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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens mindestens eines Injektors einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102 15 610 A1 ist ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens von mindestens einem Injektor bekannt geworden, bei dem die Einspritzmenge charakterisierende Informationen durch Vergleichen von Sollwerten mit Istwerten individuell an mehreren Prüfpunkten des mindestens einen Injektors ermittelt werden und bezogen sind. Ein solcher Injektormengenabgleich ist erforderlich, da diese Injektoren aufgrund ihrer mechanischen Fertigungstoleranzen unterschiedliche Mengenkennfelder besitzen. Unter einem Mengenkennfeld ist die Beziehung zwischen Einspritzmenge, Raildruck und Ansteuerzeit zu verstehen. Dies hat zur Folge, dass trotz elektrisch definierter Steuerung jeder einzelne Injektor den Verbrennungsraum mit unterschiedlichen Kraftstoffmengen füllt.
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Um nämlich einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch unter Einhaltung strenger Abgasnormen zu erreichen, dürfen die Injektoren im Betrieb nur sehr geringe Toleranzen im Hinblick auf die Einspritzmenge aufweisen. Diese geforderten geringen Toleranzen können aufgrund der mechanischen Fertigungstoleranzen nicht eingehalten werden. Um dennoch eine definierte Einspritzmenge bei den Injektoren sicherzustellen, werden die Injektoren nach der Fertigung an charakteristischen Arbeitspunkten oder Prüfpunkten auf ihre Einspritzmenge vermessen und in Klassen eingeordnet. Die jeweilige Klasse muss im Betrieb der Brennkraftmaschine dem Motorsteuergerät bekannt sein, sodass die Steuerung an die speziellen Merkmale der Klasse injektorspezifisch angepasst werden kann. Die Klasseninformation wird auf dem Injektor gespeichert, beispielsweise durch eine Codierung, wie etwa ein Barcode, durch Widerstände am Injektor oder durch Klartext auf dem Injektor. Es kann auch vorgesehen sein, dass in den Injektoren elektronische Speichermöglichkeiten vorgesehen sind, in denen beispielsweise die Klasseninformationen gespeichert sind. Das Steuergerät kann diese Werte über eine Schnittstelle aus dem Injektor auslesen und im Folgebetrieb nutzen.
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Bei Common-Rail-Injektoren ist über die Lebensdauer eine Mengendrift zu beobachten, die individuell bei jedem Injektor unterschiedlich ausgeprägt ist, und beispielsweise vom Lastprofil oder vom Injektortyp abhängt. Diese Mengendrift wirkt sich nachteilig in Bezug auf einen geringen Kraftstoffverbrauch, auf die Einhaltung strenger Abgasnormen und auch nachteilig in Bezug auf beispielsweise den Geräuschpegel der Brennkraftmaschine aus.
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Eine Korrektur der Einspritzmengendrift über die Lebensdauer der Injektoren geht beispielsweise aus der
DE 102 29 019 A1 hervor. Bei diesem Verfahren werden aus der Differenz zwischen der Ansteuerdauer, bei der eine Änderung des Signals auftritt, und der gespeicherten Mindestansteuerdauer mittels Übertragungsfunktionen, die den Zusammenhang zwischen der Mindestansteuerdauer und jeweils der Ansteuerdauer an mehreren Prüfpunkten des Injektors und/oder den Zusammenhang zwischen den Ansteuerdauern an unterschiedlichen Prüfpunkten des Injektors festlegen, Korrekturwerte für das Mengenfeld des Injektors bestimmt. Es wird dabei gewissermaßen ausgehend vom Voreinspritzbereich, in dem Mengendrifts erfasst und korrigiert werden können, auf das gesamte Mengenkennfeld des Injektors mit Hilfe von Übertragungsfunktionen geschlossen. Diese Übertragungsfunktionen werden vorzugsweise ihrerseits während des Injektormengenausgleichs in den Prüfpunkten bestimmt. Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine Korrektur der eingespritzten Mengen über die Laufzeit der Injektoren, jedoch ist auch hier ein Injektormengenabgleich nach der Produktion der Injektoren erforderlich und die Daten des Injektormengenabgleichs müssen auf die vorstehend beschriebene Weise dem Injektor zugeordnet werden, um später nach der Montage in einer Brennkraftmaschine von dem Motorsteuergerät eingelesen werden zu können. Dieses Verfahren wird gewöhnlich als Injektormengenabgleich (IMA) bezeichnet. Der IMA-Code beinhaltet dabei die Mengenabweichungen zum fiktiven sogenannten „goldenen Injektor” an den verschiedenen Prüfpunkten im Werk.
