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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit einem mindestens einen Injektor aufweisenden Einspritzsystem und einer Steuereinheit hierfür versehenen Brennkraftmaschine. Die Erfindung ist ferner auf eine Brennkraftmaschine gerichtet, die ein mindestens einen Injektor aufweisendes Einspritzsystem und eine Steuereinheit hierfur aufweist.
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Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Brennkraftmaschinen mit sogenannten Common-Rail-Einspritzungen, bei denen mehrere Einspritzventile mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung versorgt werden, die unter einem weitgehend gleichmaßig hohen Druck steht. Die jeweils am Beginn eines Arbeitstaktes in jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine einzuspritzenden Einspritzmengen werden dabei typischerweise in erster Linie dadurch dosiert, dass die Einspritzventile bzw. Injektoren mit einer kürzer oder langer gewahlten Ansteuerdauer angesteuert werden, wahrend der diese Einspritzventile geöffnet werden und Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder eingespritzt wird. Es ergibt sich dabei die Notwendigkeit, tatsächlich eingespritzte Einspritzmengen an entsprechende Solleinspritzmengen anzupassen. Grundsatzlich zeigen Injektoren entsprechend der Fertigungstoleranzen ein individuell ausgeprägtes Mengenverhalten. Hinzukommt, dass sich über die Lebensdauer des Injektors gesehen diese Eigenschaft durch Verschleiß und Umwelteinflüsse verändert. So konnen insbesondere Verschleißerscheinungen oder Ablagerungen dazu führen, dass sich eine tatsachliche Offnungsdauer oder ein tatsachlicher Öffnungsgrad der Einspritzventile bei gegebenem Kraftstoffdruck und gegebener Ansteuerdauer während der Lebensdauer der Einspritzventile verändert. Zur Sicherstellung der Leistung und Abgasemissionen darf aber sowohl die Exemplarstreuung als auch der auftretende Lebensdauerdrift ein gewisses Maß nicht überschreiten.
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Bei Einsatz von Einspritzventilen gibt es heute verschiedene Maßnahmen, um die gewünschte Genauigkeit sicherzustellen. Grundsätzlich wird in der Steuereinheit des Einspritzsystems eine Sollvorgabe in Form eines Kennfeldes hinterlegt. Hier ist die Einspritzmenge abgebildet, die sich als „normal” im Neuzustand ergibt. Ferner wird durch eine geeignete Injektorcodierung dieses Kennfeld an die individuellen Toleranzen des jeweiligen Exemplars angepasst. Des Weiteren sind in der Steuergerätesoftware unterschiedliche Algorithmen bzw. Korrekturfunktionen hinterlegt, die den Mengendrift erkennen und korrigieren. Dabei werden zulässige Bereiche im Injektorkennfeld für die jeweiligen Funktionen kalibrativ festgelegt. Im Übergangsbereich werden die Korrekturgrößen durch Interpolation ineinander überführt. Die Festlegung der Bereiche erfolgt aus Betrachtungen der Korrekturmöglichkeit und -effektivität der jeweiligen Adaptionsfunktion.
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Um eine entsprechende Drift von Eigenschaften eines Einspritzventils im Lauf seiner Lebensdauer zu kompensieren, ist es beispielsweise aus der Veröffentlichung
DE 102 57 686 A1 bekannt, sogenannte Kleinstmengenadaptionen durchzuführen, bei denen der Einfluss von eingespritzten Kleinstmengen von Kraftstoff auf Segmentzeiten einer Kurbelwellenbewegung der Brennkraftmaschine analysiert wird. Weitere Adaptionsverfahren für Kleinstmengen und für mittlere bis größere Mengen sind ebenfalls bekannt.
