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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Bei Hochdruckkraftstoffeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren mit einem Kraftstoffspeicher wird der Druck im Kraftstoffspeicher mittels eines Drucksensors gemessen. Der ermittelte Wert wird für die Druckregelung und für die Zumessung, d. h. für die Ansteuerdauer der elektrisch gesteuerten Ventile, verwendet. Die Auswertung des Drucksignals für die Hochdruckregelung erfolgt dabei in einem festen Zeitraster. Für die Zumessung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird zur einer bestimmten Zeit vor der Einspritzung das Drucksignal ausgewertet. Dabei wird genutzt, dass die Einspritzung einen Einbruch des Drucks, der von dem Drucksensor erfasst wird, verursacht. Es ist allerdings zu beachten, dass bei derzeit eingesetzten Systemen keine hydraulische Öffnungserkennung über den Raildruck vorhanden ist.
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Die Gesetzgebung zu einer sogenannten On-Bord Diagnose (OBD) erfordert eine Überwachung des Einspritztiming. Dies erfolgt in der Regel indirekt mittels Plausibilisierung über Kleinstmenge. Dabei ist unter einer OBD ein Fahrzeugdiagnosesystem zu verstehen, bei dem während des Fahrbetriebs alle abgasbeeinflussenden Systeme überwacht werden. Weiterhin können Steuergeräte überwacht werden, deren Daten durch ihre Software zugänglich sind. Auftretende Fehler können dem Fahrer über eine Kontrollleuchte angezeigt und im jeweiligen Steuergerät dauerhaft gespeichert werden. Folglich wird angestrebt, den Beginn und das Ende einer Einspritzung zu erfassen. Diese Zeitpunkte können mit dem Verlauf des Ansteuerstroms für das Ventil verglichen werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 007 048 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Bei dem beschriebenen Verfahren wird der Druck in einem Kraftstoffspeicher dadurch erfasst, dass Ausgehend von der Druckänderung der Beginn und/oder das Ende der Kraftstoffeinspritzung erkannt wird. Dabei wird insbesondere der Beginn der Kraftstoffeinspritzung erkannt, wenn der Druck abfällt. Das Ende der Kraftstoffeinspritzung wird erkannt, wenn der Druckgradient sich ändert.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei dem vorgestellten Verfahren erfolgt somit eine Korrelation zwischen gemessenem Raildruckeinbruch und Einspritztiming. In Ausgestaltung wird dabei eine lineare Interpolation in Bereichen durchgeführt, um jeweils eine Regressionsgerade bzw. eine Ausgleichsgerade zu erhalten. Diese Bereiche umfassen jeweils einen Zeitraum, in dem der Verlauf des Drucks aufgezeichnet wird.
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Üblicherweise erfolgt eine Aufteilung in drei Bereiche, nämlich:
vor der Einspritzung,
während der Einspritzung,
nach der Einspritzung.
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Schnittpunkte der Regressionsgeraden stellen Merkmale für das Öffnen und Schließen des Ventils bzw. der Injektionsnadel dar.
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Mit dem vorgestellten Verfahren werden die gestellten OBD-Anforderungen erfüllt. Eine OBDII-konforme Überwachung sieht dabei eine maximale Abweichung vor. Hierzu sind keine weiteren Sensoren erforderlich, so dass das Verfahren mit wenig Aufwand und geringen Kosten durchgeführt werden kann. Eine Prüfung der einzelnen Injektoren zueinander kann durchgeführt werden, um Effekte, wie bspw. die Kraftstoffqualität oder Kraftstofftemperatur, zu kompensieren. Es können auch Abweichungen der Injektoren untereinander geprüft werden.
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Bei dem vorgestellten Verfahren wird die korrekte elektrische Ansteuerung des Endstufenbausteins zur Bewirkung der Einspritzung vorausgesetzt. Eine Überwachung der elektrischen Ansteuerung erfolgt im Steuergerät.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorausgehend genannten und nachstehend noch zu erläuternde Merkmale nicht nur in der jeweils Angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine.
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2 zeigt Verläufe von Ansteuerstrom, Druck und abgegebener Kraftstoffmenge.
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3 zeigt Verläufe des Drucks zur Verdeutlichung von vier verschiedenen Szenarien.
