DE102008042933A1

DE102008042933A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff

Info

Publication number: DE102008042933A1
Application number: DE102008042933A
Authority: DE
Inventors: Johannes Ullrich; Roland Steiniger; Jürgen GRIMM; Stefan Lang; Julian Kuric; Viktor Boschmann; Daniela Bollmann
Original assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-18
Also published as: JP2010096169A; US7769535B2; JP5391481B2; DE102008042933B4; CN101725427A; US20100100302A1; CN101725427B; KR20100042996A; KR101090794B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff, wobei eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und eine Haupteinspritzmenge (QM) aufgeteilt wird und wobei jeweilige Basis- und Korrekturwerte von Ansteuerzeiten (ton(P1); ton(P2); ton(PM)) einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und der Haupteinspritzmenge (QM) mit folgenden Schritten festgelegt werden: Speichern einer Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') für einen vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors; Versetzen des Verbrennungsmotors in den Betriebszustand und Einstellen dem Betriebszustand entsprechender Ansteuerzeiten für die mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und die Haupteinspritzmenge (QM); Ermitteln einer aktuellen Gesamteinspritzmenge (QT) in dem Betriebszustand anhand der dem Betriebszustand entsprechenden eingestellten Ansteuerzeiten; Ermitteln einer Differenz zwischen der Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') und der ermittelten aktuellen Gesamteinspritzmenge (QT); und Bilden der jeweiligen Korrekturwerte der Ansteuerzeiten (ton(P1); ton(P2); ton(PM)) unter Berücksichtigung der ermittelten Differenz.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff, wobei eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in mindestens eine Voreinspritzmenge und eine Haupteinspritzmenge aufgeteilt wird und wobei jeweilige Basis- und Korrekturwerte von Ansteuerzeiten einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge festgelegt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik nachstehend anhand von Common-Rail-Einspritzsystemen für PKW-Dieselmotoren erläutert werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern generell auf beliebige Verbrennungsmotoren anwendbar.
Ein Common-Rail-Einspritzsystem weist einen gemeinsamen Kraftstoff-Hochdruckspeicher mit entsprechenden Abgängen zur Versorgung der einzelnen Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff auf. Die Versorgung der Zylinder wird über sogenannte Injektoren gesteuert, welche beispielsweise in Form von piezoelektrisch oder elektromagnetisch ansteuerbaren Ventilen realisiert sind. Durch wohldefinierte Ansteuerung des piezoelektrischen, magnetischen oder in geeigneter Weise anderweitig ausgeführten Aktuators wird ein Öffnen und Schließen eines sogenannten Einspritzventiles bewirkt mit der Folge einer Kraftstoffeinspritzung, z. B. in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors. Es sind verschiedene Einspritzungen und Einspritzabfolgen realisierbar, beispielsweise Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung und Kombinationen aus denselben, welche über moderne Steuergeräte frei programmierbar sind. Voreinspritzungen dienen insbesondere zur Vorkonditionierung des Brennraums hinsichtlich Temperatur und Sauerstoffanteil. Nacheinspritzungen dienen i. d. R. der Oxidation des bei der Verbrennung entstehenden Russes oder zur allgemeinen Erhöhung der Abgastemperatur in Verbindung mit im Abgasstrom integrierten Partikelfiltern.
Zukünftige Emissionsstandards werden Voreinspritzmengen erfordern, welche kleiner als 0,8 mg/Einspritztakt sein müssen. Bei heutigen Kraftstoffdosierungskonzepte stellt jedoch der Wert 0,8 mg/Einspritztakt eine kritische, unter Grenze dar, die unter den Randbedingungen einer seriellen Produktion aus Gründen der gegenwärtig existierenden Messtechnik und der Forderung nach rationellen, d. h. auch taktzeitoptimierten Fertigungsmethoden als problematisch zu realsieren anzusehen ist.
