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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung der Einspritzmenge
einer Teileinspritzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere
eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß den
Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
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In
modernen Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender
Brennkraftmaschinen werden die mittels Injektoren in Verbrennungsräume eingespritzten
Kraftstoffmengen in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt, welche
zeitlich nah angeordnet sind und bspw. aus einer oder mehreren vor
einer Haupteinspritzung applizierten Voreinspritzung(en) bestehen.
Der zeitliche Abstand zwischen zwei Teileinspritzungen wird dabei
durch die Pausenzeit zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden
elektrischen Ansteuerimpulsen der Injektoren, durch einen Kurbelwellenwinkel
oder durch eine Kombination dieser beiden Größen
definiert.
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Diese
Teileinspritzungen bewirken eine verbesserte Gemischaufbereitung
und damit geringere Abgasemissionen der Brennkraftmaschine, eine
verringerte Geräuschentwicklung bei der Verbrennung sowie
eine erhöhte mechanische Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine.
Zur gleichzeitigen Optimierung von Geräusch und Abgas wird
die Einspritzmenge der Voreinspritzung sehr klein gewählt,
teilweise in der Nähe der kleinsten durch einen genannten
Injektor darstellbaren Kraftstoffmenge.
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Um
bei einer Drift des Injektorverhaltens über die Laufzeit
des Injektors die exakte Einhaltung der Voreinspritzmenge gewährleisten
zu können sind Funktionen notwendig, die noch im Betrieb
der Brennkraftmaschine eine Kalibrierung der Voreinspritzmengen
vorzunehmen ermöglichen. So geht aus der
DE 103 43 759 ein Verfahren hervor,
bei welchem im Leerlauf-Betrieb einer Brennkraftmaschine eine Voreinspritzung
bei einem oder mehreren Zylindern abgeschaltet wird und aus den
Stellmengen eines Leerlaufreglers sowie eines Mengenausgleichsreglers
auf der Grundlage von zylinderindividuellen Korrekturen auf die
Voreinspritzmenge geschlossen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einem hier
betroffenen Kalibrierverfahren einen Korrekturwert für
die Teileinspritzung in einen einzelnen Zylinder durch Stimulation
eines Einspritzmusters und durch Veränderung oder Ausregelung
einer durch das Einspritzmuster verursachten Drehzahlschwingung
der Brennkraftmaschine (BKM) zu ermitteln.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Steueralgorithmus vorgesehen,
der jeweils für einen Zylinder mit halber, drittel, viertel,
fünftel usw. Nockenwellenfrequenz eine vorgesehene Voreinspritzmenge
zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung „umlagert”.
D. h. es wird vorgeschlagen, einen Zylinder abwechselnd mit einer
Einfacheinspritzung und einer Mehrfacheinspritzung, bevorzugt einer
aus einer Voreinspritzung VE und einer Haupteinspritzung HE zusammengesetzten
Zweifacheinspritzung, zu beaufschlagen und einen Korrekturwert für
die Voreinspritzung bzw. Teileinspritzung durch Veränderung
oder Ausregelung einer durch das Einspritzmuster verursachten Drehzahlschwingung
der BKM zu ermitteln.
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Die
Ansteuerdauer einer Teileinspritzung, bevorzugt einer Voreinspritzung,
wird bei dem genannten Verfahren bevorzugt so lange variiert, bis
die Wirkung auf bestimmte, bevorzugt empirisch vorgebbare Frequenzen
eines Drehzahlsignals minimiert oder zu Null geregelt ist.
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Es
ist hervorzuheben, dass die genannte Drehzahlschwingung nicht nur
mittels eines Drehzahlsignals sondern auch anhand anderer dem Fachmann
geläufiger Eingangsgrößen erfasst werden
kann, wie bspw. einem Lambdasignal, einem Klopfsignal, einem Ionenstromsignal
oder dgl.
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Bei
der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass im
Falle einer noch nicht oder nur unvollständig kalibrierten
Voreinspritzmenge Schwingungen mit halber, drei halber usw. Nockenwellenfrequenz
des Drehzahlsignals auftreten, welche bevorzugt mittels einer Regelung
auf einen minimalen Wert ausgeregelt werden können.
