DE102010039841B4 - Verfahren zum Anpassen der Einspritzcharakteristik eines Einspritzventils - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Anpassen der ein Soll-Einspritzverhal-ten wiedergebenden Einspritzcharakteristik eines in einem Einspritzsystem angeordneten Kraftstoffeinspritzventils (Injektors) einer Brennkraftmaschine an fertigungsbedingte Toleranzen mit den folgenden Schritten: Vor der Betriebsphase des Injektors: Bestimmen des IST-Leerhubes des Injektors; Ermitteln der Abweichung des IST-Leerhubes von einem Nominal-Leerhub; Bestimmen der IST-Einspritzmenge des Injektors; Ermitteln der Abweichung der IST-Einspritzmenge von einer Nominal-Einspritzmenge; Ermitteln eines Einspritzmengenkorrekturwertes aus der Leerhubabweichung und der Einspritzmengenabweichung; Mit Beginn der Betriebsphase des Injektors: Verwenden des ermittelten Einspritzmengenkorrekturwertes und der aktuellen im System bestimmten Leerhubabweichung zur Ermittlung der injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung während der Betriebsphase; Verwenden der ermittelten injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung zur Korrektur der Einspritzcharakteristik.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der ein Soll-Einspritzverhalten wiedergebenden Einspritzcharakteristik eines in einem Einspritzsystem angeordneten Kraftstoffeinspritzventils (Injektors) einer Brennkraftmaschine an fertigungsbedingte Toleranzen.
  • Die Mengenzumessgenauigkeit von Injektoren, insbesondere servogesteuerten Piezoinjektoren, ist Toleranzen in der Fertigung unterworfen, die eine injektorindividuelle Korrektur (Klassifizierung) der einzelnen Injektoren erforderlich machen. Diese Klassifizierung der einzelnen Injektoren wird im Einspritzsystem (Motor/Fahrzeug) zur Korrektur der Abweichungen von Injektor zu Injektor verwendet. Eine solche frühzeitige Klassifizierung eines Injektors bezüglich seiner Mengentoleranz, beispielsweise während einer Funktionsendprüfung in der Fertigung, kann jedoch nicht sicherstellen, dass keine mengenrelevante Veränderung der Einspritzung des Injektors bis zur ersten Inbetriebnahme im System stattgefunden hat. Mit anderen Worten, nach der Funktionsendprüfung können sich noch mengenrelevante Veränderungen ergeben, die bei der vorhergehenden Klassifizierung nicht berücksichtigt sind.
  • Andererseits ist eine Bestimmung der absoluten Einspritzmengen der Injektoren während des Betriebes des Systems an definierte Betriebszustände des Systems geknüpft, beispielsweise eine hinreichend lange Schubphase bei konstanter Betriebstemperatur. Eine solche Mengenmessung und eine daraus erfolgende Berechnung der Mengenabweichung gegenüber QSOLL mit nachfolgender Korrektur kann daher unter Umständen erst nach langer Zeit genau und sicher durchgeführt werden. Hieraus folgt, dass bereits vorher im Betrieb Mengenabweichungen infolge von Fertigungstoleranzen vorhanden sein können, so dass bereits unkorrekte Einspritzvorgänge aufgetreten sind.
  • Solche frühzeitig auftretenden mengenrelevanten Veränderungen des Injektors sind insbesondere auf eine leerhubabhängige Komponente des Injektors zurückzuführen. Eine solche leerhubabhängige Komponente zeigt in der Regel eine hohe Dynamik. So können sich signifikante Veränderungen des Leerhubes des Injektors von der Produktion und funktionalen Klassifikation des Injektors bis zur ersten Inbetriebnahme desselben im System (Fahrzeug/Motor) zeigen (schnelle Leerhubdrift).