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Neuere gesetzliche Bestimmungen, insbesondere in den Vereinigten Staaten von Amerika, beinhalten nun eine Überprüfung des IMA-Codes im Fahrzeug, um z. B. einen Injektortausch ohne entsprechende Anpassung des IMA-Codes zu erkennen. Dies ist mit zusätzlichem Hardware- und Software-Aufwand verbunden. Dieser Aufwand lässt sich im Grunde nur vermeiden, wenn auf den IMA-Code verzichtet werden könnte. Aufgrund der eingangs beschriebenen Mengentoleranzen der verschiedenen Injektoren wäre dies nur realisierbar, wenn Injektormengenabweichungen der einzelnen Injektoren auf andere Weise berücksichtigt werden könnten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens mindestens eines Injektors der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, dass auf die Bestimmung und das Einlesen eines IMA-Codes verzichtet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Grundidee der Erfindung ist es, den Injektormengenausgleich während des Betriebs des Fahrzeugs aufgrund von Größen zu bestimmen, welche sensibel auf die eingespritzte Menge reagieren. Hierzu sieht die Erfindung vor, aus Daten einer Mengenausgleichsregelung und aus Daten, welche ein Kurbelwellendrehmoment charakterisieren, einen Korrekturwert einer Einspritzmenge des wenigstens einen Injektors zu bestimmen.
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Die Mengenausgleichsregelung ist beispielsweise aus der
DE 33 36 028 A1 bekannt. Sie dient dazu, Steuergrößen einer Brennkraftmaschine so zu beeinflussen, dass ein Schwingen des gesamten Fahrzeugs im unteren Drehzahlbereich, insbesondere im Leerlauf, beseitigt wird. Dies wird nach der Mengenausgleichsregelung dadurch erreicht, dass jedem Zylinder eine Regelung zugeordnet wird, die diesen Zylinder beeinflussende Steuergrößen, wie z. B. Kraftstoffzumessung, Abgasrückführung, Einspritzzeitpunkt, Einspritzdauer, Kraftstoff/Luft-Verhältnis, Zündzeitpunkt und dergleichen auf möglichst große Laufruhe regelt. Dies geschieht im Wesentlichen durch Variation der eingespritzten Menge dadurch, dass jedem Zylinder Mengendifferenzen zugeordnet werden, um so eine große Laufruhe zu erzielen. Die Mengendifferenzen sind dabei addierte Zusatzmengen oder auch Negativmengen, d. h. verringerte Einspritzmengen. Die hinzugefügte Gesamtmenge ist dabei null.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, zunächst aus dem Drehmomentwert auf die eingespritzte Menge zu schließen. Dem liegt zugrunde, dass das Drehmoment direkt mit der eingespritzten Menge korreliert. Auf diese Weise gelangt man zu einem Absolutwert der eingespritzten Menge. Mit Hilfe der aufgrund der Mengenausgleichsregelung gefundenen Mengenabweichung kann eine Art IMA-Code bei mittleren bis großen Einspritzmengen bestimmt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine abläuft. Das bedeutet, dass es kontinuierlich während des Betriebs ausgeführt wird und wiederholt Korrekturwerte der Einspritzmenge des wenigstens einen Injektors bestimmt werden. Auf diese Weise können bei der Korrektur der Einspritzmenge auch Drifts des Injektors über dessen Lebensdauer berücksichtigt werden, was bei einem Injektormengenabgleich nach Fertigstellung des Injektors an vorgegebenen Prüfpunkten nicht ohne Weiteres möglich ist.
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Ein großer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es als Computerprogramm implementiert werden kann und auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert werden kann. Auf diese Weise kann es jederzeit auch in bestehenden Fahrzeugen nachgerüstet werden durch Einspielen des Programms in die Steuergerätesoftware.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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In der 1 ist schematisch ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt.
