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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der eingespritzten Kraftstoffmenge einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1. 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.
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Stand der Technik
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind beispielsweise aus der
EP 0 570 986 A2 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorgehensweise wird die Kraftstoffeinspritzung in eine Vor- und in eine Haupteinspritzung aufgeteilt. Die Einspritzdauer der Haupteinspritzung wird mit einem Korrekturwert korrigiert, der abhängig von der Dauer der Voreinspritzung und dem Abstand zwischen der Vor- und der Haupteinspritzung in einem Kennfeld abgelegt ist.
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Aus der
DE 197 12 143 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der die Kraftstoffeinspritzung ebenfalls in wenigstens eine erste Teileinspritzung und in eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt wird. Ein die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmendes Signal ist mit einem Korrekturwert korrigierbar. Der Korrekturwert wird multiplikativ aus einem ersten Wert und einem zweiten Wert gebildet.
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Sehr oft liegen die Teileinspritzungen in einem sehr engen zeitlichem Abstand zueinander. Durch die Einspritzung werden Druckwellen ausgelöst. Dabei wird eine nachfolgende Einspritzung durch die Druckwelle, die von einer zeitlich vorhergehenden Einspritzung ausgelöst wurde, in systematischer Weise beeinflusst. Dieser Druckwelleneinfluss nimmt mit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen den jeweils benachbarten Einspritzungen ab. Unter zeitlichem Abstand wird dabei die elektrische Pausenzeit zwischen zwei elektrischen Ansteuerimpulsen verstanden. Aus diesem Grunde nimmt auch der Einfluss auf die Einspritzmenge einer jeweils nachfolgenden Einspritzung mit zunehmendem zeitlichem Abstand ab und nähert sich für genügend große zeitliche Abstände der ungestörten Menge an, die man mit einer zeitlich isolierten Einspritzung erhalten würde.
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Da die beschriebenen Druckwelleneffekte streng systematischer Natur sind und im Wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzung, der eingespritzten Kraftstoffmengen, dem hydraulischen Kraftstoffdruck sowie der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystem abhängen, können die daraus resultierenden Mengenabweichungen durch eine geeignete Druckwellenkombination im Motorsteuergerät kompensiert werden.
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Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Ansteuerdauerkennfelds auf an sich bekannte Weise vorgenommen werden.
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Abhängig vom zeitlichen Abstand zweier Teileinspritzungen wird das für die Ansteuerdauer-Ermittlung genutzte und durch eine Einzeleinspritzung experimentell ermittelte Ansteuerdauerkennfeld jedoch signifikant beeinflusst. Vor allem bei kurzem zeitlichen Abstand kommt es durch die vorangestellte Teileinspritzung neben einer einfachen linearen Verschiebung in x- bzw. y-Richtung auch zu Steigungsänderungen und anderen Nichtlinearitäten im Vergleich zum abgelegten sogenannten Solo-Ansteuerkennfeld nur einer Einspritzung. Folglich führt diese Beeinflussung bei allen auf einer größeren Einspritzmenge basierenden Korrekturfunktionen prinzipbedingt zur Ermittlung fehlerbehafteter Ansteuerdauern der nachfolgenden Teileinspritzungen und somit zu Korrekturfehlern.
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Dies trifft zum Beispiel auf die an sich bekannte Druckwellenkompensationsfunktion zu. Diese Druckwellenkompensationsfunktion errechnet eine Korrekturmenge für die beeinflusste einzuspritzende Menge und ermittelt direkt die Ansteuerkorrekturen des in dem Steuergerät abgelegten Solo-Ansteuerdauerkennfelds. Dabei treten jedoch immer Schwierigkeiten auf, sobald ein Ansteuerdauerkennfeld nichtlinear ist oder sich qualitativ durch die vorangestellte Einspritzung verändert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der eingespritzten Kraftstoffmenge dahingehend weiterzubilden, dass die vorbeschriebenen Nachteile beseitigt werden und eine deutliche Verbesserung der Ansteuerdauerkorrektur und damit der Korrektur der eingespritzten Menge einer zweiten Einspritzung möglich ist.