  • Zur Erläuterung des Begriffes „leerhubabhängig” sei Folgendes ausgeführt. Die für die Mengenstreuung bei Injektoren verantwortlichen Toleranzen lassen sich in zwei Gruppen unterteilen. Die erste Gruppe ist vom Leerhub des Antriebes (Piezoantriebes) des Injektors abhängig, während die zweite Gruppe von einer antriebsunabhängigen Komponente gebildet wird. Die leerhubunabhängige Toleranzkomponente besitzt in der Regel eine geringe Dynamik (beispielsweise Sitzverschleiß an dem Nadelsitz oder am Servoventilsitz). Entsprechende Korrekturstrategien im System besitzen daher hinreichend viel Zeit, um eine Veränderung der leerhubunabhängigen Toleranzen zu detektieren und zu korrigieren. Demgegenüber zeigt die leerhubabhängige Komponente in der Regel eine hohe Dynamik. Eine Korrekturstrategie, die dem entgegenwirken soll, muss also im System in der Lage sein, eine Veränderung des Leerhubes vom ersten Betrieb des Injektors an zu erkennen und zu korrigieren. Allerdings reicht eine alleinige Bestimmung des aktuellen Leerhubes des Injektors im System nicht aus. Zur Korrektur einer leerhubbasierten Mengenänderung eines Injektors muss der aktuelle Leerhub während der Mengenklassifizierung des Injektors bekannt sein.
  • Es lässt sich daher zusammenfassen: Eine alleinige Klassifizierung des Injektors bezüglich seiner Mengentoleranz während einer Funktionsendprüfung in der Fertigung ist daher nicht ausreichend, da bis zur Inbetriebnahme mengenrelevante Veränderungen stattgefunden haben können, die insbesondere auf leerhubabhängige Toleranzkomponenten zurückgehen. Andererseits ist ein während der Betriebsphase durchgeführter Mengenabgleich zu Korrekturzwecken von bestimmten Betriebsphasen abhängig und kann daher unter Umständen erst relativ spät erfolgen, so dass in der vorhergehenden Betriebsphase bereits unkorrekte Einspritzungen erfolgt sind.
  • In der nichtvorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2010 021 168.0 sind Verfahren zur Ermittlung des Leerhubes des Aktors eines Injektors auf hydraulische und/oder elektrische Weise beschrieben. Diese Verfahren können kontinuierlich durchgeführt werden, und bei Feststellung einer Leerhubänderung kann eine entsprechende Korrektur der Einspritzzeit des Injektors durchgeführt werden.
  • Aus der DE 102 57 686 A1 ist ein Verfahren zum Anpassen der Charakteristik eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine an alterungsbedingte Änderungen eines Ist-Einspritzverhaltens bekannt, wobei Drehzahlwerte der Brennkraftmaschine für Arbeitsspiele des Einspritzventils mit und ohne Ansteuerung detektiert werden, eine Differenz der detektierten Werte gebildet und damit eine Korrektur der Einspritzcharakteristik vorgenommen wird.
  • Aus der DE 10 2007 019 099 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren bekannt. Bei diesem Verfahren wird bei einer von einer Sollkennlinie abweichenden Durchflusskennlinie des die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffes in einem Durchflusszeitdiagramm eine Signalkennlinie des am Aktorenelement angelegten elektrischen Signals in einem Signalzeitdiagramm gegenüber einer Sollkennlinie mittels einer Steuereinrichtung verändert. Auf diese Weise können verschiedenste Arten an Brennstoffabgabeabweichungen korrigiert werden, wie beispielsweise ein Fehler im innerhalb des Injektors bestehenden Durchfluss, ein innerhalb des Injektors aufgrund der bestehenden Zeitverzögerung zwischen der Betätigung des Steuerungsventils und des Einspritzventils vorhandener Totzeitfehler oder ein Leerhubfehler.