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In 2 ist schematisch das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ablaufdiagramms dargestellt.
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3 und 4 zeigen Varianten des Verfahrens anhand einer Darstellung der Abweichung der eingespritzten Menge über verschiedenen Betriebspunkten.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Eine beispielsweise 4-Zylinder-Brennkraftmaschine
100 weist Injektoren
101,
102,
103,
104 zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine auf. Ein Drehzahlsignal n der Brennkraftmaschine wird beispielsweise mittels eines Geberrads und eines entsprechenden Sensors auf an sich bekannte Weise erfasst und zum einen einer Drehmomentbestimmungseinrichtung (TEO – Torque Estimation Oszillation Analysis)
110 und zum anderen einer Mengenausgleichsregelung (MAR)
120 zugeführt. In der Drehmomentbestimmungseinrichtung
110 wird ein Drehmoment T bestimmt. Aus diesem wird in einer Einrichtung
111 die gesamte Einspritzmenge Q
g bestimmt. Diese ist unmittelbar mit dem Drehmoment T verknüpft. Die Mengenausgleichsregelung ist beispielsweise in der
DE 33 36 028 A1 beschrieben, auf die insoweit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Mengenausgleichsregelung stellt eine Einrichtung zur Beeinflussung von Steuergrößen der Brennkraftmaschine
100 dar, mit deren Hilfe das Schwingen des gesamten Fahrzeugs im unteren Drehzahlbereich, insbesondere im Leerlauf, beseitigt werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass jedem Zylinder eine Regelung zugeordnet wird, die die diesen Zylinder beeinflussenden Steuergrößen, wie z. B. Kraftstoffzumessung, Abgasrückführung, Einspritzzeitpunkt, Einspritzdauer, Kraftstoff/Luft-Verhältnis, Zündzeitpunkt und so weiter auf möglichst große Laufruhe regelt. Dies geschieht durch Variation der eingespritzten Mengen. Je nach Laufunruhe wird beispielsweise mittels des Injektors
101 etwas mehr und beispielsweise mittels des Injektors
103 etwas weniger Einspritzmenge eingespritzt so, dass die Laufruhe möglichst hoch ist, was durch Erfassen der Drehzahl n detektierbar ist. Der Gesamtbetrag der eingespritzten Menge ist null.
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Die Einspritzmengenänderungen der einzelnen Zylinder werden einer Recheneinrichtung 130 zugeführt. Der Recheneinrichtung 130 wird auch die bestimmte Gesamtmenge Qg zugeführt. Aufgrund dieser beiden Größen, der gesamten eingespritzten Menge Qg und den den einzelnen Zylindern zugeordneten Einspritzmengenänderungen wird eine Art IMA-Code, also ein Code, wie er bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Injektormengenabgleich gewöhnlich nach Fertigstellung der Injektoren bestimmt wird, generiert und in einem entsprechenden Speicher der Recheneinrichtung 130 gespeichert. Dieses Procedere findet dabei immer an sogenannten IMA-Prüfpunkten statt, die vorbekannt sind.
