot Kanya
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Motorsystem zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) mit den Schritten des Aktivierens einer Nullmengenkalibrierungs-Funktion bei einer Motortemperatur oberhalb einer ersten Temperaturschwelle, um einen Korrekturwert (KW) zu ermitteln, von dem eine Ansteuergröße für einen Injektor (4) abhängt; und des Begrenzens des Korrekturwertes in einem Temperaturbereich der Motortemperatur (MT) oberhalb der ersten Temperaturschwelle auf einen maximalen Korrekturwert (KWMAX).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nullmengenkalibrierung.
Stand der Technik
Zur Nachjustierung, Diagnose und Überwachung der Funktion der Injektoren in einem Verbrennungsmotor wird eine so genannte Nullmengenkalibrierung durchgeführt. Die Nullmengenkalibrierung ist eine Funktion, die üblicherweise in der Motorsteuerung durchgeführt wird. Die Nullmengenkalibrierung wird in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors aktiviert und wird durchgeführt, indem kleine Kraftstoffmengen in die Zylinder des Verbrennungsmotors während des Anliegens eines äußeren Moments eingespritzt werden und überwacht wird, ob und in welchem Maß sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht. Daraus lässt sich auf die Menge des eingespritzten Kraftstoffes schließen, so dass eine Korrelation zwischen der Ansteuerung der Injektoren des Verbrennungsmotors und der eingespritzten Kraftstoffmenge vorgenommen werden kann.
Aufgrund von Alterung oder sonstigen Einflüssen auf die Injektoren verändern sich deren Eigenschaften während der Lebensdauer, so dass durch regelmäßiges Durchführen der Nullmengenkalibrierung eine ständige Nachjustierung zwischen der Ansteuergrößen der Injektoren und der eingespritzten Kraftstoffmenge erfolgen kann. Eine solche Nullmengenkalibrierung sollte jedoch üblicherweise bei einem warmgelaufenen Motor im Schubbetrieb durchgeführt werden. D. h. die Funktion der Nullmengenkalibrierung wird erst ab einer Motortemperatur, d. h. der Kühlmitteltemperatur, oberhalb einer bestimmten Temperaturgrenze aktiviert. Diese Temperaturgrenze dient dazu, den Einfluss des noch nicht warm gelaufenen Motors auf die Ergebnisse der Nullmengenkalibrierung zur reduzieren, da während des Kaltlaufs nicht sichergestellt werden kann, dass gute Verbrennungsbedingungen in den Zylindern des Verbrennungsmotors für die eingespritzten Kleinstmengen von Kraftstoff vorherrschen.
Die Überwachung der Kühlmitteltemperatur muss entsprechend einer geplanten Gesetzgebung für Kalifornien (CARS) solange aktiv sein, bis alle On-Board-Diagnosefunktionen (OBD) aktiviert sind, d. h. solange bis auch die Nullmengenkalibrierung aktiviert ist. Für die On-Board-Diagnose bedeutet dies derzeit, dass die Überwachung der Temperatur des Kühlmittels bis zu der Temperaturgrenze von momentan ca. 70°C erfolgen muss. Jedoch werden alle sonstigen für die On-Board-Diagnose relevanten Funktionen bereits ab einer Temperaturgrenze von 40°C für die Kühlmitteltemperatur freigegeben. D. h. nur für die Aktivierung der Nullmengenkalibrierung muss die Temperatur des Kühlmittels in dem Temperaturbereich zwischen 40°C und 70°C überwacht werden. Die Überwachung des Temperaturbereichs von 40°C bis 70°C umfasst z. B. die Plausibilisierung des erfassten Temperaturwerts und bedeutet daher einen erheblichen Mehraufwand für die Applikation der Überwachung des Motorkühlsystems, da hierzu ein komplexes Modell betrachtet werden muss. Zudem nimmt die Wahrscheinlichkeit von Fehldetektionen in ordnungsgemäßen Systemen bei einem größeren Bereich der Temperaturüberwachung infolge von Modellfehlern zu.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, bei der der zu überwachende Temperaturbereich reduziert werden kann, um die Wahrscheinlichkeit von Fehldetektionen in ordnungsgemäßen Systemen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Dabei wird eine Nullmengenkalibrierungs-Funktion bei einer Motortemperatur oberhalb einer ersten Temperaturschwelle aktiviert, um einen Korrekturwert zu ermitteln, mit dem eine Ansteuergröße für einen injektor beaufschlagt wird bzw. von dem eine Ansteuergröße für den Injektor abhängt. Der Korrekturwert wird in einem Temperaturbereich der Motortemperatur oberhalb der ersten Temperaturschwelle auf einen maximalen Korrekturwert begrenzt.