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Die
genannte Minimierung der Drehzahlschwingungen erfolgt bevorzugt
entweder anhand der Amplitude und/oder der Phasenlage der genannten
Drehzahlschwingung, oder anhand einer Kombination dieser beiden
Größen, und wird bevorzugt durch Betrag und Phase
einer in den Frequenzbereich transformierten Drehzahlinformation
ermittelt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung werden zwei Arbeitsphasen gebildet,
und zwar eine Lernphase sowie eine nachfolgende Anwendungsphase.
In der Lernphase wird zunächst ein Korrekturwert eines Zylinders
durch die genannte Stimulation eines Einspritzmusters und durch
Ausregeln der durch das Einspritzmuster verursachten Drehzahlschwingung ermittelt.
Auf der Grundlage des so ermittelten Korrekturwertes wird in der
nachfolgenden Anwendungsphase der ermittelte Korrekturwert bevorzugt im
Normalbetrieb der Brennkraftmaschine auf eine aktuell vorliegende
Steuergröße der Voreinspritzung aufgesteuert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
im befeuerten Betrieb einer Brennkraftmaschine bzw. im laufenden
Fahrbetrieb eines zugrundeliegenden Kraftfahrzeugs eine präzise
Kalibrierung der Voreinspritzmenge, und zwar nicht notwendigerweise
im Leerlauf oder im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Da
eine Zylinderausgleichsfunktion bei dem vorgeschlagenen Verfahren
nicht erforderlich ist, kann das Verfahren bei Motoren mit ungleichem Zündabstand
sowie bei Einzylindermotoren vorteilhaft eingesetzt werden.
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Gegenüber
den eingangs beschriebenen Verfahren erfordert der erfindungsgemäße
Ansatz keinen Schubbetrieb oder gar einen stationären Leerlaufbetrieb
der Brennkraftmaschine. Dabei ist hervorzuheben, dass es bei den
im Stand der Technik bekannten Methoden während einer Kalibrierung im
Leerlaufbetrieb nicht zu einer Änderung des Lastmoments
kommen darf, da dadurch das Kalibrierungsergebnis verfälscht
wird. Daher können die bekannten Kalibrierverfahren nur
im Werkstattbetrieb mit der notwendigen Präzision durchgeführt
werden. Auch wird für die zu erzielende Korrektur der Voreinspritzmenge
keine Mengenausgleichsregelung mehr benötigt. Die Kalibrierung
nach den bekannten Verfahren ist speziell im Leerlauf akustisch
wahrnehmbar und führt daher zu Komforteinbußen
im Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Zusätzlich
kann der genannte Schubbetrieb nicht in allen Anwendungen von Dieselmotoren
appliziert werden, z. B. tritt im Offroad-Bereich, bei Stationärmotoren
oder bei Automatikgetrieben kein oder nur sehr selten Schubbetrieb
auf. Darüber hinaus sind die genannten Mengenausgleichsregelungen nach
heutigem Stand der Technik nur bei Motoren mit gleichen Zündabständen
möglich, im Besonderen auch nicht bei Einzylindermotoren.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert,
aus denen weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
hervorgehen.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine gemäß dem
Stand der Technik, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt
werden kann;
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2 eine
detaillierte Darstellung der an sich bekannten Berechnung von Ansteuerdauern
eines in der 1 gezeigten elektrisch betätigten
Ventils;
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3 einen
typischen Einspritzverlauf mit einer Vor- und Haupteinspritzung,
anhand dessen die erfindungsgemäße Umlagerung
der Einspritzmenge zwischen Vor- und Haupteinspritzung illustriert
wird;
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4 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Korrekturfunktion anhand eines Blockdiagramms; und
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5 ein
an einem realen Kraftstoffzumesssystem in der erfindungsgemäßen
Lernphase gemessenes Übertragungsverhalten.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die 1 zeigt
ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumesssystems einer
Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine 10 erhält
von einer Kraftstoffzumesseinheit 30 eine bestimmte Kraftstoffmenge
zu einem bestimmten Zeitpunkt zugemessen. Verschiedene Sensoren 40 erfassen
Messwerte 15, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine
charakterisieren, und leiten diese zu einem Steuergerät 20.
Dem Steuergerät 20 werden ferner verschiedene
Ausgangssignale 25 weiterer Sensoren 45 zugeleitet.
Die erfassten Messwerte 15 charakterisieren den Zustand
der Kraftstoffzumesseinheit wie beispielsweise der Fahrerwunsch. Das
Steuergerät 20 berechnet ausgehend von diesen
Messwerten 15 und den weiteren Größen 25 Ansteuerimpulse 35,
mit denen die Kraftstoffzumesseinheit 30 beaufschlagt wird.
