DE102008043166B4 - Method for controlling an injection system of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung eines wenigstens einen insbesondere mit einer Niederdruckstufe ausgestatteten, elektrisch ansteuerbaren Injektor aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung (PI) und wenigstens eine zweite Teileinspritzung (MI) aufgeteilt ist, wobei ein die mittels des wenigstens einen Injektors einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit wenigstens von einem den elektrischen Spritzabstand charakterisierenden Signal und von einem den Raildruck charakterisierenden Signal korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Steuersignals eine Verkürzung der Ansteuerdauer ist, wobei die Verkürzung der Ansteuerdauer so gewählt wird, dass eine durch eine zeitverzögerte Rückstellung einer Injektornadel des Injektors hervorgerufene Mehrmenge der wenigstens einen zweiten Einspritzung (MI) kompensiert wird. Method for controlling an injection system of an internal combustion engine having at least one, in particular equipped with a low-pressure stage, electrically controllable injector, wherein a fuel metering in a first partial injection (PI) and at least a second partial injection (MI) is divided, one to be injected by means of at least one injector Fuel quantity determining control signal is corrected in response to at least one signal characterizing the electrical spray distance and a signal characterizing the rail pressure, characterized in that the correction of the control signal is a shortening of the driving time, wherein the shortening of the driving time is selected so that one by a time-delayed provision of an injector needle of the injector caused additional amount of at least one second injection (MI) is compensated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines wenigstens einen insbesondere mit einer Niederdruckstufe ausgestatteten, elektrisch ansteuerbaren Injektor aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling an injection system of an internal combustion engine having at least one, in particular equipped with a low-pressure stage, an electrically controllable injector according to the preamble of
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.The subject matter of the present invention is also a computer program and a computer program product with a program code which is stored on a machine-readable carrier for carrying out the method.
Stand der TechnikState of the art
Die Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten ist eines der vorrangigen Ziele bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren. Fortschritte wurden hier mit Common-Rail-Einspritzsystemen erzielt, durch die ein entscheidender Beitrag zur Reduzierung von Schadstoffen erzielbar ist. Der Vorteil derartiger Common-Rail-Systeme liegt darin, dass sie unabhängig vom Einspritzdruck, von der Drehzahl und von der Last betrieben werden können. Um auch zukünftige Abgasgrenzwerte zu erreichen, ist bei Dieselmotoren eine Verbesserung der Gemischbildung erforderlich. Dies wird zum einen durch den Einsatz von sogenannten Abgasrückführungen (AGR) erreicht, mit denen erfolgreich einer Stickoxidbildung entgegengewirkt wird. Eine hohe Abgasrückführrate begünstigt jedoch andererseits die Bildung von Ruß. Um dies zu verhindern, muss eine schnelle Durchmischung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgen, was bei aktuellen Common-Rail-Systemen unter anderem durch eine Erhöhung der Einspritzdrücke realisiert wird.Compliance with emission limits is one of the priority objectives in the development of internal combustion engines. Progress has been made here with common-rail injection systems, which make a decisive contribution to the reduction of pollutants. The advantage of such common rail systems is that they can be operated independently of the injection pressure, the speed and the load. In order to achieve future exhaust emission limits, an improvement in the mixture formation is required in diesel engines. This is achieved on the one hand through the use of so-called exhaust gas recirculation (EGR), which successfully counteracts nitric oxide formation. On the other hand, a high exhaust gas recirculation rate favors the formation of soot. To prevent this, a rapid mixing of the fuel-air mixture must take place, which is realized in current common-rail systems, inter alia by increasing the injection pressures.
Hohe Einspritzdrücke erfordern andererseits eine Ratenformung, die heute üblicherweise über mehrere Einspritzungen realisiert wird. Dabei sind variable Gestaltungen verschiedener Einspritzungen vorgesehen, wobei diese Einspritzungen bis auf einen hydraulischen Abstand von null aufeinanderfolgen.On the other hand, high injection pressures require rate shaping, which is usually realized today via multiple injections. In this case, variable designs of different injections are provided, these injections following each other up to a hydraulic distance of zero.