Insbesondere unterliegen die Einspritzmengen der Injektoren auch Alterungseffekten, welche sowohl zu einer Vergrößerung als auch zu einer Verkleinerung der Einspritzmenge bei konstanter Ansteuerzeit des Injektors und damit zu einer Beeinträchtigung des Emission- bzw. Geräuschverhaltens des Motors führen können. Es gibt keine kostengünstigen, robusten Messsysteme für Einspritzmengen, welche kleiner 0,8 mg/Einspritztakt sind. Auch sind die heutigen Messmethoden zu langsam und/oder nicht genau genug, um derart kleine Einspritzmengen sicher messtechnisch zu erfassen. Auch können Sensoren die etwa durch Analyse der Abgaszusammensetzung auf den globalen Sauerstoffgehalt im Abgas und dadurch auf die gesammte eingespritze Kraftstoffmenge rückschließen lassen, keine Informationen über die genaue, zeitlich und mengenmäßig aufgelöste Aufteilung der Einzelkraftstoffeinspritzungen liefern.
Weiterhin verschlechtern Streuungen der mechanischen geometrischen Injektorkenngrößen aufgrund von Fertigungstoleranzen die Dosierungsgenauigkeit. Eine Verringerung derartiger Fertigungstoleranzen wird die Kosten für die Injektoren dramatisch erhöhen.
Die besagte Altersdrift der Einspritzmenge bei konstanter Ansteuerdauer wird heutzutage nur aufgrund der Verwertung indirekter Informationen (z. b. Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle oder Körperschall der aus einem Verbrennungsvorgang resultiert) nicht immer hinreichend genau bzw. ausreichend schnell kompensiert, da diese Verfahren nicht zwischen einem tatsächlichen Alterungsprozess des Injektors und sekundären Effekten der Antriebskette bzw. der Brennkraftmaschine unterscheiden können.
5 ist eine Darstellung der Abhängigkeit einer Partikelemission PM und einer NO_x-Emission für verschiedene Voreinspritzmengen und verschiedene λ-Werte.
In 5 ist auf der x-Achse die NO_x-Emission und auf der y-Achse die Partikelemission PM aufgetragen. Die Kurve K2 zeigt einen Arbeitspunkt OP2 bei optimaler Einstellung einer Voreinspritzmenge auf einen Basiswert von beispielsweise 0,9 mg/Einspritztakt. Entsprechend dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors verschiebt die λ-EGR-Steuerung (EGR = Abgasrückführung) den Arbeitspunkt OP2 auf der Kurve K2.
Ändert sich nun die Voreinspritzmenge, so führt dies zu einer Verschiebung zu einem Arbeitspunkt OP1 auf der Kurve K1 bei einer zu großen Voreinspritzmenge und zu einer Verschiebung zu einem Arbeitspunkt OP3 auf der Kurve K3 bei einer zu geringen Voreinspitzmenge. Insbesondere eine Verschiebung zu einer zu großen Voreinspritzmenge bewirkt eine Erhöhung der Emissionen und des Partikelausschusses was allgemein als eine Verschlechterung der Emissionsqualität angesehen werden muß.
Eine Verschiebung zu geringeren Voreinspritzmengen von unterhalb 0,3 mg/Einspritztakt kann sogar dazu führen, dass keine Entflammung und damit keine Vorkonditionierung des Brennraums mehr durchgeführt werden kann, wodurch etwa die Geräuschemssionen des Motor verschlechtert werden.
Aus der EP 1 712 768 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einem Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße eine Ansteuergröße, die die eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, vorgegeben wird. Ausgehend von einer dem Zylinderdruck charakterisierenden Größe wird ein Korrekturwert zur Korrektur der Ansteuergröße vorgegeben.