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Bei
der Brennkraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine direkteinspritzende
und/oder eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffzumesseinheit 30 kann
verschieden ausgestaltet sein. So kann beispielsweise als Kraftstoffzumesseinheit
eine Verteilerpumpe eingesetzt werden, bei der ein Magnetventil
den Zeitpunkt und/oder die Dauer der Kraftstoffeinspritzung bestimmt.
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Des
Weiteren kann die Kraftstoffzumesseinheit als Common-Rail-System
ausgebildet sein. Bei diesem verdichtet bekanntermaßen
eine Hochdruckpumpe Kraftstoff in einem Speicher. Von diesem Speicher
gelangt dann der Kraftstoff über Injektoren in die Brennräume
der Brennkraftmaschine. Die Dauer und/oder der Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird
mittels der Injektoren gesteuert. Dabei beinhalten die Injektoren
vorzugsweise ein Magnetventil bzw. einen piezoelektrischen Aktor.
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Das
Steuergerät 20 berechnet in an sich bekannter
Weise die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge.
Diese Berechnung erfolgt abhängig von verschiedenen Messwerten 15, wie
beispielsweise der Drehzahl n, der Motortemperatur, dem tatsächlichen
Einspritzbeginn und evtl. noch weiteren Größen 25,
die den Betriebszustand des Fahrzeugs charakterisieren. Diese weiteren
Größen sind beispielsweise die Stellung des Fahrpedals oder
der Druck und die Temperatur der Umgebungsluft. Das Steuergerät 20 setzt
dann die gewünschte Kraftstoffmenge in entsprechende Ansteuerimpulse der
Injektoren um.
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Bei
den genannten Brennkraftmaschinen werden häufig eine oder
mehrere kleine Kraftstoffmengen kurz vor der eigentlichen Haupteinspritzung in
den Zylinder zugemessen. Dadurch kann das Geräuschverhalten
des Motors wesentlich verbessert werden. Diese Einspritzung wird
als Voreinspritzung und die eigentliche Einspritzung als Haupteinspritzung
bezeichnet. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere
kleine Kraftstoffmenge(n) nach der Haupteinspritzung zugemessen
werden. Diese wird dann als Nacheinspritzung bezeichnet. Ferner
kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Einspritzungen in weitere
Teileinspritzungen aufgeteilt sind.
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Problematisch
bei solchen Kraftstoffzumesssystemen ist, dass die elektrisch betätigten
Ventile bei gleichem Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen
zumessen können. Insbesondere die Ansteuerdauer, bei der
gerade Kraftstoff zugemessen wird, hängt von verschiedenen
Faktoren ab. Diese Mindestansteuerdauer führt zu einer
Einspritzung, wohingegen Ansteuerdauern kleiner als die Mindestansteuerdauer
nicht zu einer Einspritzung führen. Diese Mindestansteuerdauer
hängt von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der
Temperatur, der Kraftstoffsorte, der Lebensdauer, dem Raildruck, Fertigungstoleranzen
der Injektoren und weiterer Einflüsse ab. Um eine genaue
Kraftstoffzumessung erzielen zu können, muss diese Mindestansteuerdauer
bekannt sein.
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Eine
Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine
ist in der 2 dargestellt. Bereits in 1 beschriebene
Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Signale
der Sensoren 45 sowie weiterer Sensoren, die nicht dargestellt
sind, gelangen zu einer Mengenvorgabe 110. Diese Mengenvorgabe 110 berechnet
eine Kraftstoffmenge QKW, die dem Fahrerwunsch entspricht. Dieses
Mengensignal QKW gelangt zu einem Verknüpfungspunkt 115,
an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal QKM einer zweiten Synchronisierung 155 anliegt.
Das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungspunktes 115 gelangt
zu einem zweiten Verknüpfungspunkt 130, der wiederum
eine Ansteuerdauerberechnung 140 beaufschlagt. Am zweiten
Eingang des zweiten Verknüpfungspunktes 130 liegt
das Signal QKO einer Nullmengenkorrektur 142 an.