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Das Verfahren wird nachfolgend anhand eines in 2 dargestellten Diagramms erläutert. Abhängig von einem Fahrerwunsch wird ein Sollmoment 210 bestimmt. Das Sollmoment ist in 2 als „Momentenpfad” bezeichnet. Hiermit wird zum Ausdruck gebracht, dass abhängig vom Fahrerwunsch ein Moment bestimmt wird, das die Brennkraftmaschine zur Verfügung stellen soll. Bei diesem Moment müssen Verlustmomente, die beispielsweise durch Nebenaggregate, beispielsweise die Klimaanlage und dergleichen, erzeugt werden, berücksichtigt wenden. Unter „Momentenpfad” wird insoweit die Berücksichtigung dieser Verlustmomente und weiterer Störeinflüsse bezeichnet. Das Ausgangssignal ist ein Wunschmoment, welches die Brennkraftmaschine zur Verfügung stellen soll. Hieraus erfolgt die Bestimmung einer Sollmenge 220. Ausgehend von dieser Sollmenge erfolgt eine Injektoransteuerung 230, wobei die Ansteuerdauer bestimmt wird. Der Injektor 240 wird angesteuert mit einer auf diese Weise bestimmten Istmenge, die der Brennkraftmaschine 250 zugeführt wird. Hieraus resultiert ein Istmoment des Motors. Abhängig von dessen Eigenschaften 260, wie z. B. Trägheitsmoment, Reibung, ergibt sich eine Veränderung des Drehzahlsignals. Dieses Drehzahlsignal wird in der Drehmomentbestimmungseinrichtung TEO 270 in ein Drehmoment zurückgerechnet und auf diese Weise wird ein geschätztes Istmoment bestimmt. Gleichzeitig wird in Schritt 280 mit Hilfe der Mengenausgleichsregelung MAR eine Mengenabweichung ΔqMAR bestimmt und in einem Verknüpfungspunkt 281 werden die geschätzte Istmenge und diese von der Mengenausgleichsregelung 280 berechnete Menge addiert. Das Ergebnis wird in einem Verknüpfungspunkt 282 von der Sollmenge subtrahiert. Die Mengenabweichung wird einer IMA-Klassifikation oder IMA-Adaption oder Ansteuerdaueradaption 290 zugeführt, der darüber hinaus auch der Raildruck zugeführt wird. Das Ausgangssignal wird wiederum der Injektoransteuerung 230 zugeführt und der Injektor entsprechend angesteuert.
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Um die Wahrscheinlichkeit des Lemens/Adaptierens der IMA-Korrektur zu erhöhen, sollten Abweichungen des Betriebspunktes vom IMA-Prüfpunkt zulässig sein. Um das Ergebnis jedoch nicht durch solche Abweichungen negativ zu beeinflussen, muss die Abweichung vom IMA-Prüfpunkt entsprechend berücksichtigt werden. Dies kann rein prinzipiell mit einer Mehrzahl von an sich bekannten Verfahren zur Adaption von Kennfeldern und Kennlinien geschehen, auf die hier nicht eingegangen wird. In Verbindung mit 3 und 4 werden zwei derartige Varianten kurz beschrieben.
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Man definiert zunächst einen Bereich um einen IMA-Prüfpunkt, in dem eine Adaption zulässig ist. Der Bereich muss groß genug sein, sodass ausreichend oft gelernt wird, andererseits jedoch klein genug, sodass die gelernte Abweichung im Wesentlichen auf einen IMA-Prüfpunkt bezogen werden kann. In 3 ist dieser Bereich durch eine punktierte Kreislinie 310 schematisch dargestellt. In 3 ist die Abweichung über dem jeweiligen Betriebspunkt aufgetragen. Es wird eine Abweichung 330, bezogen auf einen ersten IMA-Prüfpunkt, in 3 als IMA1 305 bezeichnet, gemessen. Aufgrund dieser gemessenen Abweichung wird in dem Bereich 310 ein neuer IMA-Wert 340 bestimmt, der einem zweiten IMA-Prüfpunkt IMA2 entspricht, in 3 mit Bezugszeichen 306 versehen. Wenn eine Abweichung zum berechneten Korrekturwert an einem Betriebspunkt innerhalb des Bereichs festgestellt wird, so wird der Korrekturwert am IMA-Prüfpunkt so lange verändert, bis die Abweichung am aktuellen Betriebspunkt ausgeglichen ist. Das heißt, anders ausgedrückt, es wird hier nur ein Wert eingelernt. Der Vorteil dieser Verfahrensvariante ist, dass ein falsches Lernen nicht möglich ist. Der Nachteil besteht darin, dass jeder Punkt einzeln eingelernt werden muss, was einen höheren Zeitbedarf erfordert.