  • Aus der DE 10 2004 044 450 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren bekannt, wobei dieses Verfahren vorzugsweise beim Abstellen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Bei dem Verfahren werden ein konstanter Raildruck, ein stetiger Raildruckabfall oder ein stetiger Raildruckaufbau eingestellt, der aktuelle Raildruck wird gemessen, mindestens ein Injektor-Aktuator wird mit mindestens einem Ansteuersignal je eingestellter Aktuator-Energie-Stufe angesteuert, und es wird eine diskrete Änderung der Aktuatorenenergie auf eine andere Aktuator-Energie-Stufe durchgeführt. Schließlich werden die genannten Schritte wiederholt, bis im zeitlichen Verlauf des Raildrucks eine Unstetigkeit auftritt, wobei die eingestellte Aktuatorenenergie und der aktuelle Raildruck als Maß für den Leerhub des Injektors abgespeichert werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Einspritzmengenveränderungen eines Injektors aufgrund von Fertigungstoleranzen vom ersten Betrieb des Injektors an besonders genau erkannt und korrigiert werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
    Vor der Betriebsphase des Injektors:
    Bestimmen des IST-Leerhubes des Injektors;
    Ermitteln der Abweichung des IST-Leerhubes von einem Nominal-Leerhub;
    Bestimmen der IST-Einspritzmenge des Injketors;
    Ermitteln der Abweichung der IST-Einspritzmenge von einer Nominal-Einspritzmenge;
    Ermitteln eines Einspritzmengenkorrekturwertes aus der Leerhubabweichung und Einspritzmengenabweichung;
    Mit Beginn der Betriebsphase des Injektors:
    Verwenden des ermittelten Einspritzmengenkorrekturwertes und der aktuellen im System bestimmten Leerhubabweichung zur Ermittlung der injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung während der Betriebsphase;
    Verwenden der ermittelten injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung zur Korrektur der Einspritzcharakteristik.
  • Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, vor der Betriebsphase des Injektors, d. h. insbesondere während der Mengenklassifikation der einzelnen Injektoren in der Fertigung, zusätzlich zur Einspritzmengenbestimmung den injektorindividuellen Leerhub zu bestimmen. Die Leerhubbestimmung kann dabei parallel zur Einspritzmengenbestimmung (Mengenklassifizierung) der einzelnen Injektoren ohne Verlängerung der Produktionstaktzeiten erfolgen. Aus der gegenüber entsprechenden Nominalwerten ermittelten Einspritzmengenabweichung und Leerhubabweichung wird dann ein Einspritzmengenkorrekturwert bestimmt. Auf diese Weise wird somit der leerhubabhängige Anteil der Mengenabweichung in der injektorindividuellen Mengenkorrektur berücksichtigt.
  • Die Bestimmung der IST-Einspritzmenge und des IST-Leerhubes des entsprechenden Injektors kann dabei auf bekannte Weise erfolgen, wie dies beispielsweise im vorstehend genannten Stand der Technik ausgeführt ist.
  • Der ermittelte Einspritzmengenkorrekturwert kann dann mit Beginn der Betriebsphase des Injektors zusammen mit der aktuellen im System bestimmten Leerhubabweichung zur Ermittlung der injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung während der Betriebsphase verwendet werden. Die ermittelte injektorindividuelle Einspritzmengenabweichung wird zur Korrektur der Einspritzcharakteristik eingesetzt. Mit Hilfe der auf diese Weise durchgeführten Korrektur ist es somit möglich, eine leerhubbedingte Mengenänderung der einzelnen Injektoren vom ersten Betriebszeitpunkt an zu korrigieren. Änderungen des Leerhubes vom Zeitpunkt der Charakterisierung des Injektors (Funktionsendprüfung) bis zum ersten Betriebseinsatz im System können daher korrigiert werden. Eine entsprechende Mengenänderung kann kompensiert werden.
  • Sind die injektorindividuellen Größen der Mengenabweichung von einer nominalen Menge bezogen auf den jeweiligen Testpunkt ΔQmj_i(Ti, P) = QNOM(Ti, P) – Qinj_i(Ti, P) mit Ti = elektr. Ansteuerdauer, P = Raildruck
    und die injektorindividuellen Größen der Leerhubabweichung von einem normalen Leerhub ΔLHinj_i(P) = LHNOM(P) – LHinj_i(P) mit P = Raildruck
    ermittelt worden und somit bekannt, so wird erfindungsgemäß der leerhubabhängige Anteil der Mengenabweichung in der injektorindividuellen Mengenkorrektur wie folgt berücksichtigt. ΔQinj_i_kor(Ti, P) = QNOM(Ti, P) – Qinj_i(Ti, P) + [LHNOM(P) – LHinj_i(P)]·Fac_cor_lh
  • Dabei stellt Fac_cor_lh den Zusammenhang zwischen Mengenänderung aufgrund einer Leerhubänderung im definierten Betriebspunkt (Ti, P) dar.