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Vorteile der Erfindung
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der eingespritzten Kraftstoffmenge einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine in einem gegebenen zeitlichen Abstand vorgeschaltete Pilotmenge, das heißt eine erste Einspritzung, das Verhalten des Injektors selbst verändert. Es wird also nicht nur angenommen, dass sich die nachfolgende Einspritzung verändert, sondern vielmehr, dass sich bereits die Eigenschaften des Injektors selbst verändern, die dann zu einer Veränderung der Eigenschaften der nachfolgenden Einspritzungen führen.
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Ein solcher veränderter Injektor muss mit einem neuen Ansteuerdauerkennfeld modelliert werden. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass eine Abhängigkeit der eingespritzten Menge von der Ansteuerdauer der zweiten Teileinspritzung auf der Basis eines funktionalen Modells bestimmt wird, wobei das funktionale Modell auf einer vorgegebenen Zahl von Parameterfunktionen basiert, die ihrerseits von der Menge der ersten Einspritzung, der Menge der zweiten Einspritzung, dem zeitlichen Abstand der zweiten Einspritzung von der ersten Einspritzung, dem Kraftstoffdruck und der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystemen abhängen. Dieses funktionale Modell beschreibt mit anderen Worten das aufgrund der ersten Einspritzung, der Pilot-Einspritzung, geänderte Verhalten des Injektors. Das Ansteuerdauerkennfeld, das im Stand der Technik eine Funktion ist, die von der eingespritzten Menge und dem Druck im hydraulischen System abhängt, wird nunmehr eine Funktion der Konfigurationsparameter, das heißt eine Funktion der ersten Einspritzung und der zweiten Einspritzung, des zeitlichen Abstands der beiden Einspritzungen, des hydraulischen Drucks sowie der Temperatur im hydraulisch relevanten System.
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Es wäre nun rein prinzipiell möglich, im Steuergerät eine große Anzahl von Ansteuerdauerkennfeldern in Abhängigkeit von diesen Größen, das heißt der Menge der ersten Einspritzung, der Menge der zweiten Einspritzung, der zeitlichen Differenz der beiden Einspritzungen, des Kraftstoffdrucks und der Temperatur im hydraulisch relevanten System abzulegen, also zu speichern. Aufgrund der durch die gegebenen Ressourcen zwingend erforderlichen Vereinfachungen zur Abbildung dieser Systematik durch viele Kennfelder in der Software des Steuergeräts wird jedoch ein beträchtlicher Anteil der möglichen Korrekturgenauigkeit bereits durch die strukturimmanenten Vereinfachungen aufgezehrt. Die Erfindung beschreitet daher einen anderen Weg und geht von einer Modellstruktur aus, welche den Einfluss aller genannten Eingangsgrößen mit möglichst allen Wechselwirkungen detailliert erfasst. Das Ansteuerdauerkennfeld wir daher durch das funktionale Modell, das heißt durch einen abbildenden mathematischen Funktionsansatz modelliert. Das funktionale Modell basiert auf einer vorgebbaren Anzahl von Parameterfunktionen, die ihrerseits wieder von den die Einspritzung charakterisierenden Größen abhängt. Der Funktionsansatz wird daher Parameter Ci enthalten. Diese Parameter Ci werden dann Funktionen der Parameter Pk, Ci(Pk = {Q1, Q2, tdiff, p, TFuel}) sein.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Kern der Erfindung der Einsatz einer geeigneten Struktur in Form eines funktionalen Modells ist, welches es ermöglicht, den Einfluss der oben genannten Eingangsparameter auf das Solo-Ansteuerdauerkennfeld bei kurzem zeitlichen Abstand zu beschreiben. Die Parameter zur mathematischen Beschreibung werden durch einen speziellen Algorithmus ermittelt und im Motorsteuergerät geeignet gespeichert. Durch Rückrechnung im Motorsteuergerät kann aus diesen Parametern und der dazugehörenden Funktion unter Berücksichtigung der Eingangsparameter eine korrekte Ansteuerdauer trotz vorangestellter Teileinspritzungen rekonstruiert werden. Hierdurch wird die Präzision der Korrektur der eingespritzten Menge vor allem bei kurzem zeitlichen Abstand wesentlich erhöht.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Abhängigkeit der genannten Parameter durch einen Kennfeldraum aus vielen Ansteuerdauerkennfeldern abzubilden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
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So sieht eine vorteilhafte Realisierung des funktionalen Modells vor, dass die Abhängigkeit der eingespritzten Menge von der Ansteuerdauer gemäß folgendem funktionalen Modell bestimmt wird, wobei Q die eingespritzte Menge und AD die Ansteuerdauer bedeuten: Q(AD) = A·log(B·cosh(C·(AD – ADmin))).