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In
den beiden Verknüpfungspunkten 115 und 130 werden
die Mengensignale vorzugsweise additiv verknüpft. Die Ansteuerdauerberechnung 140 berechnet
ausgehend von dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 130 das
Ansteuersignal zur Beauf schlagung einer Kraftstoffzumesseinheit 30. Die
Ansteuerdauerberechnung berechnet die Ansteuerdauer, mit denen die
elektrisch betätigten Ventile beaufschlagt werden.
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Auf
einem Geberrad 120 sind verschiedene Markierungen angeordnet,
die von einem Sensor 125 abgetastet werden. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Geberrad um ein
sogenanntes Segmentrad, das eine der Zylinderzahl entsprechende
Anzahl Markierungen, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind dies vier, aufweist. Dieses Geberrad ist vorzugsweise auf einer Kurbelwelle
der nicht gezeigten Brennkraftmaschine angeordnet. Dies bedeutet,
dass pro Motorumdrehung eine Anzahl an den Impulsen erzeugt wird,
die der doppelten Zylinderzahl entspricht. Der Sensor 125 liefert
eine entsprechende Anzahl von Impulsen an eine erste Synchronisation 150.
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Die
erste Synchronisation 150 beaufschlagt einen ersten Regler 171,
einen zweiten Regler 172, einen dritten Regler 173 sowie
einen vierten Regler 174. Die Anzahl der Regler entspricht
der Zylinderzahl. Die Ausgangssignale der vier Regler gelangen dann
zu der genannten zweiten Synchronisation 155.
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Eine
solche Einrichtung, die ohne Nullmengenkorrektur
142 ausgestattet
ist, ist in der
DE 195 27 218 detaillierter
dargestellt. Diese Einrichtung arbeitet wie folgt. Ausgehend von
verschiedenen Signalen, wie beispielsweise einem Signal, das den
Fahrerwunsch kennzeichnet, bestimmt die Mengenvorgabe
110 das
Kraftstoffmengenwunschsignal QKW, das erforderlich ist um das vom
Fahrer gewünschte Moment bereitzustellen. Neben dem Fahrerwunschsignal
können auch noch weitere Signale verarbeitet werden. Insbesondere
wird neben dem Fahrerwunschsignal auch das Drehzahlsignal und verschiedene
Temperatur- und Druckwerte verarbeitet. Des Weiteren besteht die
Möglichkeit, dass von anderen Steuereinheiten Signale an
die Mengenvorgabe übermittelt werden, die einen Momentenwunsch und/oder
einen Mengenwunsch anfordern. Eine solche weitere Steuereinrichtung
kann z. B. eine Getriebesteuerung sein, die während des
Schaltvorganges das Moment vom Motor beeinflusst.
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Aufgrund
von Toleranzen, insbesondere der Kraftstoffzumesseinheit 30 entstehen
Abweichungen zwischen der gewünschten Einspritzmenge und
der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge. Dabei messen
die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine in der Regel bei gleichem
Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen zu.
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Diese
Streuungen zwischen den einzelnen Zylindern werden üblicherweise
mit einer Mengenausgleichsregelung (MAR) ausgeregelt. Eine solche Mengenausgleichsregelung
ist schematisch im oberen Teil der 2 dargestellt.
Zur Mengenausgleichsregelung ist jedem Zylinder der Brennkraftmaschine
ein Regler zugeordnet. So ist dem ersten Zylinder der erste Regler 171,
dem zweiten Zylinder der zweite Regler 172, dem dritten
Zylinder der dritte Regler 173 und dem vierten Zylinder
der vierte Regler 174 zugeordnet. Dabei kann auch vorgesehen sein,
dass lediglich ein Regler vorgesehen ist, der abwechselnd den einzelnen
Zylindern zugeordnet ist. Mittels des Sensors 125 und des
Geberrades 120 bestimmt die erste Synchronisation 150 einen
Sollwert und einen Istwert für jeden einzelnen Regler.
Dabei ist vorgesehen, dass zum Ausgleich von Toleranzen des Geberrades
und zur Kompensation von Torsionsschwingungen eine spezielle Filterung
des Signals des Sensors 125 erfolgt. Die Ausgangssignale der
Regler 171 bis 174 werden einer zweiten Synchronisation 155 zugeführt,
die eine Korrekturmenge QKM bereitstellt, mit dem der Mengenwunsch
QKW korrigiert wird.