Die WO 2007/006660 A1 beschreibt ein Verfahren zur Dosierung von Kraftstoff in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors, bei dem eine für eine Verbrennung zu dosierende Kraftstoffmenge durch eine Voreinspritzung und wenigstens eine weitere Teileinspritzung dosiert wird und bei dem in Betrieb des Verbrennungsmotors Mengenfehler der Voreinspritzung aus dem Signal eines Körperschalensensors ermittelt werden. Ein Korrekturwert wird als Funktion des Mengenfehlers der Voreinspritzung gebildet, und wenigstens eine der weiteren Teileinspritzungen wird mit dem Korrekturwert korrigiert. Dieses Verfahren ermöglicht die Ableitung von Steuerparametern für die Voreinspritzmenge in der Größenordnung von 1 mg/Einspritztakt. Wenn bei zu kleinen Voreinspritzmengen überhaupt keine Verbrennung auftritt, ist dieses Verfahren gleichermaßen blind, kann also keinen Korrekturwert festlegen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff zu schaffen, welche eine sehr genaue Festlegung der einen oder mehreren Einspritzmengen, insbesondere auch Vor-, Nach- und auch der Haupteinspritzung, auf einem sehr niedrigen Einspritzmengenniveau (insbesondere Werte < 1,0 mg/Einspritztakt) ermöglichen, ohne daß eine über die dem heutigen Stand der Technik von Verbrennungskraftmaschinen entsprechende Ausstattung mit Sensoren hinaus gehende zusätzliche Hardware erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 11 weisen den Vorteil auf, dass sie eine genaue Korrektur der einen oder mehreren Voreinspritzmengen und der Haupteinspritzmenge mit sehr kurzen Zykluszeiten von typischerweise wenigen Minuten ermöglichen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht im Festlegen und Speichern einer Referenz-Gesamteinspritzmenge (= physikalisch messbar wahre Einspritzmenge) für einen vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, beispielsweise dem Leerlaufzustand. Die Referenz-Gesamteinspritzmenge lässt sich aufgrund von Experimenten mit relativ hoher Genauigkeit festlegen, beispielsweise mit einer Abweichung von höchstens 10%.
Während der Verbrennungsmotor in dem vorbestimmten Betriebszustand ist, wird eine aktuelle bzw. im Motorsteuergerät zu Regelungszwecken verwendete Gesamteinspritzmenge anhand der dem Betriebszustand entsprechenden abgespeicherten Ansteuerzeiten der Injektoren ermittelt. Anschließend wird eine Differenz zwischen der Referenz-Gesamteinspritzmenge und der ermittelten aktuellen Gesamteinspritzmenge gebildet und darauf basierend Korrekturwerte der Ansteuerzeiten der Injektoren festgelegt.
Aufgrund der Tatsache, dass die relative Aufteilung der Teil-Einspritzmengen per Definition (= Applikation) bekannt und durch die relative Aufteilung der Ansteuerzeiten genau definiert ist, lassen sich Korrekturwerte für die Ansteuerzeiten ableiten, welche geringste Toleranzen aufweisen. Beispielsweise sind bei einer Referenz-Gesamteinspritzmenge von 3,5 mg/Einspritztakt, welche mit 10% Genauigkeit im Voraus festgelegt ist, bei zwei Voreinspritzungen und einer Haupteinspritzung Korrekturwerte für die Einspritzungen ermitteln, welche nur mit ca. 0,12 mg/Einspritztakt fehlerbehaftet sind. Diese Regelungsgüte kann mit gegenwärtig verfügbaren Technologien nicht erreicht werden.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des betreffenden Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Differenz durch die Anzahl der verschiedenen Einspritzmengen geteilt und jede Ansteuerzeit um einen entsprechenden Bruchteil korrigiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in eine erste und eine zweite Voreinspritzmenge und eine einzige Haupteinspritzmenge aufgeteilt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Betriebszustand ein Leerlaufzustand oder ein beliebiger anderer Zustand ist, in dem die Referenz-Gesamteinspritzmenge wohldefiniert und bekannt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind in dem Betriebszustand die Ansteuerzeiten für die eine bzw. mehreren Voreinspritzmengen konstant, wobei die Haupteinspritzmenge von einem Leerlaufregler oder anderem Zustandsregler entsprechend einer vorgegebenen Solldrehzahl geregelt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Differenz anhand einer Ansteuerzeitdifferenz zwischen einer Ansteuerzeit zum Einspritzen der Haupteinspritzmenge des Verbrennungsmotors entsprechend der Referenz-Gesamteinspritzmenge und