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Eine zweite Variante wird anhand der 4 erläutert, in der wiederum die Abweichung der eingespritzten Menge über dem jeweiligen Betriebspunkt dargestellt ist. Das Verfahren gemäß 4 entspricht dem der 3. Nur wird bei dieser Variante die Abweichung abhängig vom Abstand zu den jeweiligen IMA-Prüfpunkten auch auf die umliegenden IMA-Prüfpunkte verteilt”. Das bedeutet, dass dann, wenn ein gemessener Wert nahe an einem IMA-Prüfpunkt, beispielsweise IMA1, in 4 mit Bezugszeichen 405 bezeichnet, festgestellt wird, dieser stärker korrigiert wird als der andere Betriebspunkt, der wett entfernt ist und in 4 mit Bezugszeichen 406 versehen ist. Auf diese Weise können ausgehend von einer gemessenen Abweichung 430 sowohl der IMA1-Prüfpunkt 405 als auch der IMA2-Prüfpunkt 406 korrigiert werden. Die Korrekturwerte sind in 4 mit 410 bzw. 420 versehen. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass schnelleres Lernen möglich ist, da mehrere Punkte gleichzeitig adaptiert werden können. Der Nachteil besteht darin, dass bereits richtige IMA-Korrekturen geändert werden, weil ein falscher Korrekturwert „daneben liegt”.
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Die Rahmenbedingungen für die Bedatung des Ansteuerdauerkennfelds sollten dabei folgende Eigenschaften aufweisen.
- 1. Für kleine Mengen muss sichergestellt sein, dass selbst Injektoren, die ohne IMA-Abgleich zu wenig Menge liefern, noch sicher eine im Bereich der Voreinspritzmenge liegende kleine Einspritzmenge liefern. D. h. es darf keine Einspritzung hydraulisch ausbleiben. Ansonsten könnte es bei Neufahrzeugen zu negativer Geräuschentwicklung kommen.
- 2. Für große Mengen muss sichergestellt sein, dass selbst Injektoren, die zu viel „Menge liefern”, keine so große Menge liefern, dass der Motor bei Vollast beschädigt wird, z. B. durch Überschreitung des maximal zulässigen Zylinderdrucks. Alternativ kann für Neufahrzeuge oder nach einem Injektortausch eine zusätzliche Begrenzung des Maximal-Moments ergänzt werden, das nach dem Einlernen deaktiviert wird. Aus diesem Grunde ist eine Überwachungsfunktion vorgesehen, die überwacht, dass die Abweichung zwischen Soll- und Istmengen nicht zu groß ist und darüber hinaus wird überwacht, ob ein Injektor getauscht wurde. Sollte dies der Fall sein, könnte beispielsweise das vorstehend beschriebene Verfahren initiiert werden. Das Verfahren arbeitet dabei iterativ während des Betriebs, d. h. es findet kontinuierlich eine Adaption der Einspritzmengen auf die vorbeschriebene Weise statt.
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Zusammengefasst kann das Verfahren wie folgt beschrieben werden. Die Drehmomentbestimmungseinrichtung bestimmt ein gemitteltes Moment über alle Zylinder. Dieses Moment wird, zumindest im Normal(Mager)betrieb mit nur einer Haupteinspritzung in eine mittlere Einspritzmenge umgerechnet. Die Mengenausgleichsregelung 120 korrigiert dabei Unterschiede zwischen den Zylindern. Wenn nun die Brennkraftmaschine und das Fahrzeug sich für eine gewisse Zeit im Bereich eines IMA-Prüfpunktes bewegen, so ist es möglich, durch den Vergleich zwischen der gewünschten Menge und der Summe des Mittelwerts plus der Abweichung für den entsprechenden Zylinder die Mengenabweichung des Injektors zu bestimmen. Abweichungen vom IMA-Prüfpunkt können durch entsprechende Umrechnung berücksichtigt werden.
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Die Abweichungen können in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden und zukünftig als Ersatz für einen IMA-Wert verwendet werden.
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Der Abgleich sollte aus Genauigkeitsgründen nur mit einer Haupteinspritzung, möglichst ohne Abgasrückführung und mit möglichst hohem Ladedruck erfolgen. Damit dies nicht akustisch auffällig wird, könnte man dies z. B. bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten durchführen. Rein prinzipiell könnte auch eine Lernbetriebsart eingeführt werden, die am Bandende, nach einem erkannten Injektortausch oder ausgelöst durch einen Diagnosetest aktiviert wird.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm im Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät oder die Recheneinrichtung 130 lesen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10215610 A1 [0003]
- DE 10229019 A1 [0006]
- DE 3336028 A1 [0010, 0018]