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Diese
Mengenausgleichsregelung ist so ausgebildet, dass die Regler, die
den einzelnen Zylindern zugemessene Menge auf einen gemeinsamen
Mittelwert regeln. Misst ein Zylinder aufgrund von Toleranzen eine
erhöhte Kraftstoffmenge zu, so wird für diesen
Zylinder eine negative Kraftstoffmenge QKM zur Fahrerwunschmenge
QKW hinzuaddidiert. Misst ein Zylinder zu wenig Kraftstoffmenge
zu, so wird eine positive Kraftstoffmenge QKM zur Fahrerwunschmenge
QKW hinzuaddiert. Bei solchen Mengenfehlern tritt eine Drehungleichförmigkeit
auf. Diese wirkt sich dahingehend aus, dass dem Drehzahlsignal Schwingungen überlagert
sind deren Frequenz der Nockenwellenfrequenz und/oder Vielfachen
der Nockenwellenfrequenz entsprechen. Diese Anteile im Drehzahlsignal
mit Nockenwellenfrequenz charakterisieren die Drehungleichförmigkeit
und werden durch die Mengenausgleichsregelung auf Null ausgeregelt.
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Mengenmittelwertfehler
können mit dieser Mengenausgleichsregelung nicht korrigiert
werden. Insbesondere können Fehler, die darauf beruhen, dass
unterhalb der genannten Mindestansteuerdauer kein Kraftstoff zugemessen
wird, mit einer solchen Mengenausgleichsregelung nicht korrigiert
werden.
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In
der 3 ist nun ein typisches Einspritzmuster, bestehend
aus einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung, schematisch
dargestellt. Das obere Diagramm zeigt die Ansteuerung eines Injektors,
wobei die Stromregelung vernachlässigt ist. Das untere Diagramm
zeigt den aus der genannten Ansteuerung resultierenden zeitlich
verzögerten Kraftstoffstrom durch die Injektordüse.
Die Flächen unter den jeweiligen Kurven des Kraftstoffstroms
entsprechen dabei der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge.
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Das
erfindungsgemäße Kalibrierverfahren weist nun
die bereits genannten zwei Arbeitsphasen bzw. Betriebsmodi auf:
- – „Lernmodus”: Ermitteln
des Korrekturwerts durch Stimulation des Einspritzmusters und Ausregeln
der Drehzahlschwingung
- – „Anwendungsmodus”: Aufsteuern des
ermittelten Korrekturwerts im normalen Motorbetrieb
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Im
Modus „Lernen” lagert das erfindungsgemäße
Verfahren jeweils für einen Zylinder und mit bspw. halber
Nockenwellenfrequenz die Voreinspritzmenge zwischen der Voreinspritzung
und der Haupteinspritzung bevorzugt zyklisch wiederkehrend um. Ein
solcher Umlagerungszyklus wiederholt sich bevorzugt mehr als einmal,
kann im einfachsten Fall aber auch nur durch einen einzigen Zyklus,
d. h. eine einzelne Umlagerung, realisiert werden, da bereits ein
einzelner Zyklus eine genannte Drehzahlschwingung zu verursachen
vermag.
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Es
ist hervorzuheben, dass das hierin beschriebene Einspritzmuster
der Umlagerung einer Voreinspritzung in Bezug auf eine Haupteinspritzung nur
beispielhaft ist und grundsätzlich auch andere Einspritzmuster
vorstellbar sind, mittels derer eine genannte Drehzahlschwingung
angeregt werden kann. So kann, an Stelle einer Voreinspritzung,
eine Nacheinspritzung entsprechend umgelagert werden oder ein noch
komplexeres „Umlagerungsmuster”, bei dem mehr
als eine Teileinspritzung umgelagert wird, erzeugt werden.
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In
dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die für die Voreinspritzung vorgesehene Kraftstoffmenge 300 im
Wechsel als Kraftstoffmenge 305 an die Haupteinspritzung 310 aufgesteuert.
Es versteht sich allerdings, dass auch andere Formen der Umlagerung
möglich sind, wie bspw. das Umlagern der Kraftstoffmenge
einer Voreinspritzung mit einer von der Haupteinspritzung zeitlich
getrennten Nacheinspritzung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nur
in Fällen, in denen die bei der zyklischen Umlagerung physikalisch
abgesetzten Kraftstoffmengen 300, 305 gleich sind,
keine Drehzahlschwingung auftritt. Wie aber bereits anhand der 1 beschrieben
wurde, kann es vorkommen, dass die elektrisch betätigten
Ventile der Injektoren bei gleichem Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen
zumessen. Daher ist bei übereinstimmender Ansteuerdauer
nicht automatisch gewährleistet, dass die beiden Kraftstoffmengen 300 und 305 übereinstimmen.