  • Im System (mit Beginn bzw. während der Betriebsphase) wird dann eine injektorindividuelle Mengenkorrektur wie folgt durchgeführt: ΔQinj_i(Ti, P) = ΔQinj_i_kor(Ti, P) – [LHNOM(P) – LHakt(P)]·Fac_cor_lh
  • Dabei ist LHakt(P) der injektorindividuelle, aktuell im System bestimmte Leerhub.
  • Wie bereits erwähnt, wird vorzugsweise die Bestimmung des IST-Leerhubes des Injektors und damit die Ermittlung der Abweichung des IST-Leerhubes von einem Nominal-Leerhub parallel zur Mengenklassifizierung des jeweiligen Injektors durchgeführt.
  • Es versteht sich, dass die Bestimmung des IST-Leerhubes und die hieraus folgende Korrektur der Einspritzcharakteristik stetig und zu jeder Zeit durchgeführt werden können.
  • Der ermittelte Einspritzmengenkorrekturwert wird zweckmäßigerweise zur individuellen Charakterisierung des Injektors bezüglich leerhubabhängiger und leerhubunabhängiger Mengentoleranz verwendet. Diese individuelle Charakterisierung des Injektors wird vorzugsweise während eines Funktionstests (Funktionsendtests) des Injektors durchgeführt.
  • Speziell wird aus der individuellen Charakterisierung des Injektors ein Injektorcode erstellt, und zwar vor der Betriebsphase des Injektors, beispielsweise nach einem durchgeführten Funktionstest in der Produktion. Dieser erstellte Injektorcode wird dann zur Initialisierung der Einspritzmengen- und Leerhubkorrektur im Einspritzsystem eingelesen (in das entsprechende Steuergerät). Hiernach kann dann die gewünschte Mengenkorrektur im Einspritzsystem durchgeführt werden.
  • Insgesamt wird daher erfindungsgemäß eine Aufteilung der Korrektur für die fertigungsbedingte injektorindividuelle Mengentoleranz in einen leerhubabhängigen und einen leerhubunabhängigen Anteil vorgenommen. Hierdurch kann der einer hohen Dynamik (z. B. Änderung des Leerhubes durch Temperatur, Polarisationszustand des Aktors, Last etc.) unterliegende leerhubabhängige Anteil bei der Durchführung der Korrektur speziell berücksichtigt werden. Durch die Aufteilung der Toleranzen in einen leerhubabhängigen und einen leerhubunabhängigen Teil kann eine Korrektur der leerhubbedingten Mengentoleranzen von Beginn der Betriebsphase des Einspritzsystems an, d. h. von 0 km an, erfolgen. Die Bestimmung des aktuellen Leerhubes im System (in der Betriebsphase) kann parallel zu den allgemeinen Betriebszuständen des Injektors im System erfolgen, d. h. die Leerhubbestimmung und Korrektur kann stetig und zu jeder Zeit erfolgen. Demgegenüber erfordert die Bestimmung der aktuellen gesamten Mengentoleranz eines Injektors im System definierte Betriebszustände des Systems (z. B. eine hinreichend lange Schubphase) und kann im Allgemeinen nicht zu jeder Zeit, insbesondere nicht beim ersten Betrieb des Motors, erfolgen.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine speicheroptimierte Verwaltung der injektorindividuellen Korrekturwerte erfolgen. Das beschriebene Anpassungs- bzw. Korrekturverfahren ermöglicht insbesondere eine Korrektur der leerhubbedingten Mengentoleranz von der Fertigung des Injektors bis zur ersten Inbetriebnahme im System und somit eine geschlossene Korrekturkette.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Ablaufdiagramm eines Teiles des Anpassungs- bzw. Korrekturverfahrens während eines Funktionstests bei der Produktion eines Injektors;
  • 2 ein Ablaufdiagramm zur Initialisierung des Verfahrens in einem Einspritzsystem; und