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Dabei gilt:
A(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel)
B(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel)
C(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel)
ADmin(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel).
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Das bedeutet, dass die Parameterfunktionen A, B, C und ADmin von den Eingangsgrößen Q1 (eingespritzte Menge der ersten Einspritzung), Q2 (eingespritzte Menge der zweiten Einspritzung), tdiff (zeitlicher Abstand der beiden Einspritzungen), p (hydraulischer Druck) und TFuel (Temperatur im hydraulisch relevanten System) abhängen.
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Bevorzugt werden die Parameterfunktionen A, B, C, ADmin anhand der Abhängigkeit der von der Ansteuerdauer gemessenen Einspritzmenge mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen, insbesondere durch eine Regression mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, bestimmt.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abhängigkeit der Parameterfunktionen A, B, C, ADmin von der Menge der ersten Einspritzung, der Menge der zweiten Einspritzung, dem zeitlichen Abstand der zweiten Einspritzung von der ersten Einspritzung, dem Kraftstoffdruck und der Kraftstofftemperatur in Kennfeldern gespeichert werden.
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Das Verfahren kann sehr vorteilhaft als Computerprogramm realisiert werden und auf einem Computer, insbesondere dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, ablaufen. Dabei kann ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode vorgesehen sein, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Dies ermöglicht es, das Programm auch in bestehenden Steuergeräte gewissermaßen „einzuspielen” und insoweit entsprechend eine „Nachrüstung” vorzusehen. Dies insbesondere, weil keine zusätzliche Hardware zur Realisierung des Verfahrens notwendig ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch die Messdaten, die gemessenen Mengen der zweiten Einspritzung über der Ansteuerdauer und die Approximation dieser Messdaten durch das funktionale Modell bei zwei unterschiedlichen Zeitdifferenzen der Einspritzungen und
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2a) bis d) die Parameter A, B, C, ADmin für eine Kombination der Einspritzmenge der ersten Einspritzung, der Einspritzmenge der zweiten Einspritzung, des Kraftstoffdrucks, der Kraftstofftemperatur über der zeitlichen Differenz der beiden Einspritzungen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend in Verbindung mit den 1 und 2 näher erläutert.
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In 1 sind schematisch anhand einer Kurve 100 die Messdaten der eingespritzten Menge Q2 einer zweiten Einspritzung, einer Haupteinspritzung, die auf eine Voreinspritzung, eine sogenannte Piloteinspritzung, folgt, über der Ansteuerdauer AD dargestellt. Gleichzeitig ist als durchgehende Linie die eingespritzte Menge über der Ansteuerdauer gemäß dem nachfolgend noch näher zu beschreibenden funktionalen Modells dargestellt. Anhand einer Kurve 120 ist schematisch die anhand des funktionalen Modells berechnete eingespritzte Menge der zweiten Einspritzung über der Ansteuerdauer bei sehr kleinem zeitlichen Abstand tdiff der zweiten Einspritzung von der ersten Einspritzung dargestellt.