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4 zeigt einen Verlauf des Drucks in einem Kraftstoffspeicher.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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In 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Kraftstoffversorgungssystem 10 dargestellt, das in einer Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt. Die Darstellung zeigt einen Kraftstoffbehälter 12, eine Vorförderpumpe 14, eine Hochdruckpumpe 16, ein Niederdruckbegrenzungsventil 18, einen Kraftstoffspeicher 20, der mit verschiedenen Injektoren 22 in Verbindung steht, und ein Druckregelventil 24, über das der Kraftstoffspeicher 20 mit dem Kraftstoffbehälter 12 in Verbindung steht. Das Druckregelventil 24 ist mittels einer Spule 26 steuerbar und ist regelmäßig derart ausgebildet, dass es bei Beaufschlagung mit einem Ansteuersignal einen bestimmten Druck im Kraftstoffspeicher 20 hält und nicht benötigten Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 12 ablässt.
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Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 16 und dem Eingang des Druckregelventils 24 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Zur Erfassung des Drucks im Hochdruckbereich wird ein Sensor 30 eingesetzt. Die Leitungen zwischen dem Kraftstoffbehälter 12 und der Hochdruckpumpe 16 werden als Niederdruckbereich bezeichnet.
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Es ist weiterhin eine Steuerung 40 vorgesehen, die verschiedene Stellglieder, wie bspw. die Hochdruckpumpe 16, die Injektoren 22 und das Druckregelventil 24, beaufschlagt. Dabei verarbeitet die Steuerung 40 verschiedene Signale unterschiedlicher Sensoren 42, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen. In der Steuerung 40 ist eine Recheneinheit 44 zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen.
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Im Betrieb wird der Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 12 von der Vorförderpumpe 14 zu der Hochdruckpumpe 16 gefördert. Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf zu hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckventil 18 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 14 und dem Kraftstoffbehälter 12 frei. Der Kraftstoff wird mit der Hochdruckpumpe 16 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich gefördert, wobei diese einen hohen Druck im Kraftstoffspeicher 20 aufbaut. Typische Werte bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen liegen zwischen 30 und 100 bar. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschine werden Werte zwischen 1.000 und 2.000 bar erreicht.
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Mit dem Sensor 30 wird der Druck im Kraftstoffspeicher 20 bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfasst. Die steuerbare Hochdruckpumpe 16 und ein Druckregelventil dienen zur Regelung des Drucks.
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In 2 sind in Graphen Verläufe von Größen über der Zeit dargestellt. Ein erster Verlauf 50 zeigt den Ansteuerstrom des Ventils, ein zweiter Verlauf 52 zeigt die abgegebene Kraftstoffmenge durch das angesteuerte Ventil, ein dritter Verlauf 54 zeigt den Druck im Kraftstoffspeicher bzw. im Rail.
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Zu einem ersten Zeitpunkt t1 56 erfolgt die Ansteuerung des Ventils durch einen starken, sprunghaften Anstieg des Ansteuersignals, nach Erreichen eines Peaks 58 sinkt dieser Wert wieder ab. Bedingt durch die Ansteuerung erfolgt mit zeitlicher Verzögerung zum Zeitpunkt t2 ein Anstieg der abgegebenen Kraftstoffmenge, der auch nach einiger Zeit wieder abklingt. Diese Abgabe des Kraftstoffs bzw. das Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffspeicher bewirkt, wiederum zeitlich verzögert, zum Zeitpunkt t3 62 ein Verringern des Drucks im Kraftstoffspeicher. Dieser Wert steigt erst nach einem gewissen Zeitraum wieder an, was in der Darstellung der 2 nicht gezeigt ist.
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Die in 2 dargestellten Verläufe, insbesondere der Verlauf 54 des Drucks, können sich auch durch Auswertung von in zeitlichen Abständen erfassten Messwerten ergeben. Der Verlauf der Drucks wird in einer Ausführung in drei Bereiche bzw. Fenster aufgeteilt, nämlich ein erster Bereich 70 vor der Einspritzung, ein zweiter Bereich 72 während der Einspritzung und ein dritter Bereich 74 nach der Einspritzung.
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Der erste Bereich 70 kann anhand der Ansteuerung festgelegt werden. Die Festlegung des dritten Bereichs 74 erfolgt bspw. durch Maximalverschiebung, aus der Spezifikation oder anhand von Erfahrungswerten. Der zweite Bereich 72 wird durch Mittelwertbildung des Raildrucks anhand von Werten aus dem ersten Bereich 70 und dem dritten Bereich 74 ermittelt.