Solche nah angelagerten Mehrfacheinspritzungen, beispielsweise eine oder mehrere Voreinspritzungen, eine Haupteinspritzung und eine oder mehrere Nacheinspritzungen erfordern zum einen sehr schnelle Ventilschaltzeiten, die mit heutigen druckausgeglichenen Magnetventilen oder aber mit Piezoventilen realisiert werden können. Zum anderen ist eine „harte“ Injektormechanik erforderlich, die ein schnelles Zurückstellen ermöglicht. Eine solche Injektormechanik weisen nun allerdings gerade insbesondere mit einer Niederdruckstufe ausgestattete, elektrisch ansteuerbare Injektoren mit Magnetventilen nicht auf. Vielmehr wird durch die Niederdruckstufe die Düsennadel bei hohen Raildrücken stark vorgespannt. Diese Vorspannung bewirkt gewisse Zeitverzögerungen sowohl beim Öffnen als auch beim Zurückstellen nach dem Spritzende. Wenn in diesem Falle eine zweite Einspritzung zeitlich so nah auf die vorhergehende Einspritzung folgt, dass der Injektor noch nicht zurückgestellt wurde, hat dies eine ungewollte und für das Emissionsverhalten des Motors nachteilige Mehrmenge zur Folge. Ein derartiger Magnetventilinjektor geht beispielsweise aus der Buchveröffentlichung BOSCH Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 25. Auflage, Oktober 2003, Friedrich Viehweg & Sohn Verlag /GWV Fachverlage GmbH, Seite 706, hervor.Such close accumulated multiple injections, for example, one or more pilot injections, a main injection and one or more post-injections require on the one hand very fast valve switching times, which can be realized with today's pressure-balanced solenoid valves or with piezo valves. On the other hand, a "hard" injector mechanism is required, which allows a quick reset. Such injector mechanics, however, are not equipped with electrically operated injectors with solenoid valves, especially with a low-pressure stage. Rather, the nozzle needle is strongly biased at high Raildrücken by the low pressure stage. This bias causes some time delays both when opening and when returning to the end of the injection. If, in this case, a second injection follows in time so close to the previous injection that the injector has not yet been reset, this results in an undesired additional quantity that is disadvantageous for the emission behavior of the engine. Such a solenoid valve injector, for example, from the book publication BOSCH Automotive Paperback, 25th edition, October 2003, Friedrich Viehweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, page 706, out.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass auch ein solcher, insbesondere mit einer Niederdruckstufe ausgestatteter Injektor für sehr nah angelagerte Mehrfacheinspritzungen verwendet werden kann.The inventive method with the features of
Grundidee der Erfindung ist es, die durch die Stauchung der Düsennadel hervorgerufenen negativen Effekte durch eine Veränderung im Sinne einer Korrektur des Ansteuersignals zu kompensieren. Die Erfindung basiert dabei auf dem Grundgedanken und der Erkenntnis, dass eine mechanische oder hydraulische Rückstellung einer gewissen Gesetzmäßigkeit folgt, die mathematisch einfach beschrieben werden kann. Dies deshalb, weil bei den dabei dominierenden Effekten, zum Beispiel der Stauchung der Düsennadel, eine weitestgehende Linearität zu beobachten ist.The basic idea of the invention is to compensate for the negative effects caused by the compression of the nozzle needle by a change in the sense of a correction of the drive signal. The invention is based on the basic idea and the recognition that a mechanical or hydraulic reset follows a certain law, which can be described mathematically simple. This is because in the dominating effects, for example, the compression of the nozzle needle, a far-reaching linearity is observed.
Aus der
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen die Einspritzmenge als Funktion von Ansteuerzeit und Druck in einem Kennfeld hinterlegt ist, wird bei der vorliegenden Erfindung ein die Menge einer nachfolgenden Einspritzung bestimmendes Steuersignal als Funktion des elektrischen Spritzabstandes und des Raildrucks so korrigiert, dass die Korrektur des Steuersignals eine Verkürzung der Ansteuerdauer ist.In contrast to known from the prior art method in which the injection quantity is stored as a function of driving time and pressure in a map, in the present invention, a quantity of a subsequent injection determining control signal is corrected as a function of the electrical spray distance and the rail pressure in that the correction of the control signal is a shortening of the activation duration.
Diese Korrektur geht über die aus dem Stand der Technik bereits bekannte und beispielsweise aus der
Dabei wird die Verkürzung der Ansteuerdauer so gewählt, dass eine durch eine zeitverzögerte Rückstellung der Injektornadel des Injektors hervorgerufene Mehrmenge der wenigstens einen zweiten Einspritzung kompensiert wird.In this case, the shortening of the activation duration is selected such that an excess quantity of the at least one second injection caused by a time-delayed reset of the injector needle of the injector is compensated.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the method specified in the independent claim are possible.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, die Abhängigkeiten der Verkürzung der Ansteuerdauer von dem den elektrischen Spritzabstand charakterisierenden Signal und von dem den Raildruck charakterisierenden Signal in einem injektorspezifischen Kennfeld zu speichern. „Injektorspezifisch“ bedeutet dabei wiederum, einer Baureihe eines Injektors zugeordnet, die innerhalb der Toleranzen für jeden Injektor gleiches Verhalten zeigt.An advantageous embodiment provides for storing the dependencies of the shortening of the activation duration of the signal characterizing the electrical spray distance and of the signal characterizing the rail pressure in an injector-specific characteristic field. "Injector-specific" again means assigned to a series of injectors which show the same behavior within the tolerances for each injector.