einer ermittelten aktuellen Ansteuerzeit zum Einspritzen der Haupteinspritzmenge im vorbestimmten Betriebszustand ermittelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt die mindestens eine Voreinspritzmenge in der Grössenordnung 0,3 bis 0,8 mg/Einspritztakt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine weitere Korrektur der Ansteuerzeiten unter Berücksichtigung von zylinderspezifischen Korrekturwerten durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Einspritzeinrichtung eine Common-Rail-Einspritzeinrichtung, wobei und die jeweiligen Korrekturwerte von Ansteuerzeiten der Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge bei verschiedenen Betriebsdrucken der Common-Rail-Einspritzeinrichtung festgelegt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Referenz-Gesamteinspritzmenge mit einer Genauigkeit von +/–5% ermittelt worden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flußdiagramm zum Erläutern des Betriebs der Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Zeitablaufdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Darstellung der Abhängigkeit einer Einspritzmenge Q von der Ansteuerzeit t_on eines Injektors, verwendet bei der Ermittlung von Korrekturwerten von Ansteuerzeiten bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 eine Darstellung der Abhängigkeit einer Partikelemission PM und einer NO_x-Emission für verschiedene Voreinspritzmengen und verschiedene λ-Werte.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 100 eine Kraftstoffmengen-Ermittlungsseinrichtung, welche basierend auf einem Signal FP, das eine Fahrpedalstellung wiedergibt, und Betriebsparametern BP1, BP2, ... eine einzuspritzende Kraftstoffmenge QT ermittelt.
Ein Signal entsprechend der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QT wird zusammen mit den Betriebsparametern BP1, BP2, ... an eine Ansteuerdauer-Ermittlungseinrichtung 120 ausgegeben. Die Ansteuerdauer-Ermittlungseinrichtung 120 gibt Ansteuerzeiten t_on(P1), t_on(P2) und t_on(PM) aus, welche zwei Voreinspritzungen P1, P2 und einer Haupteinspritzung PM entsprechen.
Eine Korrektureinrichtung 140 gibt Ansteuerdauer-Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2) und Δt_on(PM) in Abhängigkeit von einem aktuellen Druck P der Common-Rail-Injektoreinrichtung aus, welche in einem Summierer S zu den Ansteuerdauern t_on(P1), t_on(P2) und t_on(PM) hinzuaddiert werden. Die Ansteuerdauer-Korrekturwerte der Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) können entweder ein negatives oder positives Vorzeichen aufweisen und reflektieren den Alterungsprozess des (nicht gezeigten) Injektors. Somit werden vom Summierer S korrigierte Ansteuerdauern ton*(P1) = ton(P1) + Δton(P1) ton*(P2) = ton(P2) + Δton(P2) ton*(PM) = ton(PM) + Δton(PM)einer Ansteuereinrichtung 160 für den (nicht gezeigten) Injektor zugeführt.
Bezugszeichen 180 in 1 bezeichnet eine Festlegungseinrichtung zum zyklischen oder aufrufbaren Festlegen der Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) in einem vorbestimmten Betriebszustand des zugehörigen Verbrennungsmotors. Dazu umfasst die Festlegungseinrichtung 180 eine Speichereinrichtung 181, in der eine Referenz-Gesamteinspritzmenge QT' für den bestimmten vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors gespeichert ist.
Erfasst die Festlegungseinrichtung 180 anhand der ihr zugeführten Betriebsparameter BP1, BP2, ..., dass der Verbrennungsmotor in dem vorbestimmten Betriebszustand versetzt ist, so veranlasst sie die Festlegung der Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM). Dazu legt sie eine Differenz zwischen der gespeicherten Differenz-Gesamteinspritzmenge QT' und einer aktuell ermittelten Gesamteinspritzmenge QT fest. Die aktuelle Gesamteinspritzmenge QT kann beispielsweise anhand von Steuergerätedaten eines (nicht dargesteilten) Motorsteuergeräts ermittelt werden. Basierend auf dieser Differenz lassen sich dann die Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) bei einem jeweiligen aktuellen Druck P der Common-Rail-Injektoreinrichtung berechnen, was nachstehend im Zusammenhang mit 3 und 4 näher erläutert werden wird. Im Rahmen einer solchen Festlegung kann die Festlegungseinrichtung 180 eine Reihe von relevanten Drucken P der Common-Rail-Injektoreinrichtung anfordern und bei jedem einzelnen Druck P eine separate Festlegung vornehmen.