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In 3 sind anhand von Graphen vier Szenarien dargestellt. Dabei ist jeweils an einer Ordinate 100 der Verlauf des Drucks im Kraftstoffspeicher in hPa über der Zeit an der Abszisse 102 in μs aufgetragen. Mit 110 ist der Verlauf des Drucks ECU (ISP), mit 112 der Druck HDA, mit 114 ein Ein-Signal, mit 116 der Ansteuerstrom, mit 118 die Ansteuerrate, mit 120 die Interpolation im ersten Bereich, mit 122 die Interpolation im zweiten Bereich und mit 124 die Interpolation im dritten Bereich wiedergegeben. Die gestrichelten Linien zeigen eine hydraulisch verschobene Einspritzung.
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In einem ersten Szenario 140 ist eine Einzeleinspritzung außerhalb des Pumpenhubs gezeigt. Ein zweites Szenario 142 zeigt eine Doppeleinspritzung außerhalb des Pumpenhubs. Ein drittes Szenario 144 zeigt eine Einzeleinspritzung während des Pumpenhubs. Ein viertes Szenario 146 zeigt eine Doppeleinspritzung während des Pumpenhubs.
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In 4 ist nochmals ein Verlauf des Raildrucks dargestellt. Zeitbereiche 200, 202 und 204 stellen Bereiche bzw. Fenster für Interpolationen dar. Mit 210 ist ein erster Schnittpunkt 1 dargestellt Bezugsziffer 230 zeigt einen ersten Schnittpunkt 2. Jeweils gestrichelt dargestellt ist eine hydraulisch verschobene Einspritzungen. Daraus ergeben sich ein zweiter Schnittpunkt 1 212 und ein zweiter Schnittpunkt 2 232.
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Mit Bezugsziffer 120 ist wiederum die Interpolation im ersten Bereich, mit 122 die Interpolation im zweiten Bereich und mit 124 die Interpolation im dritten Bereich wiedergegeben. Die gestrichelten Linien zeigen eine hydraulisch verschobene Einspritzung.
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Schnittpunkte der Regressionsgeraden legen Merkmale fest, nämlich ein erstes Merkmal 250 für ein Ventilöffnen und ein zweites Merkmal 252 für ein Ventilschließen. Das erste Merkmal 250 korreliert mit dem Beginn der Einspritzung, das zweite Merkmal 252 korreliert mit dem Ende der Einspritzung, wobei die beiden Merkmale 250 und 252 einmal mit einem durchgezogenen Doppelpfeil und einmal jeweils mit einem gestrichelten Doppelpfeil wiedergegeben sind. Die gestrichelten Doppelpfeile zeigen die Merkmale 250 und 252 für die hydraulisch verschobene Einspritzung und sind länger als die durchgezogenen Doppelpfeile, da der Beginn und das Ende der Einspritzung zeitlich verzögert sind.
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Applikationsgrößen bei der Festlegung der Bereiche bzw. Fenster sind:
| tiHydDelay: | in etwa der Zeitraum von Ein-Signal low bis Beginn Druckeinbruch (1.500 μs), |
| tiNeedleClose | in etwa die Differenz der Dauer der Einspritzrate zur Ansteuerdauer (800 μs), |
| tiMaxShft | maximaler Verschiebungsbereich, in dem gesucht wird (2.000 μs), |
| tiWin1Length | Fensterlänge 1, Dauer deutlich größerer hochfrequenter Anteile im Signal (2.500 μs), |
| tiWin3Length | Fensterlänge 3, Dauer deutlich größerer hochfrequenter Anteile im Signal (1.400 bis 2.300 μs). |
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Die Fensterfestlegung erfolgt bspw:
Festlegung Fenster 1 (vor Einspritzung):
Beginn = tiHydDelay – tiWin1Length
Länge = tiWin1Length
Festlegung Fenster 3 (nach Einspritzung):
Beginn = tiHydDelay + Ansteuerdauer + tiNeedleClose + tiMaxShft
Länge = tiWin3Length
Festlegung Fenster 2 (während Einspritzung):
tiWin1End = tiHydDelay
tiWin3Beginn = tiHydDelay + tiET + tiNeedleClose + tiMaxShft
pRef = (Raildruck(tiWin1End) + Raildruck(tiWin3Beginn))/2
suchen zwischen tiWin1End und tiWin3Beginn nach pRef (tiPRef).
Beginn = tiPRef – Ansteuerdauer
Länge = Ansteuerdauer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004007048 A1 [0004]