Das Kennfeld wird bevorzugt durch Applikation an einem Prüfstand der Brennkraftmaschine oder an der Brennkraftmaschine selbst ermittelt.The characteristic diagram is preferably determined by application to a test stand of the internal combustion engine or to the internal combustion engine itself.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
-
1 schematisch einen Magnetventil-Injektor, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt zum Einsatz kommt; -
2 schematisch den Einspritzverlauf einer Vor- und einer Haupteinspritzung bei einem solchen Magnetventil-Injektor; -
3a die Einspritzmenge über der Differenz der zeitlichen Ansteuerdauer zweier aufeinanderfolgender Einspritzungen und eine Korrektur der Ansteuerdauer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
3b schematisch ein Kennfeld zur Bestimmung der korrigierten Einspritzzeit der Haupteinspritzung; -
4 schematisch den Einspritzverlauf anhand des Ansteuersignals und der Nadelöffnung nach einer Korrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und -
5 die eingespritzte Menge über der Differenz der zeitlichen Einspritzdauern zweier aufeinanderfolgender Einspritzungen nach erfolgter Korrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 schematically a solenoid valve injector, in which the inventive method is preferably used; -
2 schematically the injection curve of a pre-injection and a main injection in such a solenoid valve injector; -
3a the injection quantity over the difference of the time control duration of two successive injections and a correction of the activation duration according to the method according to the invention; -
3b schematically a map for determining the corrected injection time of the main injection; -
4 schematically the injection curve based on the drive signal and the needle opening after a correction using the method according to the invention and -
5 the injected amount over the difference of the time periods of injection of two successive injections after correction by means of the method according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Kraftstoff wird vom Hochdruckanschluss
Im geschlossenen Zustand der Ablaufdrossel
Bei nicht mehr angesteuertem Magnetventil wird der Anker
Diese indirekte Ansteuerung der Düsennadel
Heutige Common-Rail-Systeme werden mit einem Druck von bis zu 2500 bar betrieben. Dabei werden zur Erzielung optimaler Abgasemissionswerte eine Mehrzahl von Voreinspritzungen, eine Haupteinspritzung und gegebenenfalls eine Mehrzahl von Nacheinspritzungen abgesetzt. Dabei ist es erforderlich, auch sehr nah angelagerte Mehrfacheinspritzungen vorzunehmen, die wiederum schnelle Ventilschaltzeiten erfordern, die allerdings mit dem vorbeschriebenen druckausgeglichenen Magnetventil oder auch mit Piezoventilen nicht ohne Weiteres realisiert werden können. Die mechanische Rückstellzeit derartiger Ventile ist durch injektorspezifische Größen, wie Axialsteifigkeit der Düsennadel
Im oberen Schaubild der
In
In einem Bereich
In einem Bereich
Die Einspritzzeitkorrektur der Haupteinspritzung berechnet sich dann gemäß einer linearen Approximation wie folgt:
Es ist aber hier darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf eine lineare Approximation beschränkt ist, sondern dass rein prinzipiell auch zur Approximation ein Polynom höherer Ordnung verwendet werden kann.It should be pointed out here, however, that the invention is not limited to a linear approximation, but that, purely in principle, a polynomial of higher order can also be used for the approximation.
Die Korrektur der Haupteinspritzung ist:
Es wird demnach in dem Bereich
Es erfolgt also eine Korrektur des die Einspritzmenge bestimmenden Steuersignals in Abhängigkeit wenigstens von einem den elektrischen Spritzabstand charakterisierenden Signal und von einem den Raildruck charakterisierenden Signal, denn die Korrektur findet bei einem speziellen vorgegebenen und herrschenden Raildruck statt.Thus, there is a correction of the injection quantity determining control signal as a function of at least one of the electrical spray distance characterizing signal and a signal characterizing the rail pressure, because the correction takes place at a specific predetermined and prevailing rail pressure.
Das Ergebnis einer auf diese Weise korrigierten Einspritzfolge ist in
In
Der entscheidende Erfindungsgedanke ist es, mit anderen Worten, in dem Bereich
- 1. Die Korrektur muss nur einmal für die entsprechende Baureihe durchgeführt werden und ist dann für sämtliche Exemplare gültig. Baureihe ist gleichzusetzen mit Injektortyp. Die Korrektur erfolgt also injektorspezifisch.
- 2. Die Korrektur ist eine Funktion, die lediglich von dem elektrischen Spritzabstand und dem Raildruck abhängt.
- 3. Die Korrekturfunktion ist nicht von der Kraftstofftemperatur und der Voreinspritzmenge abhängig.
- 4. Der Mengenanstieg ist näherungsweise linear. Daher müssen nur wenige Prüfpunkte zur Erstellung der Korrekturfunktion bekannt sein.
- 1. The correction must be made only once for the corresponding series and is then valid for all copies. Series is equivalent to injector type. The correction is thus injector-specific.
- 2. The correction is a function that depends only on the electrical spray distance and the rail pressure.
- 3. The correction function does not depend on the fuel temperature and the pilot injection quantity.
- 4. The increase in volume is approximately linear. Therefore, only a few checkpoints for creating the correction function need to be known.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann vorteilhafterweise beispielsweise als Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät lesen kann. Auf diese Weise sind auch Updates und geringfügige Veränderungen des Verfahrens später „einspielbar“.The method described above can advantageously be implemented, for example, as a computer program on a computing device, in particular the control unit of the internal combustion engine, and run there. The program code may be stored on a machine-readable medium that the controller may read. In this way, updates and minor changes in the procedure are later "playable".
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