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Weiterhin ist aus
DE 10 2008 024 546 B3 ein Verfahren zur injektorindividuellen Anpassung der Einspritzzeit von Kraftstoff-Injektoren bekannt. Das Verfahren basiert auf einer Verknüpfung des IIC-Verfahrens (Injector-Individual-Correction) und des MFMA-Verfahrens (Minimum-Mass-Fuel-Adaption). Vor Aufnahme des Fahrbetriebes wird das IIC-Verfahren durchgeführt, und während des Fahrbetriebes werden MFMA-Messungen ausgeführt, und die hieraus gewonnenen Messpunkte werden als nachträgliche Messpunkte für die IIC-Funktion verwendet. Hierdurch lassen sich injektorindividuelle Kennfelder ermitteln, in denen sowohl Fertigungsabweichungen als auch Alterung und Verschleiß der Bauteile während der Lebensdauer berücksichtigt sind.
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Die
DE 10 2009 009 270 A1 offenbart ein Kalibrierverfahren eines Injektors einer Brennkraftmaschine das während eines keine Kraftstoffeinspritzung erfordernden Betriebszustandes durchgeführt wird. Dieser Betriebszustand wird erfasst und eine erste Drehzahl oder eine erste drehzahlabhängige Größe wird während eines ersten Arbeitsspiels eines dem Injektor zugeordneten Zylinders erfasst und gespeichert. Eine zweite Drehzahl oder drehzahlabhängige Größe wird während eines zweiten Arbeitsspiels des Zylinders der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einer ersten Ist-Einspritzmenge, die einer maximalen Soll-Einspritzmenge entspricht, erfasst. Aufgrund eines Vergleichs zwischen der erfassten und gespeicherten ersten und zweiten Drehzahl oder drehzahlabhängigen Größe wird die erste Ist-Einspritzmenge ermittelt. Diese wird mit einer dazugehörigen ersten Soll-Einspritzmenge einer anfänglichen Soll-Einspritzventilcharakteristik verglichen. Darauf basierend wird ein erster Korrekturwert für die anfängliche Soll-Einspritzventilcharakteristik ermittelt.
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Solche bekannten Adaptionsverfahren finden jedoch immer nur einzeln Verwendung. Dies hat jedoch den Nachteil, dass für bestimmte Gegebenheiten ausgelegte Verfahren, beispielsweise fur Kleinstmengen bestimmte Verfahren, bei anderen Gegebenheiten, beispielsweise bei mittleren bis größeren Mengen, versagen bzw. zu ungenauen Ergebnissen fuhren. Die Adaptionsgute ist daher nicht besonders hoch.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem sich eine besonders genaue Einspritzung uber die Lebensdauer der Injektoren erzielen lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch ein Verfahren zum Betreiben einer mit einem mindestens einen Injektor aufweisenden Einspritzsystem und einer Steuereinheit hierfur versehenen Brennkraftmaschine gelost, das die folgenden Schritte umfasst:
Hinterlegen der Sollvorgabe der Einspritzmenge des Injektors in Form eines Nominalkennlinien aufweisenden Nominalkennfeldes in der Steuereinheit;
Anpassen dieses Nominalkennfeldes an die individuellen Toleranzen des Injektors mit Hilfe einer geeigneten Injektorcodierung zum Erhalt eines individuelle Kennlinien aufweisenden individuellen Kennfeldes;
Anwenden von mehreren unterschiedlichen Korrekturfunktionen zur Erkennung und Korrektur der Lebensdauermengendrift des Injektors zum Erhalt von mehreren korrigierte individuelle Kennlinien aufweisenden korrigierten individuellen Kennfeldern; und
Ermitteln des jeweiligen Offsets der korrigierten individuellen Kennlinien gegenüber den Nominalkennlinien zur Erstellung von Offset-Kurven und Verwenden der einen minimalen Offset darstellenden Abschnitte der einzelnen Offset-Kurven als Ansteuerkorrekturdaten fur die Einspritzmenge, wobei jeweils der minimale Offset der nachsten Offset-Kurve verwendet wird, wenn sich zwei Offset-Kurven schneiden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in bekannter Weise die Sollvorgabe der Einspritzmenge des entsprechenden Injektors in Form eines Nominalkennfeldes in der Steuereinheit hinterlegt. Dieses Nominalkennfeld wird mit Hilfe der vorhandenen Injektorcodierung an die vorhandenen individuellen Toleranzen des Injektors angepasst, und es wird ein individuelles Kennfeld für den Injektor erstellt. Durch die vorhandene Injektorcodierung und die hierdurch dargestellte individuelle Anpassung des jeweiligen Injektorkennfeldes ist im System die Toleranzlage eines jeden Injektors bekannt. Dieses individuelle Kennfeld wird neben dem Nominalkennfeld in der Steuereinheit hinterlegt, d. h. im zugehörigen Speicher gespeichert.