2 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern des Betriebs der Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 2 startet die Festlegungsprozedur für die Korrekturwerte der Ansteuerzeiten Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) bei Schritt S1.
In Schritt S2 wird geprüft, ob der vorbestimmte Betriebszustand beispielsweise ein Leerlaufzustand mit 800 UpM bei einer Betriebstemperatur von 90°C und abgeschalteten elektrischen Zusatzverbrauchern vorliegt. Ist dies nicht der Fall, bleibt das Programm solange bei Schritt S2, bis der vorbestimmte Betriebszustand erreicht wird.
Es sollte bemerkt werden, dass es an dieser Stelle auch möglich ist, den vorbestimmten Betriebszustand durch geeignete Maßnahmen bzw. Signale an den Fahrer bzw. die Motorsteuerungseinrichtung zu erzwingen, falls dieser vorbestimmte Betriebszustand lange Zeit nicht aufgetreten ist und eine Neufestlegung benötigt wird. Allerdings lässt sich der vorbestimmte Be triebszustand derart wählen, dass er relativ häufig auftritt, beispielsweise wie der oben erwähnte Leerlaufszustand.
In Schritt S3 wird geprüft, ob der vorbestimmte Betriebszustand des Verbrennungsmotors stabil ist. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Programm zurück zu Schritt S2, anderenfalls schreitet das Programm voran zu Schritt S4. In Schritt S4 werden die Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) für verschiedene Drucke der Commen-Rail-Einspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors festgelegt. Beispielsweise sind derartige Druck 230 bar, 500 bar, 800 bar 1100 bar, 1400 bar, 1700 bar.
Nachdem die Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) für sämtliche Drucke P festgelegt worden sind, schreitet das Programm voran zu Schritt S5, in dem die Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) in Art eines Kennwertefeldes in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck in der Korrektureinrichtung 140 gespeichert werden. Somit kann die Korrektureinrichtung 140 während des Betriebs unter Zuhilfenahme des ihr zugeführten Drucksignals P die dem jeweiligen Druck entsprechenden Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) dem Summierer S zuführen.
In Schritt S6 wird anschließend geprüft, ob ein vorbestimmtes Abbruchkriterium vorliegt, beispielsweise ein Ausschalten des Verbrennungsmotors. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Programm zurück zu Schritt S2. Anderenfalls endet das Programm mit Schritt S7.
Nachstehend wird mit Bezug auf 3 und 4 ein Beispiel für die Festlegung der Korrekturwerte Δt_on(P1), Δt_on(P2), Δt_on(PM) der Ansteuerzeiten t_on(P1), t_on(P2), t_on(PM) erläutert werden.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist auf der x-Achse die Zeit t aufgetragen und auf der y-Achse der Einspritzverlauf I_on der beispielhaften Common-Rail-Einspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors. Die Kurve REF bezeichnet einen Referenz-Einspritzverlauf, wohingegen die Kurve ACT einen aktuellen Einspritzverlauf bezeichnet. Der aktuelle Einspritzverlauf ACT bzw. der Referenz-Einspritzverlauf REF sehen zwei Voreinspritzungen P1, P2 sowie eine Haupteinspritzung PM vor. Der Verbrennungsmotor befindet sich im Leerlaufzustand bei 800 UpM bei einer Betriebstemperatur von 90°C und abgeschalteten Zusatzverbrauchern.