Weiterhin kann der maximale Korrekturwert von der Motortemperatur abhängen. Insbesondere kann der Temperaturbereich als der Bereich zwischen der ersten Temperaturschwelle und der zweiten Temperaturschwelle definiert sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Temperaturbereich der durch die Nullmengenkalibrierung ermittelte Korrekturwert mit einem Temperaturfaktor beaufschlagt werden, um den Korrekturwert als einen modellbasierten Korrekturwert zu erhalten, wobei der Temperaturfaktor abhängig von der Motortemperatur gemäß einem Modell bestimmt wird, mit dem eingelernte Korrekturwerte für eine Mo tortemperatur MT über der zweiten Temperaturschwelle zur Korrektur umgerechnet werden.
Weiterhin kann die maximale Korrekturwert durch ein Kennfeld abhängig von der Motortemperatur ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei einer Motortemperatur oberhalb der ersten Temperaturschwelle und außerhalb des Temperaturbereichs der Korrekturwert nicht begrenzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Motorsteuereinheit vorgesehen, die das obige Verfahren ausführt. Weiterhin ist ein Motorsystem zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgesehen, die die obige Motorsteuereinheit und einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, in den Kraftstoff über einen Injektor eingespritzt wird, umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung des obigen Verfahrens vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Motorsystems zur Durchführung eines Verfahrens zur Nullmengenkalibrierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung der Funktion zur Bestimmung eines Korrekturwerts der Nullmengenkalibrierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
In 1 ist ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 mit vier Zylindern 3 dargestellt. Die Anzahl der Zylinder 3 ist jedoch im wesentlichen beliebig. Die Zylinder sind jeweils mit einem Injektor 4 versehen, mit dessen Hilfe Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder 3 für einen Verbrennungsvorgang eingespritzt wird. Der Verbrennungsmotor 2 wird durch eine Motorsteuerung 5 zum Betreiben des Verbrennungsmotors 2 angesteuert. Die Motorsteuerung 5 übernimmt u. a. das Ansteuern der Injektoren 3 zum Einspritzen einer bestimmten vorgegebenen Menge von Kraftstoff, das Festlegen der Luftfüllung durch Einstellen einer Drosselklappenstellung und dgl.
Das Einstellen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge erfolgt über ein Festlegen der Ansteuerdauer des entsprechenden Injektors 4, wodurch sich abhängig von dem Druck, mit dem der Kraftstoff bereitgestellt wird, eine Einspritzmenge ergibt. Durch Bauteilvariationen, Verschleiß und Abnutzung der Injektoren 4 muss jedoch die ermittelte Ansteuerdauer mit einem Korrekturwert beaufschlagt werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte und in der Motorsteuereinheit 5 ermittelte Kraftstoffmenge in den entsprechenden Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 eingespritzt wird.
Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einer Kühlereinheit 6 gekoppelt, die ein Kühlmittel enthält. Die Temperatur des Kühlmittels wird über einen Temperaturfühler 7 detektiert und als Motortemperatur angenommen. Die Motorsteuerung 5 verarbeitet die detektierte Kühlmitteltemperatur, so dass diese bei der Ansteuerung des Verbrennungsmotors 2 berücksichtigt wird.