Auch bei gedrifteten Injektoren bzw. nicht eingelerntem Kalibrierverfahren
sind die Kraftoffmengen 300, 305 naturgemäß ungleich und
es treten die eingangs beschriebenen Drehzahlschwingungen auf. Regelziel
des Kalibrierverfahren ist es daher, diese Drehzahlschwingungen
auf ein Minimum auszuregeln bzw. den Phasensprung zu detektieren.
Die Stellgröße dafür ist ein Korrektureingriff auf
die Ansteuerdauer der Voreinspritzung 300.
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Es
versteht sich, dass das erfindungsgemäße Konzept
nicht nur auf die Kalibrierung Voreinspritzungen anwendbar ist,
sondern auch auf die Kalibrierung von Teileinspritzungen, welche
zusätzlich zu einer Haupteinspritzung durchgeführt
werden, also beispielsweise auch auf Nacheinspritzungen oder dergleichen.
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Anhand
des in der 4 gezeigten Blockdiagramms einer
bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung werden
bevorzugte Eingriffe des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens
in die Motorsteuerung in größerem Detail beschrieben.
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Ausgehend
von einem Momentenpfad 400 wird ein Sollmoment m vorgegeben,
welches einen Sollwert des inneren Drehmoments am Motor aus der Koordination
von Fahrervorgabe, Drehzahlregler, etc. repräsentiert.
Dieses Sollmoment m wird zunächst mittels einer Drehmoment-Mengenumsetzung 405 in
einen Sollwert der Voreinspritzmenge qVEsoll sowie eine Haupteinspritzmenge
qHEsoll umgewandelt.
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In
einer logisch bzw. prozessual nachfolgend angeordneten Menge-Ansteuerdauer-Umsetzung 410 liegen
an deren Eingang die Sollmengen der Voreinspritzung mit aufgeprägter
Stimulation in halber Nockenwellenfrequenz qVEstim sowie ein entsprechender
Wert qHEstim für die Haupteinspritzung vor, welche von
einer nachfolgend beschriebenen Korrekturfunktion ZFX 430 bereitgestellt
werden.
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Die
genannte Menge-Ansteuerdauer-Umsetzung 410 berechnet aus
den Werten qVEstim und qHEstim Werte der Ansteuerdauer für
die Voreinspritzung tiVE und die Haupteinspritzung tiHE, und zwar ohne
die erfindungsgemäße Korrektur/Kalibrierfunktion.
An den nur schematisch dargestellten Injektoren 415 liegt
dann jeweils ein Wert tiVEcorr für die Ansteuerdauer der
Voreinspritzung einschließlich eines entsprechenden Stelleingriffs
einer Kalibrierfunktion sowie ein Ansteuerdauerwert tiHE für
die Haupteinspritzung an. Mittels der Injektoren 415 werden
diese Ansteuerwerte in Istwerte qVEphys für die eingespritzte
Voreinspritzmenge sowie qHEphys für die einzuspritzende
Haupteinspritzmenge umgewandelt. Basierend auf diesen Istwerten
erzeugt der ebenfalls nur schematisch angedeutete Motor 420 im
Betrieb in an sich bekannter Weise eine Drehbewegung seiner (nicht
gezeigten) Kurbelwelle mit einer bestimmten Drehzahl n.
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Mittels
einer Spektralanalyse 425 werden die Amplitude und/oder
die Phase der sich ergebenden Drehzahlschwingung mit halber Nockenwellenfrequenz,
sowie alternativ auch bei anderen Frequenzen als der Grundfrequenz
der Schwingung, ausgewertet. Die Ablaufsteuerung der nachfolgenden
Korrekturfunktion ZFX 430 berechnet ein Logiksignal stVEstim
zur Stimulation des Einspritzmusters mit halber Nockenwellenfrequenz
und aus der Phase und/oder der Amplitude einen Stelleingriff tiVEtrim der
Korrekturfunktion ZFX, d. h. einen entsprechenden Stelleingriff
zur Kompensation der angenommenen Injektordrift.
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Der
in der 4 gezeigte Prozess enthält zusätzlich
logische Verknüpfungen in Form eines ersten Verknüpfungspunktes 435 und
eines zweiten Verknüpfungspunktes 440 sowie eines
ersten Schalters 445 und eines zweiten Schalters 450.