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Betrachtet man zunächst die Kurve 100, so ist festzustellen, dass bei hohen Ansteuerdauern ein im Wesentlichen linearer Verlauf der eingespritzten Menge Q2 über der Ansteuerdauer AD festzustellen ist, wohingehend bei niedrigen Ansteuerdauern die Kurve nichtlinear verläuft, um dann bei einer bestimmten minimalen Ansteuerdauer AD in die Abszisse zu münden. Die Kurve 100 stellt den Zustand bei sehr großem zeitlichen Abstand tdiff der zweiten Einspritzung gegenüber der ersten Einspritzung dar, der im Extremfalle unendlich groß angenommen werden kann. Damit stellt diese Kurve im Grunde eine Soloeinspritzung dar. Nimmt der zeitliche Abstand der zweiten Einspritzung zu der ersten Einspritzung dagegen ab und wird sehr klein, verschiebt sich die Kurve hin zur Ordinate. Sie verschiebt sich gewissermaßen nach „links”. Dabei nimmt die Nichtlinearität immer mehr ab und es entsteht eine im Wesentliche linearisierte Kennlinie, die als Ganzes nach „links” verschoben ist. Sie erreicht dort auch für Ansteuerdauern nennenswerte Mengen, bei denen die Kennlinie 100 schon lange in die Abszisse eingemündet ist (Bereich negativer Korrekturmengen im Solokennfeld). Diese Kombination aus nichtlinearem Ansatz und linearer Asymptote, aus Verschiebung und Linearisierung kann beispielsweise mit dem nachfolgend beschriebenen funktionalen Modell umgesetzt werden. Es ist an dieser Stelle hervorzuheben, dass das nachfolgend beschriebene Modell nur ein Beispiel eines Modells darstellt. Die Erfindung ist keinesfalls auf dieses Modell beschränkt. Rein prinzipiell sind auch andere funktionalen Modelle denkbar. Der beobachtete nichtlineare Kurvenverlauf entspricht zumindest in der Ableitung einem linearen Anstieg. Ein linearer asymptotischer Verlauf entspricht in der Ableitung einem konstanten Verlauf. Diese Eigenschaften der Ableitung der Ansteuerdauer kann beispielsweise durch eine Tangenshyperbolikusfunktion dargestellt werden. Aus der Ableitung ΔQ/ΔAD = tanh(AD), gleichzeitig unter Einbeziehung der Minimalansteuerdauer und unter Erweiterung der Freiheitsgrade der Abbildungen, ergibt sich durch Integration als Modell einer Q-Kennlinie folgender Zusammenhang: Q(AD) = A·log(B·cosh(C·(AD – ADmin))).
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Durch eine Regression mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate oder anderer Optimierungsalgorithmen erhält man folgende zu untersuchende Funktionen:
A(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel)
B(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel)
C(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel)
ADmin(Q1, Q2, tdiff, p, TFuel).
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Aus dem asymptotischen Verhalten und dem Verhalten der Anfangssteigung können wichtige und weniger wichtige Parameter identifiziert werden. Auch die Zuordnung, welche Messverfahren welchen Parameter ergeben, lassen sich daraus bestimmen.
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In 2a) ist schematisch der Parameter A, in 2b) der Parameter B, in 2c) der Parameter C und in 2d) der Parameter ADmin für eine Kombination aus Q1, Q2, p und TFuel über dem zeitlichen Abstand tdiff zweier Teileinspritzungen dargestellt, die durch eine Regression mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt werden. Im gezeigten Beispiel sind diese Parameterverläufe vollständig hinreichend, um die Kennlinie 100 in 1 zu beschreiben. Die angegebene Formel und diese Parameterfunktionen stellen ein Modell dar, welches die Eigenschaften des Injektors bei einer zweiten Einspritzung, die von einer ersten Einspritzung beeinflusst wird, beschreiben.
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Das funktionale Modell kann als Computerprogramm implementiert werden und auf dem Steuergerät der Brennkraftmaschine ablaufen. Das Programm kann auf einem Computerprogrammprodukt, beispielsweise auf einer Festplatte, einer CD-ROM, einer DVD, einem externen Flash-Speicher oder dergleichen gespeichert sein und so von einem Steuergerät eingelesen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0570986 A2 [0002]
- DE 19712143 A1 [0003]