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Zur Erkennung und Korrektur der Lebensdauermengendrift des Injektors werden dann diverse Adaptionsverfahren durchgeführt. Grundsätzlich ist die Anwendung einer beliebigen Anzahl von Korrekturalgorithmen moglich. Die Abbildung der Korrektur fuhrt im Korrekturpunkt selbst zu einer Abweichung von Null zum Nominalkennfeld. Je weiter die Punkte vom Adaptionspunkt entfernt liegen, um so großer wird wieder die auftretende Mengenabweichung. Stellt man nun diese Mengenabweichung aller Adaptionen über der Sollansteuerung (Sollvorgabe der Einspritzmenge) dar, ist das jeweilige Minimum aller Korrekturkurven die minimale Abweichung der korrigierten Menge fur die jeweilige Ansteuerung.
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Erfindungsgemaß wird nunmehr der jeweilige Offset der korrigierten individuellen Kennlinien gegenüber den Nominalkennlinien ermittelt, um entsprechende Offset-Kurven zu erstellen. Dabei werden die einen minimalen Offset darstellenden Abschnitte der einzelnen Offset-Kurven als Ansteuerkorrekturdaten für die Einspritzmenge verwendet, wobei jeweils der minimale Offset der nachsten Offset-Kurve verwendet wird, wenn sich zwei Offset-Kurven schneiden.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird daher erfindungsgemaß der minimale Offset von mehreren Korrekturfunktionen verwendet, um die entsprechenden Korrekturdaten zu liefern. Dabei wird von einer ersten Korrekturkurve ausgegangen, bis diese erste Korrekturkurve von einer zweiten Korrekturkurve geschnitten wird. Ab diesem Schnittpunkt wird die zweite Korrekturkurve bis zum Schnittpunkt einer dritten Korrekturkurve verwendet usw. Es ergibt sich somit insgesamt eine optimale Ansteuerung mit kleinster Mengenabweichung.
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Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Berücksichtigung der individuellen Kennlinie des Injektors. Korrekturen werden optimal an die jeweilige Form (Toleranzlage) des Injektors angepasst. Insgesamt wird eine wesentlich verbesserte Adaptionsgute erreicht. Die Anzahl der verwendeten Adaptionsfunktionen ist praktisch nicht begrenzt. Eine ungewollte Interaktion der Anpassungsstrategien ist ausgeschlossen.
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Vorzugsweise wird aus den mehreren korrigierten individuellen Kennfeldern ein einziges neues korrigiertes individuelles Kennfeld erstellt, das anstelle des bisherigen individuellen Kennfeldes hinterlegt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher bei einem neuen System (einer neuen Brennkraftmaschine) Anwendung finden, und das bisherige individuelle Kennfeld kann durch das neue korrigierte individuelle Kennfeld ersetzt werden. Hierdurch kann die innerhalb der Lebensdauer des Einspritzsystems auftretende Mengendrift in gleicher Weise ständig nachgeführt werden, so dass sich immer eine insgesamt optimale Ansteuerung mit kleinster Mengenabweichung ergibt.