Durch Experimente ist es bekannt, dass eine Referenz-Gesamteinspritzmenge QT' in diesem Betriebszustand z. B. 3,5 mg pro Einspritztakt beträgt. Die Referenz-Gesamteinspritzmenge QT' ist in diesem Betriebszustand mit einer Genauigkeit von 10% ermittelbar, was einem Fehler Δ' ungefähr +/–0,35 mg/Einspritztakt entspricht. Die Referenz-Gesamteinspritzmenge QT' verteilt sich auf eine erste Voreinspritzmenge QP1' = 0,7 mg/Einspritztakt, eine zweite Voreinspritzmenge QP2' = 0,7 mg/Einspritztakt und eine Haupteinspritzmenge QM' = 2,1 mg/Einspritztakt. Die jeweiligen Fehler bzw. Abweichungen verteilen sich zu je Δ' ungefähr gleich +/–0,12 mg auf die beiden Voreinspritzungen P1 und P2 und die Haupteinspritzung PM.
Es wird nun Bezug genommen auf den aktuellen Einspritzverlauf ACT. Die Ansteuerzeiten t_on'(P1), t_on'(P2) für die beiden Voreinspritzungen P1, P2 sind konstant gewählt, also für die Kurven ACT und REF gleich. Hingegen regelt der (nicht dargesetllte) Leerlaufregler die Ansteuerzeit t_on'(PM) der Haupteinspritzung PM derart, dass eine vorgegebene Soll-Leerlaufdrehzahl erreicht wird, beispielsweise besagte 800 UpM. Sind die Voreinspritzungen, P1, P2 aufgrund von Alterungserscheinungen des Injektors fehlerbehaftet, d. h. entsprechen sie nicht ihren vorgegebenen Referenz-Einspritzmengen von 0,7 mg/Einspritztakt, so hat dies zur Folge dass der Regler die Ansteuerzeit der Haupteinspritzung PM gegenüber dem Referenzwert t_on'(PM) verändert. Im vorliegenden Fall ergibt sich eine Abweichung Δt_on(PM) zu einer kleineren Ansteuerzeit t_on'(PM) beim aktuellen Betrieb. Dies bedeutet, dass bei den Voreinspritzungen P1, P2 nicht die erwünschten 0,7 mg Einspritzmenge pro Einspritztakt eingespritzt werden, sondern ein größerer Wert aufgrund der Alterung des Injektors (siehe gestrichelte Linien).
4 ist eine Darstellung der Abhängigkeit einer Einspritzmenge Q von der Ansteuerzeit t_on eines Injektors, verwendet bei der Ermittlung von Korrekturwerten von Ansteuerzeiten bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 ist für den beispielhaften Injektor die aktuelle Einspritzmenge Q in Abhängigkeit von der aktuellen Ansteuerzeit t_on dargestellt, und zwar für verschiedene Drucke P, P wobei P' > P. Nimmt man an, dass beim aktuellen Einspritzverlauf ACT der Druck P herrscht, so lässt sich aus der aktuellen Ansteuerdauer t_on(PM) der Haupteinspritzung PM ermitteln, dass die aktuelle Gesamteinspritzmenge QT beträgt, wohingegen die Referenz-Gesamteinspritzmenge QT' ist.
Aus der Abhängigkeit gemäß 4 lässt sich daher eine Differenz Δ zwischen der Referenz-Gesamteinspritzmenge QT' und der aktuellen Gesamteinspritzmenge QT ermitteln, und zwar entsprechend der Differenz der Δt_on(PM) der Ansteuerzeit der Haupteinspritzung PM.