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Teiles des Verfahrens zur Durchführung einer Mengenkorrektur im Einspritzsystem während der Betriebsphase.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens bei einem Funktionstest in der Produktion eines Injektors. Im ersten Schritt wird mit der Mengen- und Leerhubmessung begonnen. Es sollen dabei n Testpunkte bearbeitet werden. Für jeden Testpunkt werden ein vorgegebener Soll-Druck und eine vorgegebene Soll-Einspritzzeit eingestellt. In den nächsten Schritten werden dann die jeweilige IST-Menge und der jeweilige IST-Leerhub für jeden Testpunkt gemessen. Sind auf diese Weise n Testpunkte bearbeitet, wird ein Einspritzmengenkorrekturwert dQ(n) ermittelt. Hierzu wird die gemessen IST-Menge von der vorgegebenen SOLL-Menge abgezogen. Ferner wird der gemessene IST-Leerhub vom vorgegebenen SOLL-Leerhub abgezogen. Die dabei erhaltene Leerhubabweichung wird mit dem Faktor fac_cor_L multipliziert. Dieser Faktor stellt den Zusammenhang zwischen einer Mengenänderung und einer Leerhubänderung im entsprechenden Betriebspunkt her und wird empirisch ermittelt. Durch Addition beider Anteile (Mengenabweichung und Leerhubabweichung) wird der entsprechende Korrekturwert erhalten, der in der Form eines Injektorcodes dem jeweiligen Injektor zugeordnet wird.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Initialisierung der Mengen- und Leerhubkompensation. Der gemäß 1 ermittelte und eingeschriebene Injektorcode wird für n Testpunkte eingelesen.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für die in der Betriebsphase für einen Betriebspunkt (P, Ti) durchgeführte injektorindividuelle Mengenkonjunktur für einen jeweiligen Betriebspunkt. Es werden dabei die Leerhubkorrektur dL(P) durch Subtraktion des aktuellen IST-Leerhubes L_ist(P, Inj_i) vom vorgegebenen Soll-Leerhub L_soll(P), der leerhubunabhängige Korrekturanteil dQ(Ti, P) = Kennfeld (Inj_i, Ti, P) und die Gesamtkorrektur dQ_tot(P, Ti, Inj_i) = dQ(P, Ti, Inj_i) – dL·fac_cor_L(P) ermittelt.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Anpassen der ein Soll-Einspritzverhal-ten wiedergebenden Einspritzcharakteristik eines in einem Einspritzsystem angeordneten Kraftstoffeinspritzventils (Injektors) einer Brennkraftmaschine an fertigungsbedingte Toleranzen mit den folgenden Schritten: Vor der Betriebsphase des Injektors: Bestimmen des IST-Leerhubes des Injektors; Ermitteln der Abweichung des IST-Leerhubes von einem Nominal-Leerhub; Bestimmen der IST-Einspritzmenge des Injektors; Ermitteln der Abweichung der IST-Einspritzmenge von einer Nominal-Einspritzmenge; Ermitteln eines Einspritzmengenkorrekturwertes aus der Leerhubabweichung und der Einspritzmengenabweichung; Mit Beginn der Betriebsphase des Injektors: Verwenden des ermittelten Einspritzmengenkorrekturwertes und der aktuellen im System bestimmten Leerhubabweichung zur Ermittlung der injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung während der Betriebsphase; Verwenden der ermittelten injektorindividuellen Einspritzmengenabweichung zur Korrektur der Einspritzcharakteristik.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des IST-Leerhubes des Injektors parallel zur Mengenklassifizierung des Injektors durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des IST-Leerhubes und die Korrektur der Einspritzcharakteristik stetig und zu jeder zeit durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Einspritzmengenkorrekturwert zur individuellen Charakterisierung des Injektors bezüglich leerhubabhängiger und leerhubunabhängiger Mengentoleranz verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die individuelle Charakterisierung des Injektors während eines Funktionstests durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der individuellen Charakterisierung des Injektors ein Injektorcode erstellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erstellte Injektorcode zur Initialisierung der Einspritzmengen- und Leerhubkorrektur im Einspritzsystem eingelesen wird.
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