Dabei ist anzumerken, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der erste Schalter 445 eher in Form einer Weiche arbeitet
und entweder den unteren Pfad 455 auf Durchgang schaltet
oder den oberen Pfad 460.
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Mittels
des ersten Verknüpfungspunktes 435 lässt
sich der genannte Sollwert der Voreinspritzmenge qVEsoll auf den
genannten Sollwert der Haupteinspritzmenge qHEsoll aufsteuern. Ob
diese Aufsteuerung erfolgt oder nicht, hängt dabei von
der Schalterstellung des ersten Schalters 445 ab. Mittels
des zweiten Schalters 450 hingegen wird gesteuert, ob der
Sollwert der Voreinspritzmenge VEsoll in Form einer eigenen Voreinspritzung
weiterprozessiert wird, d. h. die Voreinspritzmenge wird dann nicht
auf den Sollwert der Haupteinspritzmenge qHEsoll aufgesteuert. In
der gezeigten Ausführungsform arbeiten die beiden Schalter 445, 450 somit
gegensinnig, d. h. wenn der erste Schalter 445 öffnet,
schließt der zweite Schalter 450, und umgekehrt.
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Die
Schalterstellungen der beiden Schalter werden von der Korrekturfunktion
ZFX mittels des genannten Logiksignals stVEstim angesteuert, wobei
in einem Zyklus (d. h. mit halber Nockenwellenfrequenz) – wie
oben beschrieben – die Voreinspritzung von der Haupteinspritzung
getrennt erfolgt, d. h. die Voreinspritzmenge nicht auf die Haupteinspritzmenge
aufaddiert wird, und wobei in dem darauffolgenden Zyklus die Voreinspritzung
in Form einer verlängerten Haupteinspritzung dargestellt
wird, d. h. die Voreinspritzmenge wird auf die Haupteinspritzmenge aufaddiert.
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An
dem zweiten Verknüpfungspunkt werden der genannte Stelleingriff
tiVEtrim und der vorliegende Wert der Ansteuerdauer für
die Voreinspritzung tiVE aufaddiert, um im Ergebnis dem/den jeweiligen Injektor/Injektoren
den korrigierten Wert tiVEcorr für die Ansteuerdauer der
Voreinspritzung zuzuführen.
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In
den 5a–5c ist
das Übertragungsverhalten im Modus „Lernen” von
tiVEtrim auf Amplitude (5a) und Phase
(5b) der Drehzahlschwingung mit halber
Nockenwellenfrequenz anhand einer Messung gezeigt. Insbesondere
illustrieren diese Figuren das Verhalten von Amplitude und Phase
von 0,5·fNW bei Änderung
der Ansteuerdauer-Vertrimmung auf der Voreinspritzung. Bei dem Wert
des Stelleingriffs, welcher eine Amplitude = 0 oder eine minimale
Amplitude zur Folge hat, sind die in der 3 gezeigten
Kraftstoffmengen 300 und 305 gleich. Abseits des
Minimums steigt die Amplitude wieder an. Die Phaseninformation der
Schwingung dient zur Unterscheidung, ob an dem Zylinder eine zu große
oder zu kleine Menge eingespritzt wird, d. h. zur Identifikation
des Regelsinns.
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Der
Stelleingriff tiVEtrim bei verschwindender Drehzahlschwingung (d.
h. Amplitude = 0) stellt den Korrekturwert dar, bei dem die Gleichung qVEsoll = qVEphyserfüllt ist.
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Dieser
Korrekturwert tiVEtrim (5c) wird, ggf.
abhängig von weiteren Motorparametern wie dem Raildruck,
gespeichert. In der Arbeitsphase „Anwenden” wird
der zum Motorbetriebszustand passende Korrekturwert wieder aufgesteuert.
Optional kann der zur Anwendung kommende Korrekturwert auch aus
mehreren Lernwerten benachbarter Betriebspunkte ermittelt werden.