Diese Differenz Δ beträgt im vorliegenden Fall Δ = 1,2 mg/Einspritztakt und lässt sich kausal auf die Fehler der Voreinspritzungen P1, P2 zu gleichen Teilen zurückführen, mit anderen Worten, liegen die Einspritzmengen QP1, QP2 der Voreinspritzungen P1, P2 jeweils um 0,6 mg/Einspritztakt zu hoch. Dementsprechend müssen sämtliche Ansteuerdauern derart korrigiert werden, dass die jeweilige Einspritzmenge QP1, QP2, QPM um Δ/3 = 0,4 mg/Einspritztakt geringer ist. Die entsprechenden Änderungen der Ansteuerzeiten des Injektors Δt_on(Δ/3) lassen sich ebenfalls 4 entnehmen. Somit ergibt sich für die korrigierten Ansteuerzeiten der Voreinspritzung P1, P2 bzw. der Haupteinspritzung PM: ton*(P1) = ton(P1) – Δton(Δ/3) ton*(P2) = ton(P2) – Δton(Δ/3) ton*(PM) = ton(PM) + Δton(Δ/3)
Anhand folgender Einspritztakte lässt sich dann ermitteln, ob die Einspritzzeit der Haupteinspritzung PM wieder mit dem Referenzwert t'_on(PM) übereinstimmt. Ist dies der Fall, so ist die Festlegung der Korrekturwerte für den entsprechenden Druck P beendet und lässt sich für weitere Drucke P der Common-Rail-Einspritzvorrichtung fortsetzen. Ist dies nicht der Fall, so kann gegebenenfalls eine weitere Iteration für den aktuellen Druck P durchgeführt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere ist die Erfindung für eine beliebige Anzahl von Voreinspritzungen, Haupteinspritzungen und Nacheinspritzungen anwendbar. Auch kann die aktuelle Gesamteinspritzmenge auch auf andere Arten ermittelt werden als durch die Ansteuerzeitdifferenz bei der Haupteinspritzung, z. B. durch eine Messung.
Auch können zu den festgelegten Korrekturdaten weitere Korrekturdaten hinzugefügt werden, wie z. B. Zylinderausgleichsdaten oder Injektorausgleichsdaten, welche Streuungen der Zylinder bzw. der Injektoren reflektieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1712768 A2 [0012]
- WO 2007/006660 A1 [0013]

Claims

Verfahren zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff, wobei eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und eine Haupteinspritzmenge (QM) aufgeteilt wird und wobei jeweilige Basis- und Korrekturwerte von Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und der Haupteinspritzmenge (QM) mit folgenden Schritten festgelegt werden: Speicherung einer ermittelten Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') für einen vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors; Versetzen des Verbrennungsmotors in den Betriebszustand und Einstellen dem Betriebszustand entsprechender Ansteuerzeiten für die mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und die Haupteinspritzmenge (QM); Ermitteln einer aktuellen Gesamteinspritzmenge (QT) in dem Betriebszustand anhand der dem Betriebszustand entsprechenden eingestellten Ansteuerzeiten; Ermitteln einer Differenz (Δ) zwischen der Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') und der ermittelten aktuellen Gesamteinspritzmenge (QT); und Festlegen der jeweiligen Korrekturwerte der Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) unter Berücksichtigung der ermittelten Differenz (Δ).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Differenz (Δ) durch die Anzahl der verschiedenen Einspritzmengen (QP1; QP2; QM) geteilt wird und jede Ansteuerzeit (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) um einen entsprechenden Bruchteil korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in eine erste und eine zweite Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und eine einzige Haupteinspritzmenge (QM) aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebszustand ein Leerlaufzustand oder ein beliebiger anderer Zustand ist, in dem die Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') wohldefiniert und bekannt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei in dem Betriebszustand die Ansteuerzeiten für die eine bzw. mehreren Voreinspritzmengen (QP1; QP2) konstant sind und wobei die Haupteinspritzmenge (QM) von einem Leerlaufregler oder anderem Zustandsregler entsprechend einer vorgegebenen Solldrehzahl geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Differenz (Δ) anhand einer Ansteuerzeitdifferenz (Δt_on) zwischen einer Ansteuerzeit (t_on'(PM)) zum Einspritzen der Haupteinspritzmenge (QM) des Verbrennungsmotors entsprechend der Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') und einer ermittelten aktuellen Ansteuerzeit (t_on'(PM)) zum Einspritzen der Haupteinspritzmenge (QM) im vorbestimmten Betriebszustand ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) in der Grössenordnung (0,3 bis 0,8) mg/Einspritztakt liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine weitere Korrektur der Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) unter Berücksichtigung von zylinderspezifischen Korrekturwerten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einspritzeinrichtung eine Common-Rail-Einspritzeinrichtung ist und die jeweiligen Korrekturwerte von Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) der Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und der Haupteinspritzmenge (QM) bei verschiedenen Betriebsdrucken der Common-Rail-Einspritzeinrichtung festgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') mit einer Genauigkeit von (+/–5%) ermittelt worden ist.