Nach dem Start des Verbrennungsmotors 2 steigt die Kühlmitteltemperatur gemeinsam mit der Motortemperatur allmählich an. Gemäß gesetzlicher Vorschriften muss der Schadstoffausstoß des Verbrennungsmotors 2 unter bestimmten Grenzwerten liegen, sobald die Motortemperatur MT, d. h. die Kühlmitteltemperatur, oberhalb einer ersten Temperaturschwelle liegt. Ab dieser ersten Temperaturschwelle sind die On-Board-Diagnoseverfahren in der Regel alle aktiv. Da diese erste Temperaturschwelle in der Regel auf einen zu niedrigen Temperaturwert für die Nullmengenkalibrierung festgelegt ist, kann aufgrund der zu erwartenden Ka librierungsfehler bei Überschreiten der ersten Temperaturschwelle diese noch nicht aktiviert werden.
Dazu ist eine zweite Temperaturschwelle, z. B. 70°C, als Kühlmitteltemperatur vorgesehen, bei der die Nullmengenkalibrierung aktiviert wird. Dies erfordert, dass der Temperaturbereich zwischen der ersten Temperaturschwelle, von z. B. 40°C bis zur zweiten Temperaturschwelle von z. B. 70°C ebenfalls überwacht werden muss, was einen Mehraufwand darstellt. Eine Überwachung des Temperaturbereichs bedeutet, dass die detektierte Kühlmitteltemperatur plausibilisiert werden muss, wozu ein komplexes Modell herangezogen werden muss. Dies kann dazu führen, dass die detektierte Kühlmitteltemperatur in einem ordnungsgemäßen System als fehlerhaft erkannt wird, obwohl diese der Realität entspricht oder umgekehrt. Ein Auslösen aufgrund eines solchen ungerechtfertigten Fehlers führt zu einer Störung des Betriebs des Motorsystems bis hin zur Abschaltung des Verbrennungsmotors 2.
Um den Temperaturbereich der zu überwachenden Kühlmitteltemperatur zu reduzieren, z. B. vorzugsweise auf den Temperaturbereich bis zur ersten Temperaturschwelle, ist es daher erforderlich, die Nullmengenkalibrierung bereits ab der ersten Temperaturschwelle zu aktivieren. Gleichzeitig muss dafür gesorgt werden, dass die Nullmengenkalibrierung nicht zu fehlerhaften Korrekturwerten für die Ansteuerdauer der Injektoren führt.
Bei der Nullmengenkalibrierung wird im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 2, d. h. der Verbrennungsmotor 2 bewegt sich aufgrund eines von außen wirkenden Drehmoments, eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt. Dabei wird überprüft, inwieweit sich bei einer Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge eine Drehzahländerung ergibt. Daraus lassen sich die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge und daraus wiederum Korrekturwerte für die Ansteuerdauer der Injektoren ermitteln, mit denen erreicht wird, dass die gewünschte einzuspritzende Kraftstoffmenge der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge entspricht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird nun vorgeschlagen, den ermittelten Korrekturwert für die momentanen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 2 abhängig von einer Temperatur mit einem Faktor zu beaufschlagen, der sich aus einem Kennfeld abhängig von der Kühlmitteltemperatur (d. h. der Motortemperatur) ergibt. Dies ist in dem Blockschaltbild zur Veranschaulichung der vorgeschlagenen Funktion dargestellt. Eine Angabe über die Motortemperatur MT (entspricht im wesentlichen der Kühlwassertemperatur) wird dem Kennfeld, das durch einen ersten Kennfeld-Block 10 realisiert wird, zugeführt und ein Temperaturfaktor TF bereitgestellt. Der Temperaturfaktor TF wird in einem Multiplizierblock 11 mit dem zuletzt eingelernten Korrekturwert KW multipliziert, um einen modellbasierten Korrekturwert MBKW zu erhalten. Das in dem ersten Kennfeld-Block 10 realisierte Kennfeld entspricht einem Modell, mit dem eingelernte Korrekturwerte für eine Motortemperatur MT über der zweiten Temperaturschwelle zur Korrektur umgerechnet werden, die für den Temperaturbereich zwischen der ersten Temperaturschwelle und der zweiten Temperaturschwelle gelten sollen.