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Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren kann beispielsweise als Korrekturfunktion eine Kleinstmengenkorrekturfunktion, insbesondere eine MFMA-Funktion (Minimum Fuel Mass Adaption), Anwendung finden. Ferner kann als Korrekturfunktion eine Korrekturfunktion fur mittlere bis großere Mengen, insbesondere eine FMO-Funktion (Fuel Mass Observer), durchgeführt werden. Wie erwahnt, ist insgesamt eine beliebige Anzahl von derartigen Adaptionsfunktionen möglich. Finden lediglich die beiden vorstehend genannten Funktionen Anwendung, ergeben sich zwei Offset-Kurven (dQ-Kurven), wobei die Offset-Kurve der Kleinstmengenkorrekturfunktion (MFMA-Funktion) im dQ-Ti-Diagramm ein Minimum durchläuft, dann ansteigt und die Offset-Kurve der Korrekturfunktion fur mittlere bis großere Mengen (FMO-Funktion) schneidet. Ab diesem Schnittpunkt wird die Offset-Kurve (dQ-Kurve) der Korrekturfunktion für mittlere bis großere Mengen verfolgt, die dann ihr Minimum durchläuft.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einem mindestens einen Injektor aufweisenden Einspritzsystem und einer Steuereinheit hierfür, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Steuereinheit weist daher einen Speicher zum Hinterlegen der Sollvorgabe der Einspritzmenge des Injektors auf. Darüber hinaus ist die Steuereinheit in der Lage, im Speicher mit Hilfe der vorhandenen Injektorcodierung ein individuelles Kennfeld zu hinterlegen, das einer Anpassung des hinterlegten Nominalkennfeldes an die individuellen Toleranzen des Injektors entspricht. Des Weiteren sind in der Steuereinheit die jeweiligen Algorithmen für die entsprechenden Korrekturfunktionen in Bezug auf die Lebensdauermengendrift hinterlegt.
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Die Steuereinheit erstellt die jeweiligen Offset-Kurven und verwendet die einen minimalen Offset darstellenden Abschnitte der einzelnen Offset-Kurven als Ansteuerkorrekturdaten fur die Einspritzmenge entsprechend dem erfindungsgemaßen Verfahren, wobei vorzugsweise die Dauer der jeweiligen Einspritzperioden bei konstantem Druck festgelegt bzw. korrigiert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erlautert.
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Es zeigen:
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1 ein Diagramm, das die Einspritzmenge (Q) in Abhängigkeit von der Zeit (Ti) zeigt und in dem die verschiedenen Kennlinien dargestellt sind;
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2 ein Diagramm, das die Mengenabweichung |dQ| in Abhängigkeit von der Zeit (Ti) zeigt, wobei zwei Offset-Kurven dargestellt sind; und
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3 eine Schemadarstellung der einzelnen Schritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Bei der Brennkraftmaschine, auf die sich die 1 bis 3 beziehen, kann es sich beispielsweise um einen als Viertakter betriebenen Dieselmotor mit vier Zylindern handeln, der als Einspritzvorrichtung eine Common-Rail-Einspritzung aufweist. Dem Einspritzsystem ist eine Steuereinheit zugeordnet, mit der die Dauer der einzelnen Einspritzperioden gesteuert wird. Diese Steuereinheit ist so ausgebildet und/oder programmiert, dass hiermit das erfindungsgemaße Verfahren ausgefuhrt werden kann.
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Die Sollvorgabe der Einspritzmenge der Injektoren wird in Form eines Nominalkennlinien aufweisenden Nominalkennfeldes in der Steuereinheit hinterlegt. In 1 ist eine Nominalkennlinie mit durchgezogener Linie dargestellt. Um bei dem Adaptionsverfahren die Exemplarstreuung des jeweiligen Injektors zu berucksichtigen, wird dieses Nominalkennfeld mit Hilfe einer geeigneten vorhandenen Injektorcodierung an die individuellen Toleranzen des Injektors angepasst, wobei ein individuelle Kennlinien aufweisendes individuelles Kennfeld erhalten wird. Eine derartige individuelle Kennlinie ist in 1 mit der dicken gestrichelten Linie dargestellt. Aus der Injektorcodierung ist im System die Toleranzlage eines jeden Injektors bekannt.