Vorrichtung zum Dosieren von in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzendem Kraftstoff, wobei eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und eine Haupteinspritzmenge (QM) aufgeteilt ist und wobei jeweilige Korrekturwerte von Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und der Haupteinspritzmenge (QM) festlegbar sind, mit einer Speichereinrichtung (181) zum Speichern einer Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') für einen vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors; einer Konditionierungseinrichtung (180) zum Erfassen eines Versetzens des Verbrennungsmotors in den Betriebszustand und zum Einstellen dem Betriebszustand entsprechender Ansteuerzeiten für die mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und die Haupteinspritzmenge (QM); und einer Festlegungseinrichtung (180) zum Ermitteln einer aktuellen Gesamteinspritzmenge (QT) in dem Betriebszustand anhand der dem Betriebszustand entsprechenden eingestellten Ansteuerzeiten und zum Ermitteln einer Differenz (Δ) zwischen der Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') und der ermittelten aktuellen Gesamteinspritzmenge (QT) und zum Festlegen der jeweiligen Korrekturwerte der Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) unter Berücksichtigung der ermittelten Differenz (Δ).
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Festlegungseinrichtung (180) derar gestaltet ist, dass sie die Differenz (Δ) durch die Anzahl der verschiedenen Einspritzmengen (QP1; QP2; QM) teilt und jede Ansteuerzeit (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) um einen entsprechenden Bruchteil korrigiert.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine für eine Verbrennung eines jeweiligen Zylinders zu dosierende Kraftstoffmenge in eine erste und eine zweite Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und eine einzige Haupteinspritzmenge (QM) aufgeteilt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, wobei der Betriebszustand ein Leerlaufzustand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei in dem Betriebszustand die Ansteuerzeiten für die eine bzw. mehreren Voreinspritzmengen (QP1; QP2) konstant sind und wobei die Haupteinspritzmenge (QM) von einem Leerlaufregler entsprechend einer vorgegebenen Leerlauf-Solldrehzahl geregelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei Festlegungseinrichtung (180) derart gestaltet ist, dass sie die Differenz (Δ) anhand einer Ansteuerzeitdifferenz (Δt_on) zwischen einer Ansteuerzeit (t_on'(PM)) zum Einspritzen der Haupteinspritzmenge (QM) des Verbrennungsmotors entsprechend der Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') und einer ermittelten aktuellen Ansteuerzeit (t_on(PM)) zum Einspritzen der Haupteinspritzmenge (QM) im vorbestimmten Betriebszustand ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, wobei die mindestens eine Voreinspritzmenge (QP1; QP2) in der Grössenordnung 0,3 bis 0,8 mg/Einspritztakt liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, wobei wobei Festlegungseinrichtung (180) derart gestaltet ist, dass sie eine weitere Korrektur der Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) unter Berücksichtigung von zylinderspezifischen Korrekturwerten durchführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 18, wobei die Einspritzeinrichtung eine Common-Rail-Einspritzeinrichtung ist und wobei Festlegungseinrichtung (180) derart gestaltet ist, dass sie die jeweiligen Korrekturwerte von Ansteuerzeiten (t_on(P1); t_on(P2); t_on(PM)) der Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Voreinspritzmenge (QP1; QP2) und der Haupteinspritzmenge (QM) bei verschiedenen Betriebsdrucken der Common-Rail-Einspritzeinrichtung festgelegt werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, wobei die Referenz-Gesamteinspritzmenge (QT') mit einer Genauigkeit von (+/–5%) bekannt ist.