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Alternativ
zu der beschriebenen Regelung kann auch die Schwingungsamplitude
der Drehzahl n bei halber Nockenwellenfrequenz als Maß für
die Voreinspritzmenge verwendet werden. Um bei dieser Lösung
robust gegenüber Änderungen des Streckenverhaltens
zu sein, kann anhand einer Mengenvariation der Hautpeinspritzung
eine Streckenidentifikation vorgeschaltet werden. Alternativ zur
beschriebenen Regelung können neben ½ auch andere
Teiler der Nockenwellenfrequenz angeregt werden: z. B. 1/3 Nockenwellenfrequenz
durch Variation zwei Nockenwellenumdrehungen mit Voreinspritzung
und eine Nockenwellenumdrehung ohne Voreinspritzung, ¼ Nockenwellenfrequenz
usw. Für die Auswertung der Drehzahlschwingung werden hier
ebenfalls die gewählte Anregungsfrequenz und/oder deren
Vielfache verwendet. Alternativ zur beschriebenen Auswertung der
Drehzahlschwingung auf halber Nockenwellenfrequenz können
zusätzlich oder alternativ auch ganzzahlige Vielfache der
Anregungsfrequenz zur Bestimmung von Amplitude und Phase herangezogen
werden. Eine wie oben genannte Streckenidentifikation kann auch
dafür eingesetzt werden, bei Regelstrecken mit schwingungsfähigen
Komponenten die Phase für das spätere Kalibrierverfahren
zu lernen. Alternativ zu dem in der Erfindungsmeldung beschriebenen
Korrektureingriff auf die Ansteuerdauer der Voreinspritzung kann
auch eine Korrektur auf die Sollmenge der Voreinspritzung erfolgen.
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Im
Unterschied zu den bekannten Verfahren wird während der
Kalibrierung nicht bleibend die Voreinspritzung abgesetzt bzw. abgeschaltet
sondern an einem Zylinder wechselweise stimuliert. In einem Arbeitstakt
des zu kalibrierenden Zylinders wird das normale Einspritzmuster
aus Vor- und Haupteinspritzung abgesetzt. Im darauffolgenden Arbeitstakt
wird die Voreinspritzung abgeschaltet und die Voreinspritzmenge
der Haupteinspritzung zugeschlagen. Dadurch wird, wenn ein Fehler
der Voreinspritzmenge vorliegt, eine Drehzahlschwingung mit halber
Nockenwellenfrequenz (und Oberwellen) angeregt. Die resultierende
Drehzahlschwingung wird analysiert und durch Eingriffe auf die Ansteuerdauer
des Injektors ausgeregelt. Der Korrektureingriff ist ein Maß für den
Kalibrierwert des Injektors.
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Weitere
daraus resultierende Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren
stellen die Robustheit gegenüber Änderungen des
mittleren Lastmoments dar, da in dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel
nur eine Analyse auf halber Nockenwellenfrequenz stattfindet und
es wird eine Korrelation zwischen einer Mengenänderung
in der Haupteinspritzung und der Voreinspritzmenge getroffen. Das ist
unter der Voraussetzung möglich, dass die Änderung
der Injektorsteigung δm/δAnsteuerdauer für
die Haupteinspritzung über der Lebensdauer gering ist. Dadurch
wird eine Robustheit gegenüber unterschiedlichen Antriebssträngen
erzielt, da die Kalibrierung im geschlossenen Regelkreis vorgenommen werden
kann. Durch das robuste, auf einer Regelung basierende Kalibrierverfahren
ist der Aufwand für die Applikation der Funktion geringer
als bei den bisher bekannten drehzahlbasierten Verfahren. Durch
die weitgehende Unabhängigkeit vom Antriebsstrang ist insbesondere
keine unterschiedliche Bedatung bei Varianten Antriebsstrangkonfigurationen
zu erwarten. Ferner gibt es keinen Einfluss von zylinderindividuellen
Störungen oder Teilungsfehlern des Drehzahlgeberrades,
da diese nicht mit halber Nockenwellenfrequenz auftreten können.
Zudem ist die Kalibrierung auch in einem Betriebsbereich möglich
in dem der Fahrer unsensibel gegenüber Änderungen des
Verbrennungsgeräusches ist. Schließlich kann eine
Kalibrierung in weiten Drehzahl- und Lastbereichen mit den für
diese Betriebspunkte vorgegebenen Raildrücken, bzw. in
einem begrenzten Intervall um den vorgegebenen Raildruck, durchgeführt
werden. Dabei müssen zur Kalibrierung nicht spezielle Raildrücke
einge stellt werden, die für diesen Betriebspunkt nicht
optimal wären und zu der genannten Geräuschentwicklung
führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10343759 [0004]
- - DE 19527218 [0033]