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Beide Kennfelder (Nominalkennfeld und individuelles Kennfeld) werden im Speicher der Steuereinheit gespeichert.
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Zur Berücksichtigung der auftretenden Lebensdauerdrift werden nunmehr mehrere Adaptionsverfahren durchgefuhrt, und die gefundene Korrektur wird jeweils auf das gesamte Kennfeld angewandt. Im vorliegenden Beispiel werden zwei Korrekturen durchgefuhrt, und zwar eine Kleinstmengenkorrektur (MFMA) und eine Korrektur für mittlere bis großere Mengen (FMO). Die erhaltenen korrigierten individuellen Kennlinien sind in 1 dargestellt, und zwar gestrichelt als individuelle Kennlinie FMO korrigiert und strichpunktiert als individuelle Kennlinie MFMA korrigiert. Im Korrekturpunkt selbst betragt die Abweichung zur Nominalkennlinie Null. Je weiter die Punkte der korrigierten individuellen Kennlinie vom Adaptionspunkt entfernt liegen, um so größer wird wieder die auftretende Mengenabweichung.
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In 2 ist die Mengenabweichung dieser beiden adaptierten individuellen Kennlinien gegenuber der Nominalkennlinie als der ermittelte Offset der jeweiligen Korrekturfunktion im Diagramm |dQ|-Ti dargestellt. Die gestrichelte Linie entspricht dem Offset der individuellen Kennlinie FMO korrigiert, wahrend die strichpunktierte Linie dem Offset der individuellen Kennlinie MFMA korrigiert entspricht.
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Von den beiden in 2 dargestellten Offset-Kurven (dQ-Kurven) werden die einen minimalen Offset darstellenden Abschnitte als Ansteuerkorrekturdaten für die Einspritzmenge verwendet. Hierbei findet jeweils der minimale Offset der nachsten Offset-Kurve Verwendung, wenn sich zwei Offset-Kurven schneiden. Gemäß 2 bedeutet dies, dass der Abschnitt der strichpunktierten Offset-Kurve bis zum Schnittpunkt mit der gestrichelten Offset-Kurve und ab diesem Schnittpunkt der entsprechende Abschnitt der gestrichelten Offset-Kurve zur Korrektur verwendet wird. Es wird daher das jeweilige Minimum sämtlicher Korrekturkurven zur Korrektur eingesetzt.
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3 zeigt eine Schemadarstellung uber den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Sollvorgabe der Einspritzmenge wird als nominales Kennfeld in der Steuereinheit hinterlegt. Dieses Nominalkennfeld wird an die individuellen Toleranzen eines jeden Injektors mit Hilfe einer geeigneten Injektorcodierung angepasst. Es werden individuelle Kennfelder fur jeden Injektor erhalten. Diese individuellen Kennfelder werden uber entsprechende Adaptionsfunktionen zur Berücksichtigung der auftretenden Lebensdauerdrift korrigiert. Dies ist in 3 für Injektor 1 dargestellt, und zwar fur eine FMO-Korrektur und eine MFMA-Korrektur. Es werden entsprechend korrigierte individuelle Kennfelder erhalten. Aus den ermittelten minimalen Offset-Daten wird ein neues korrigiertes individuelles Kennfeld ermittelt, dass das bisher verwendete individuelle Kennfeld ersetzt. Hierdurch kann die innerhalb der Lebensdauer auftretende Mengendrift in gleicher Weise ständig nachgefuhrt werden, so dass sich immer eine insgesamt optimale Ansteuerung mit kleinster Mengenabweichung ergibt.