Eine Angabe über die Motortemperatur MT wird weiterhin einem zweiten Kennfeld-Block 12 zugeführt, in dem ein Grenzwertkennfeld hinterlegt ist, das abhängig von der Motortemperatur MT einen maximalen Korrekturwert KWMAX bereitstellt. Durch einen Minimum-Block 13 wird aus dem modellbasierten Korrekturwert MBKW und dem maximalen Korrekturwert KWMAX bei der entsprechenden Motortemperatur MT der kleinste Korrekturwert ausgewählt und als der zu verwendende Endkorrekturwert EKW bereitgestellt. Der Endkorrekturwert EKW wird als der für die Einspritzung zu verwendende Korrekturwert angewendet, d. h. als der Korrekturwert mit dem die Ansteuerdauer der Injektoren 4 beaufschlagt wird. Oberhalb der zweiten Temperaturschwelle wird der Minimalwert auf einen Wert gesetzt, entweder durch als Funktionswert des Kennfeldes oder durch eine entsprechende Auswahlfunktion, der in jedem Fall größer ist als der Korrekturwert MBKW der von dem ersten Kennfeld-Block 10 bereitgestellt wird.
Auf diese Weise ist eine Temperaturüberwachung bis zu der zweiten Temperaturschwelle nicht weiter notwendig und die Temperaturüberwachung kann auf den Bereich bis zu der ersten Temperaturschwelle beschränkt werden. Dadurch kann der Aufwand zur Überwachung der Kühlmitteltemperatur reduziert werden.
Weitere Vorteile bestehen dadurch, dass die Nullmengenkalibrierung auch bereits bei kurzen Fahrzyklen durchgeführt werden kann, bei der der Verbrennungsmotor 2 nicht die bisher erforderliche Temperatur oberhalb der zweiten Temperaturschwelle für das Lernen der Nullmengenkalibrierung erreicht.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) mit folgenden Schritten: – Aktivieren einer Nullmengenkalibrierungs-Funktion bei einer Motortemperatur oberhalb einer ersten Temperaturschwelle, um einen Korrekturwert (KW) zu ermitteln, von dem eine Ansteuergröße für einen Injektor (4) abhängt; – Begrenzen des Korrekturwertes (KW) in einem definierten Temperaturbereich der Motortemperatur, der oberhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, auf einen maximalen Korrekturwert (KWMAX).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der maximale Korrekturwert (KWMAX) von der Motortemperatur abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperaturbereich als der Bereich zwischen der ersten Temperaturschwelle und der zweiten Temperaturschwelle definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei in dem Temperaturbereich der durch die Nullmengenkalibrierung ermittelte Korrekturwert (KW) mit einem Temperaturfaktor (TF) beaufschlagt wird, um den Korrekturwert (KW) als einen modellbasierten Korrekturwert (MBKW) zu erhalten, wobei der Temperaturfaktor (TF) abhängig von der Motortemperatur gemäß einem Modell bestimmt wird, mit dem eingelernte Korrekturwerte für eine Motortemperatur MT über der zweiten Temperaturschwelle zur Korrektur umgerechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die maximale Korrekturwert (KWMAX) durch ein Kennfeld abhängig von der Motortemperatur ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei einer Motortemperatur (MT) oberhalb der ersten Temperaturschwelle und außerhalb des Temperaturbereichs der Korrekturwert nicht begrenzt wird.
Motorsteuereinheit (5), die ausgebildet ist, um eine Nullmengenkalibrierungs-Funktion bei einer Motortemperatur oberhalb einer ersten Temperaturschwelle zu aktivieren, so dass ein Korrekturwert (KW) ermittelt wird, von dem eine Ansteuergröße für einen Injektor (4) abhängt, und um den Korrekturwert (KW) in einem definierten Temperaturbereich der Motortemperatur, der oberhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, auf einen maximalen Korrekturwert (KWMAX) zu begrenzen.
Motorsystem (1) zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) umfassend: – einen Verbrennungsmotor (2) mit einem Zylinder (3), in den Kraftstoff über einen Injektor (4) eingespritzt wird; – eine Motorsteuereinheit (5) nach Anspruch 7.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm in einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird.