DE102013216192A1

DE102013216192A1 - Verfahren zur Bestimmung von wenigstens einem Einspritzparameter einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013216192A1
Application number: DE102013216192.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Walder; Robby GERBETH
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: CN105612334B; DE102013216192B4; JP2016531234A; CN105612334A; US10107223B2; WO2015022057A1; US20160153382A1; EP3033515A1; JP6388946B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von wenigstens einem Einspritzparameter einer Brennkraftmaschine (1) mit folgenden Schritten: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs in einem Einspritzsystem (3) einer Brennkraftmaschine (1) zumindest während einer Einspritzung; Bereitstellen von einem Referenzdruckverlauf für wenigstens einen Betriebspunkt des Einspritzsystems (3); Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf, und Ermitteln von wenigstens einem Einspritzparameter in Abhängigkeit des Vergleichs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von wenigstens einem Einspritzparameter einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, sowie eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 10.
Verfahren und Brennkraftmaschinen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der deutschen Patentschrift DE 103 56 858 B4 geht ein Verfahren hervor, bei dem ein zeitlicher Verlauf einer elektrischen Betriebsgröße eines Aktors während des Einspritzbetriebs gemessen wird. Der gemessene Verlauf der elektrischen Betriebsgröße wird mit einer gespeicherten Referenzkurve verglichen, wobei die Referenzkurve den zeitlichen Verlauf der Betriebsgröße bei einem Referenzmuster wiedergibt. Ein Einspritzparameter, insbesondere ein Spritzbeginn wird in Abhängigkeit von dem Vergleich ermittelt. Nachteilig hierbei ist, dass die elektrische Betriebsgröße beziehungsweise ihr zeitlicher Verlauf nur mittelbar mit den für den Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Einspritzgrößen wie beispielsweise dem Spritzbeginn und der eingespritzten Kraftstoffmenge verknüpft ist. So weicht beispielsweise regelmäßig der tatsächliche, physikalische Beginn der Einspritzung von Brennstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine von dem Bestromungsbeginn des Injektors ab. Insbesondere daher bedarf der Vergleich des gemessenen Verlaufs der elektrischen Betriebsgröße mit der gespeicherten Referenzkurve einer vergleichsweise aufwendigen und umständlichen Vorgehensweise, um plausible Werte für den Einspritzparameter zu ermitteln.
Es ist auch bekannt, Einspritzparameter einer Brennkraftmaschine zu ermitteln, indem zeitaufgelöst erfasste Druckverläufe in einem Einspritzsystem ausgewertet werden. Hierbei besteht ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen dem Druckverlauf und den Einspritzparametern. Dabei ergibt sich allerdings das Problem, das ein gemessener Druckverlauf typischerweise ein Frequenzgemisch aufweist, das insbesondere die Förderfrequenz einer Hochdruckpumpe des Einspritzsystems sowie Frequenzen umfasst, die sich aus Rückwirkungen der verschiedenen Injektoren ergeben. Es ist daher nicht ohne weiteres möglich, Einspritzparameter wie den Spritzbeginn und die eingespritzte Kraftstoffmenge aus dem erfassten Druckverlauf zu bestimmen. Typischerweise wird der erfasste Druckverlauf gefiltert, was zu einem Phasenverzug und zu Informationsverlust führt, sodass die Genauigkeit solcher Methoden verbesserungswürdig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll es mithilfe des Verfahrens und der Brennkraftmaschine möglich sein, mit geringem Aufwand, rasch, kostengünstig und sehr genau wenigstens einen Einspritzparameter zu bestimmen.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dabei wird ein Druckverlauf in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine zumindest während einer Einspritzung zeitaufgelöst erfasst. Es wird ein Referenzdruckverlauf für wenigstens einen Betriebspunkt des Einspritzsystems bereitgestellt. Der erfasste Druckverlauf wird mit dem Referenzdruckverlauf verglichen, und es wird wenigstens ein Einspritzparameter in Abhängigkeit des Vergleichs ermittelt. Dadurch, dass Grundlage der Ermittlung des Einspritzparameters ein Druckverlauf in dem Einspritzsystem ist, wird der Einspritzparameter über eine unmittelbar mit ihm verknüpfte physikalische Größe bestimmt, sodass bereits deswegen eine hohe Genauigkeit möglich ist. Da der erfasste Druckverlauf zur Ermittlung des Einspritzparameters mit dem Referenzdruckverlauf verglichen wird, bedarf es keiner Filterung, sodass ein Phasenverzug und Informationsverlust vermieden wird. Der Vergleich ist rasch und in Echtzeit durchführbar, und das Verfahren ist zugleich wenig aufwendig. Es ist robust, weil ein vollständiger Einspritzzyklus betrachtet wird, sodass die Ermittlung des Einspritzparameters nicht auf der Auswertung nur weniger ausgewählter Messpunkte, beispielsweise einer Betrachtung eines Minimums oder eines Maximums des Druckverlaufs, basiert. Zugleich sind die Anforderungen an das Einspritzsystem gering. Insbesondere bedarf es keiner festen Zuordnung einer Förderfrequenz der Hochdruckpumpe und einer Einspritzfrequenz der Injektoren. Prinzipiell störende Frequenzen haben keinen negativen Einfluss auf das Verfahren, da sie aufgrund des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf keine Auswirkung auf das Ergebnis haben.
Es ist möglich, dass der Druckverlauf während des Betriebs der Brennkraftmaschine fortwährend erfasst wird. In diesem Fall wird für den Vergleich mit dem Referenzdruckverlauf vorzugsweise ein Bereich des erfassten Druckverlaufs während einer Einspritzung ausgewählt, um die zu vergleichende Datenmenge zu reduzieren. Alternativ ist es möglich, dass der Druckverlauf nur während einer Einspritzung zeitaufgelöst erfasst ist. Dabei wird bevorzugt auch ein zumindest kurzes Intervall vor Beginn der Einspritzung und/oder ein zumindest kurzes Intervall nach der Einspritzung miterfasst, um zu gewährleisten, dass der Spritzbeginn und/oder das Spritzende durch den Druckverlauf wiedergegeben werden. Die Intervalle sind dabei bevorzugt kurz im Vergleich zu einem zeitlichen Abstand zwischen zwei Einspritzereignissen desselben Injektors. Die nötige Zeitgebung erfolgt vorzugsweise durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine.
Der Referenzdruckverlauf wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens durch Prüfstandsmessungen der Brennkraftmaschine gewonnen und vorzugsweise in einem Steuergerät hinterlegt. Alternativ ist es möglich, dass der Referenzdruckverlauf für die konkrete Brennkraftmaschine oder die konkrete Bauart der Brennkraftmaschine analytisch oder numerisch berechnet oder simuliert wird. Auch dies wird bevorzugt nicht in Echtzeit, sondern initial vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine durchgeführt, wobei der Referenzdruckverlauf in dem Steuergerät hinterlegt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der wenigstens eine ermittelte Einspritzparameter zur Regelung der Einspritzung, insbesondere zur Regelung des Spritzbeginns und/oder der eingespritzten Brennstoffmenge, die auch als Einspritzmenge bezeichnet wird, verwendet. Dabei sind vorzugsweise in einem Kennfeld betriebspunktabhängig entsprechende Soll-Einspritzparameter in dem Steuergerät hinterlegt, die mit dem ermittelten Einspritzparameter verglichen werden, um die Regelung durchzuführen. Dabei wird der ermittelte Einspritzparameter auf den entsprechenden Soll-Einspritzparameter geregelt. Entsprechende Regelungsverfahren sind bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der ermittelte Einspritzparameter zur Diagnose des Einspritzsystems herangezogen wird. Insbesondere wird bevorzugt im Rahmen des Verfahrens eine sogenannte On-Board-Diagnose des Einspritzsystems durchgeführt, wobei dieses in Echtzeit auf Fehler im Einspritzverhalten überprüft wird. Besonders bevorzugt wird dabei eine Fehlererkennung für einzelne Injektoren der Brennkraftmaschine durchgeführt, wobei fehlerbehaftete Injektoren identifiziert werden können.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird aus dem Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf eine Aussage über die Güte der Druckmessung und/oder des erfassten Druckverlaufs gewonnen. Es ist demnach möglich, über den Vergleich mit dem Referenzdruckverlauf sowohl eine Diagnose des Einspritzsystems durchzuführen, als auch einen zur Erfassung des Druckverlaufs vorgesehenen Drucksensor zu qualifizieren. So ist es auch möglich, im Rahmen des Verfahrens Fehler in der Druckmessung und insbesondere in einem hierfür vorgesehenen Drucksensor zu erkennen und zu bewerten.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Referenzdruckverlauf in Abhängigkeit von einer Soll-Einspritzmenge als Betriebspunkt des Einspritzsystems bereitgestellt wird. Der Referenzdruckverlauf ist somit einer vorherbestimmten Einspritzmenge, insbesondere einem einzuspritzenden Volumen oder einer einzuspritzenden Masse, zugeordnet, sodass prinzipiell über einen Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf eine tatsächliche Einspritzmenge ermittelt werden kann. Vorzugsweise wird der Referenzdruckverlauf zusätzlich in Abhängigkeit von einem Druck in einem gemeinsamen Hochdruckspeicher des Einspritzsystems bereitgestellt, wobei dieser Druck bevorzugt ein Spritzbeginndruck ist, mithin ein Druck, der in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher zum Zeitpunkt eines Spritzbeginns vorliegt. Ein solcher gemeinsamer Hochdruckspeicher wird auch als gemeinsame Leiste (Common-Rail) bezeichnet, wobei Einspritzsysteme, welche einen solchen gemeinsamen Hochdruckspeicher aufweisen, als Common-Rail-Einspritzsysteme bezeichnet werden. Der gemeinsame Hochdruckspeicher dient zur Versorgung einer Mehrzahl von Injektoren mit Brennstoff, wobei er zugleich einer Entkopplung des Speicherdrucks von den Druckschwankungen im Bereich der einzelnen Injektoren während der verschiedenen Einspritzungen dient. Dadurch kann eine Mengenzumessung eines einzelnen Injektors weitgehend unabhängig von dem Verhalten der übrigen Injektoren erfolgen. Es ist offensichtlich, dass die tatsächlich eingespritzte Brennstoffmenge, mithin die Einspritzmenge, von dem Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher bei Spritzbeginn abhängt. Es ist daher insbesondere für eine genaue Ermittlung der tatsächlich eingespritzten Einspritzmenge sinnvoll, dass der Referenzdruckverlauf für einen Betriebspunkt in Abhängigkeit sowohl von der Soll-Einspritzmenge als auch von dem Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher, insbesondere von dem Spritzbeginndruck, bereitgestellt wird. Dabei ist der Betriebspunkt des Einspritzsystems gegeben durch die Soll-Einspritzmenge und den Spritzbeginndruck.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher in Abhängigkeit von dem Vergleich als Einspritzparameter ein Spritzbeginn ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt in Abhängigkeit von dem Vergleich eine Einspritzmenge vorzugsweise als eingespritztes Brennstoffvolumen oder als eingespritzte Brennstoffmasse ermittelt. Es ist möglich, dass alternativ oder zusätzlich weitere Einspritzparameter auf der Grundlage des Vergleichs ermittelt werden. Beispielsweise ist es auch möglich, im Rahmen des Verfahrens ein Spritzende als Einspritzparameter zu ermitteln, ebenso kann eine Spritzdauer ermittelt werden.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei der für eine Mehrzahl von Betriebspunkten jeweils ein Referenzdruckverlauf bereitgestellt wird. Der erfasste Druckverlauf wird mit mehr als einem Referenzdruckverlauf verglichen, und es wird eine Optimierung eines Vergleichswertes durchgeführt. Vorzugsweise sind die Referenzdruckverläufe in Abhängigkeit von der Soll-Einspritzmenge und dem Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher hinterlegt. Der erfasste Druckverlauf wird mit allen bereitgestellten Referenzdruckverläufen oder mit einer Auswahl der gespeicherten Referenzdruckverläufe verglichen, wobei als Vergleichswert eine Größe verwendet wird, die eine Ähnlichkeit zwischen dem erfassten Druckverlauf und dem jeweiligen Referenzdruckverlauf angibt. Der Vergleichswert wird optimiert, indem derjenige Referenzdruckverlauf aufgesucht wird, der zumindest unter den für den Vergleich herangezogenen Referenzdruckverläufen dem erfassten Druckverlauf am ähnlichsten ist. Da jedem Referenzdruckverlauf eine Soll-Einspritzmenge zugeordnet ist, wird dann bevorzugt darauf geschlossen, dass die tatsächlich im Rahmen des erfassten Druckverlaufs eingespritzte Einspritzmenge der Soll-Einspritzmenge entspricht, die dem Referenzdruckverlauf zugeordnet ist, der mit dem erfassten Druckverlauf einen optimalen Vergleichswert liefert. Auf diese Weise ist es möglich, durch mehrfachen Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit verschiedenen Referenzdruckverläufen die tatsächlich eingespritzte Einspritzmenge zu ermitteln.
Für den Beginn des Vergleichs wird vorzugsweise von einem Steuergerät ein momentaner Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bereitgestellt, der vorzugsweise auch zur Ansteuerung des Injektors bei der erfassten Einspritzung herangezogen wird. Dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, der typischerweise neben der Soll-Einspritzmenge und dem Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher weitere Parameter umfasst, entspricht quasi als Untermenge ein Betriebspunkt des Einspritzsystems, wobei als Start-Referenzdruckverlauf für den Beginn des Vergleichs derjenige Referenzdruckverlauf ausgewählt wird, der für den von dem Steuergerät bereitgestellten Betriebspunkt hinterlegt ist.
Vorzugsweise weisen alle bereitgestellten beziehungsweise hinterlegten Referenzdruckverläufe einen identischen Spritzbeginn auf, wobei der tatsächliche Spritzbeginn bevorzugt aus einer zeitlichen Verschiebung des erfassten Druckverlaufs relativ zu dem Referenzdruckverlauf, der im Rahmen des Vergleichs ermittelt wird, bestimmt wird.
Insgesamt ist es möglich, im Rahmen des Verfahrens durch Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf sowohl den Spritzbeginn als auch die tatsächlich eingespritzte Einspritzmenge zu ermitteln.
Es ist möglich, dass der Druckverlauf zeitaufgelöst in Einheiten der Zeit, vorzugsweise in ms, erfasst wird. Alternativ ist es möglich, dass der Druckverlauf zeitaufgelöst in Einheiten eines Winkels einer rotierenden Welle der Brennkraftmaschine, insbesondere in Einheiten eines Winkels der Kurbelwelle, erfasst wird. In diesem Fall ist es allerdings möglich, zusätzlich die Drehzahl der Brennkraftmaschine oder gegebenenfalls die Drehzahl der konkret herangezogenen Welle, mit zu berücksichtigen. Der Referenzdruckverlauf wird vorzugsweise in denselben Einheiten bereitgestellt wie der Druckverlauf, sodass es keiner Umrechnung vor dem Vergleich bedarf. Unabhängig davon, in welchen Einheiten der Druckverlauf und/oder der Referenzdruckverlauf bereitgestellt werden, werden bevorzugt äquidistante Punkte erfasst beziehungsweise verwendet, die mithin einen konstanten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, sodass sich eine explizite Erfassung oder Hinterlegung für die Zeit- oder Winkelachse erübrigt, wobei sich die Zeit- oder Winkelwerte vielmehr aus einem Index der erfassten Punkte für den Druckverlauf beziehungsweise deren Reihenfolge ergeben. Dies führt zu einer erheblichen Datenreduktion.
Das Verfahren wird vorzugsweise für jeden Injektor einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Injektoren durchgeführt. Dabei ist es im Rahmen des Verfahrens ohne Weiteres möglich, die Einspritzparameter injektorindividuell auszuwerten und für eine injektorindividuelle Regelung der Einspritzung und/oder einer injektorindividuelle Diagnose des Einspritzsystems heranzuziehen.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Druckverlauf in einem Einzelspeicher eines Injektors der Brennkraftmaschine erfasst wird. Dabei weist das Einspritzsystem der Brennkraftmaschine Injektoren auf, welche Einzelspeicher für ein bestimmtes Brennstoffvolumen umfassen, aus denen während einer Einspritzung der eingespritzte Brennstoff entnommen wird. Dies führt im Vergleich zu einem Einspritzsystem ohne Einzelspeicher in den einzelnen Injektoren zu einer besonders effizienten Entkopplung der Injektoren voneinander, sodass sich Einspritzereignisse anderer Injektoren nur wenig oder gar nicht auf den Einzelspeicherdruck eines betrachteten Injektors auswirken. Hierdurch weist das entsprechende Verfahren eine besonders hohe Genauigkeit auf, weil die einzelnen Injektoren voneinander über die separaten Speichervolumina entkoppelt sind. Somit ist im Rahmen des Verfahrens ohne weiteres eine individuelle Bestimmung des wenigstens einen Einspritzparameters für jeden Injektor möglich.
Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher der Druckverlauf in einer Brennstoffleitung zu dem Injektor erfasst wird. Dabei wird die Messstelle für den Druckverlauf vorzugsweise möglichst nah an den Injektor herangelegt. Auch auf diese Weise ist eine injektorindividuelle Bestimmung des wenigstens einen Einspritzparameters möglich. Die Genauigkeit dieser Ausführungsform des Verfahrens kann dadurch gesteigert werden, dass der Druckverlauf stromabwärts einer den Injektor von dem gemeinsamen Hochdruckspeicher separierenden Drossel erfasst wird. Die Drossel ist in der Brennstoffleitung angeordnet, um den Injektor hydraulisch von dem gemeinsamen Hochdruckspeicher zu entkoppeln, sodass sich Druckschwankungen in dem Injektor während der Einspritzung nicht oder nur wenig auf den Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher auswirken. Umgekehrt werden Druckschwankungen in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher, die beispielsweise durch Einspritzereignisse in anderen Injektoren verursacht sind, nur wenig oder gar nicht in den Leitungsabschnitt stromabwärts der Drossel kommuniziert. Jedenfalls bewirkt die Drossel eine Dämpfung von Druckschwankungen in beide Richtungen. Damit ist es mit einer Erfassung des Druckverlaufs stromabwärts der Drossel möglich, den mindestens einen Einspritzparameter mit besonders hoher Genauigkeit injektorindividuell zu bestimmen.
Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Druckverlauf in einem gemeinsamen Hochdruckspeicher des Einspritzsystems erfasst wird. In diesem Fall ist das Verfahren besonders kostengünstig, weil ein Drucksensor im Bereich des gemeinsamen Hochdruckspeichers ohnehin vorgesehen ist, wobei dessen Signale lediglich im Rahmen des Verfahrens in geeigneter Weise ausgewertet werden. Es bedarf also keiner zusätzlichen Sensoren. Auch hierbei ist noch eine injektorindividuelle Bestimmung des wenigstens einen Einspritzparameters möglich, weil die Druckvariationen in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher anhand ihrer zeitlichen Lage den Einspritzereignissen der einzelnen Injektoren zugeordnet werden können. Dabei kann eine solche Zuordnung ohne weiteres von einem Steuergerät vorgenommen werden, welches die einzelnen Injektoren zu ihnen jeweils zugeordneten Zeitpunkten ansteuert. Dabei kann auch eine bekannte Zündfolge der Brennkraftmaschine zur Auswertung herangezogen werden. Es zeigt sich allerdings, dass bei dieser Ausführungsform des Verfahrens eine geringere Genauigkeit erreicht wird als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Eine zylinder- oder injektorindividuelle Regelung der Brennkraftmaschine ist auf der Grundlage dieser Ausführungsform typischerweise nicht möglich, weil die Genauigkeit hierfür nicht ausreicht. Allerdings ist die Genauigkeit hoch genug, um eine Fehlererkennung, insbesondere im Sinne einer On-Board-Diagnose für das Einspritzsystem, durchführen zu können. Hierbei sind nämlich die Genauigkeitsanforderungen geringer als für eine Regelung der Einspritzung. Dabei verwirklicht das Verfahren den Vorteil, dass nicht nur ein Einspritzparameter, wie beispielsweise die Einspritzmenge oder der Spritzbeginn, bestimmt werden können, sondern dass sowohl der Spritzbeginn als auch die Einspritzmenge und insbesondere auch ein Spritzende und/oder eine Spritzdauer ohne weiteres auf der Grundlage des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf ermittelt werden können. Daher ist es im Rahmen des Verfahrens nicht nur möglich, bestehende Anforderungen an ein System zur On-Board-Diagnose der Einspritzung zu erfüllen, sondern gegebenenfalls auch Anforderungen, die in der Zukunft an ein solches System gestellt werden. Das Verfahren ist mithin zukunftsfähig.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher der Vergleich durchgeführt wird, indem eine Kreuzkorrelationsfunktion des erfassten Druckverlaufs mit dem mindestens einen Referenzdruckverlauf berechnet wird. Dabei ist die Kreuzkorrelationsfunktion K(τ) ohne Beschränkung der Allgemeinheit für zwei zeitabhängige Funktionen x(t), y(t) gegeben durch folgende Gleichung: K(τ) = ∫ ∞ / –∞x(t)y(t + τ)dt (1)
Für diskrete Signale x_i, y_i zu diskreten Zeitpunkten t₀, t₀ + i∆t, ..., t₀ + N∆t, für i = 1, ..., N, ist die Kreuzkorrelationsfunktion corr(k) gegeben durch:
Anhand der Kreuzkorrelationsfunktion lassen sich sowohl die Ähnlichkeit als auch die Verschiebung zwischen zwei Signalen, Kurven oder Datensätzen, hier insbesondere zwischen dem erfassten Druckverlauf und dem Referenzdruckverlauf, ermitteln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird aus einer Verschiebung des erfassten Druckverlaufs relativ zu dem Referenzdruckverlauf ein Spritzbeginn als Einspritzparameter ermittelt. Die Kreuzkorrelationsfunktion ist als Ähnlichkeitsmaß und als Maß für die Verschiebung zwischen dem erfassten Druckverlauf und dem Referenzdruckverlauf einfach und schnell zu berechnen.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass als Vergleichswert ein Korrelationskoeffizient des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf berechnet wird. Dabei ist der Korrelationskoeffizient ein Maß für die Ähnlichkeit der miteinander verglichenen Druckverläufe. Er ist maximal, wenn die Druckverläufe maximal ähnlich sind. Es ist auch möglich, als Vergleichswert ein Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion oder ein Integral über die Kreuzkorrelationsfunktion, mithin einen Flächeninhalt unter der Kreuzkorrelationsfunktion heranzuziehen. Der Vergleichswert, insbesondere der Korrelationskoeffizient, wird durch Vergleichen des erfassten Druckverlaufs mit mehr als einem Referenzdruckverlauf maximiert. Dabei wird derjenige Referenzdruckverlauf aufgesucht, welcher bei Korrelation mit dem erfassten Druckverlauf einen maximalen Korrelationskoeffizienten ergibt. Die Einspritzmenge wird als die dem Referenzdruckverlauf mit maximalem Korrelationskoeffizienten zugeordnete Soll-Einspritzmenge festgelegt. Letztlich wird also derjenige Referenzdruckverlauf aufgesucht, der dem erfassten Druckverlauf am ähnlichsten ist, wobei davon ausgegangen wird, dass die tatsächlich eingespritzte Einspritzmenge mit der Soll-Einspritzmenge übereinstimmt, für welche dieser Referenzdruckverlauf hinterlegt ist.
Im Rahmen der Optimierung des Vergleichswerts beziehungsweise der Maximierung des Korrelationskoeffizienten wird – wie bereits dargestellt – bevorzugt mit einem Referenzdruckverlauf begonnen, der durch einen von dem Steuergerät vorgegebenen Betriebspunkt bestimmt ist. Es ist nun bei einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, eine Umgebung dieses Betriebspunkts auf ein lokales Maximum des Korrelationskoeffizienten abzusuchen. Dabei ist grundsätzlich ein beliebiges Suchverfahren verwendbar, wobei sich das Suchverfahren bevorzugt auf eine Gradientenbildung stützt. Beispielsweise ist ein Suchalgorithmus nach Art des sogenannten Hillclimbings anwendbar. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, dass insbesondere mithilfe statistischer Suchverfahren ein globales Maximum des Korrelationskoeffizienten über die Gesamtheit der Referenzdruckverläufe aufgesucht wird. Hierdurch kann gegebenenfalls die Genauigkeit des Verfahrens weiter gesteigert werden. Im Allgemeinen ist es allerdings ausreichend, ein lokales Maximum in der Umgebung des initial vorgegebenen Betriebspunkts aufzusuchen, weil der tatsächlich vorliegende Betriebspunkt nicht zu sehr von dem durch das Steuergerät vorgegebenen Betriebspunkt abweichen sollte, zumindest wenn kein Fehler in dem Einspritzsystem vorliegt. Umgekehrt ist es möglich, einen Fehler in dem Einspritzsystem festzustellen, wenn in einer vorherbestimmten Umgebung um den initialen Betriebspunkt kein geeignetes lokales Maximum aufgefunden werden kann.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der mindestens eine Referenzdruckverlauf als komprimierter Datensatz bereitgestellt wird. Hierdurch ist es möglich, die hinterlegte Datenmenge deutlich zu reduzieren, was letztlich überhaupt erst zu einer Anwendbarkeit des Verfahrens in einer Brennkraftmaschine beziehungsweise auf einem Steuergerät der Brennkraftmaschine beiträgt. Die hier zur Verfügung stehenden Speicherressourcen sind nämlich beschränkt. Der komprimierte Datensatz wird vorzugsweise vor dem Vergleich expandiert, um den jeweiligen Referenzdruckverlauf zu erhalten.
Dabei wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der komprimierte Datensatz durch Hauptkomponentenanalyse aus dem Referenzdruckverlauf berechnet wird, wobei der komprimierte Datensatz durch inverse Hauptkomponentenanalyse expandiert wird. Die Hauptkomponentenanalyse ist eine statistische Analysemethode, die insbesondere dazu dient, umfangreiche Datensätze zu strukturieren und zu vereinfachen.
Konkret wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt folgendermaßen vorgegangen: Für jeden Betriebspunkt des Einspritzsystems wird ein Referenzdruckverlauf ohne Beschränkung der Allgemeinheit als eindimensionaler Spaltenvektor dargestellt. Diese Spaltenvektoren werden zu einer Matrix angeordnet, wobei die Zeilenpositionen der Matrix den verschiedenen Betriebspunkten entsprechen. Insgesamt erhält man so eine Matrix, die entlang ihrer Spaltenindizes sich zeitlich entwickelnde Druckwerte umfasst, während die Zeilenindizes bei festgehaltenem Zeitindex verschiedene Betriebspunkte kennzeichnen. Diese Matrix wird einer Hauptachsentransformation unterworfen, also in einen Vektorraum mit neuer Basis überführt. Die neue Basis wird so gewählt, dass die Kovarianzmatrix des Datensatzes diagonalisiert wird, wobei die Daten des Datensatzes dekorreliert werden. Dabei wird eine statistische Abhängigkeit der einzelnen Komponenten des Datensatzes voneinander minimiert. Zugleich wird die Reihenfolge der Koordinatenachsen so umsortiert, dass die erste Hauptkomponente, die typischerweise der erste Spaltenvektor der transformierten Matrix ist, den größten Anteil an der Gesamtstreuung im Datensatz umfasst, wobei die zweite Hauptkomponente, mithin typischerweise der zweite Spaltenvektor, den zweitgrößten Anteil umfasst, wobei sich dies so fortsetzt. Die wesentliche Information des Datensatzes steckt nun in den ersten Hauptkomponenten, wobei die hinteren Hauptkomponenten einen wesentlich geringeren Anteil an der Gesamtstreuung und somit einen wesentlich geringeren Informationsgehalt umfassen. Es ist daher möglich, die hinteren Hauptkomponenten ersatzlos zu streichen, ohne dass dadurch ein nennenswerter Informationsverlust entsteht. Je nach der gewünschten Genauigkeit des Verfahrens können mehr oder weniger Hauptkomponenten in die Analyse einbezogen werden.
Die zur Expansion des komprimierten Datensatzes notwendigen Daten umfassen die aus dem ursprünglichen Datensatz ermittelten Mittelwerte aus der Mittelung über die Betriebspunkte bei festgehaltenem Zeitindex, die entsprechenden Standardabweichungen, die im Rahmen der Hauptkomponentenanalyse berechneten Hauptkomponenten sowie die Inversen der Koeffizienten der Hauptkomponenten.
Das Verfahren ist besonders mächtig bei sehr großen Datensätzen. Als Beispiel soll ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein Datensatz betrachtet werden, der für 1.000 Betriebspunkte jeweils 501 Messpunkte für die Referenzdruckverläufe umfasst. Der ursprüngliche Datensatz umfasst demnach 501.000 Datenpunkte. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit seien vier Hauptkomponenten ausreichend, um das Verfahren mit hinreichender Genauigkeit durchzuführen. Die letztlich gespeicherten Daten, mithin der komprimierte Datensatz, umfassen nun 501 Werte für die Mittelwerte bei Mittelung über die Betriebspunkte, 501 Werte für die Standardabweichungen, 4.000 Werte für die vier Hauptkomponenten bei 1.000 Betriebspunkten, und 2.004 Werte für die Inversen der Koeffizienten der Hauptkomponenten bei 501 Punkten pro Referenzdruckverlauf. Die Anzahl dieser Datenpunkte addiert sich somit zu insgesamt 7.006 Punkten, was lediglich 1 % der ursprünglichen 501.000 Datenpunkte ausmacht. Die Kompressionsrate steigt bei zunehmender Größe des Ausgangsdatensatzes.
Es zeigt sich so, dass die Hauptkomponentenanalyse zur Erzeugung eines komprimierten Datensatzes aus den Referenzdruckverläufen großes Potential hat und es überhaupt erst ermöglicht, ein solches Verfahren sinnvoll in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine durchzuführen, beziehungsweise entsprechende Datenmengen in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine zu hinterlegen. Andernfalls wäre es nämlich bei heutigen Steuergeräten schlicht nicht möglich, die für eine Durchführung des Verfahrens gewünschte Anzahl von Referenzdruckverläufen mit hinreichender Auflösung in einem Speicherbereich des Steuergeräts bereitzustellen.
Die Hauptkomponentenanalyse wird zur Reduktion der Daten beziehungsweise zur Kompression des Datensatzes bevorzugt initial einmalig durchgeführt, wobei der komprimierte Datensatz in dem Steuergerät hinterlegt wird. Vor einem Vergleich eines Referenzdruckverlaufs mit dem erfassten Druckverlauf wird der Datensatz expandiert, um den für den Vergleich gewünschten Referenzdruckverlauf bereitzustellen. Dies kann sehr schnell und mit nur geringem Aufwand in dem Steuergerät durchgeführt werden.
Die erhebliche Datenreduktion hat weiterhin den Vorteil, dass Kosten, die in Zusammenhang mit der Bereitstellung von Speicherplatz für die Referenzdruckverläufe entstehen, reduziert werden. Die Kompression des Datensatzes einerseits und die Expansion andererseits erfolgen als Softwarelösung nahezu kostenneutral. Insgesamt stehen die Daten in komprimierter Form für eine modellbasierte Regelung der Einspritzung und/oder eine Diagnose des Einspritzsystems im Rahmen des Verfahrens zur Verfügung.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Diese umfasst ein Einspritzsystem, das mindestens einen Injektor aufweist. Die Brennkraftmaschine weist außerdem einen Drucksensor auf, der zur zeitaufgelösten Erfassung eines Druckverlaufs in dem Einspritzsystem während einer Einspritzung ausgebildet und vorzugsweise hierzu geeignet angeordnet ist. Weiterhin ist ein Steuergerät vorgesehen, welches eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Es ist möglich, dass das Steuergerät dadurch zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, dass dieses in die Hardwarestruktur des Steuergeräts implementiert ist. Alternativ ist es möglich, dass in das Steuergerät ein Computerprogrammprodukt geladen ist, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät läuft.
Insoweit wird auch ein Computerprogrammprodukt bevorzugt, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Verfahren auf einer Recheneinrichtung, insbesondere auf einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, läuft.
Es wird auch ein Speichermedium bevorzugt, auf welchem ein solches Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Dabei ist es möglich, dass das Speichermedium als Steuergerät für eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Auch wird separat ein Steuergerät bevorzugt, welches eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens.
Es ist möglich, dass das Steuergerät als Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, welches diese insgesamt steuert. Alternativ ist es möglich, dass zur Durchführung des Verfahrens ein separates Steuergerät vorgesehen ist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass das separate Steuergerät dem Einspritzsystem zugeordnet oder Bestandteil des Einspritzsystems ist.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und umfasst bevorzugt eine Mehrzahl von Zylindern, wobei jedem Zylinder vorzugsweise mindestens ein Injektor zugeordnet ist. Das Verfahren wird in diesem Fall bevorzugt für alle Injektoren und/oder Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt, sodass eine injektor- oder zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung und/oder Diagnose des Einspritzsystems möglich ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt.
Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Es wird eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Steuergerät wenigstens einen Speicherbereich aufweist, wobei in dem Speicherbereich mindestens ein Referenzdruckverlauf für wenigstens einen Betriebspunkt des Einspritzsystems hinterlegt ist. Das Steuergerät ist mit dem Drucksensor zur Erfassung des Druckverlaufs wirkverbunden, wobei es ein Vergleichsmittel aufweist, das eingerichtet ist zur Durchführung eines Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf. Das Steuergerät weist außerdem Mittel auf, um wenigstens einen Einspritzparameter in Abhängigkeit von dem Vergleich zu ermitteln.
Es wird auch eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Einspritzsystem einen gemeinsamen Hochdruckspeicher sowie eine Mehrzahl von Injektoren aufweist, wobei von dem Hochdruckspeicher zu jedem Injektor eine dem Injektor zugeordnete Brennstoffleitung führt. Das Einspritzsystem ist somit als Einspritzsystem mit gemeinsamer Leiste beziehungsweise als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Injektoren jeweils Einzelspeicher, durch welche Druckvariationen in den Injektoren gegenüber dem gemeinsamen Hochdruckspeicher entkoppelt sind.
Alternativ oder zusätzlich umfasst jede Brennstoffleitung eine Drossel, die zwischen dem Hochdruckspeicher und dem der Brennstoffleitung zugeordneten Injektor angeordnet ist. Dabei werden von dem Injektor ausgehende Druckwellen an der Drossel reflektiert, sodass sie sich nicht bis in den gemeinsamen Hochdruckspeicher fortpflanzen. Dies führt zu einer besonders guten Entkopplung der einzelnen Injektoren von dem Hochdruckspeicher und voneinander. Dabei ist bevorzug vorgesehen, dass alle Brennstoffleitungen eine identische Leitungslänge von der Drossel bis zu dem Injektor aufweisen.
Es wird eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Drucksensor derart angeordnet ist, dass er einen Druck in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher erfasst.
Dabei ist der Drucksensor bevorzugt unmittelbar an dem Hochdruckspeicher angeordnet. Alternativ wird bevorzugt, dass der Drucksensor derart angeordnet ist, dass der Druck in einer Brennstoffleitung – vorzugsweise stromabwärts der Drossel – mithilfe des Drucksensors erfassbar ist. In diesem Fall ist der Drucksensor vorzugsweise unmittelbar an oder in der Brennstoffleitung angeordnet.
Alternativ wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem der Drucksensor derart angeordnet ist, dass ein Druck in einem Einzelspeicher eines Injektors erfassbar ist. In diesem Fall ist der Drucksensor bevorzugt unmittelbar an dem Injektor im Bereich des Einzelspeichers angeordnet.
Der Drucksensor ist vorzugsweise als Dehnungssensor oder Dehnmessstreifen ausgebildet.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, bei welchem ein zusätzlicher Drucksensor zur Erfassung eines Drucks in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher vorgesehen ist. Dies ist insbesondere bevorzugt der Fall, wenn der im Rahmen des Verfahrens verwendete Drucksensor derart angeordnet ist, dass er einen Druck in der Brennstoffleitung oder in einem Einzelspeicher eines Injektors erfasst. Der zusätzliche Drucksensor ist vorzugsweise unmittelbar an dem Hochdruckspeicher vorgesehen. Typischerweise ist ein solcher Drucksensor ohnehin bei einem Common-Rail-Einspritzsystem vorgesehen, um den Druck in dem Hochdruckspeicher zu überwachen und/oder einen Betriebspunkt des Einspritzsystems zu bestimmen, wobei insbesondere ein Spritzbeginndruck erfasst wird. Das Steuergerät ist eingerichtet zur Bestimmung eines Betriebspunkts des Einspritzsystems in Abhängigkeit des Drucks in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher. Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet zur Bestimmung eines Spritzbeginndrucks, um den momentanen Betriebspunkt des Einspritzsystems zu bestimmen.
Schließlich wird eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Steuergerät eingerichtet ist zur Vorgabe eines Betriebspunkts des Einspritzsystems. Dabei wird der Betriebspunkt besonders bevorzugt lastabhängig vorgegeben. Insbesondere legt das Steuergerät eine Soll-Einspritzmenge und einen Soll-Spritzbeginn – vorzugsweise zylinder- und injektorindividuell – fest. Zugleich wird bevorzugt entweder mittels einer Hochdruckpumpe ein durch das Steuergerät vorgegebener Druck in dem Hochdruckspeicher erzeugt, und/oder der momentan in dem Hochdruckspeicher vorliegende Druck wird erfasst und mit zur Bestimmung des Betriebspunkts herangezogen. Das Steuergerät ist weiterhin eingerichtet zur Auswahl eines ersten Referenzdruckverlaufs in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Betriebspunkt. Dabei wird dieser erste Referenzdruckverlauf im Rahmen eines Vergleichs zuerst mit dem erfassten Druckverlauf verglichen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass jedenfalls bei fehlerfreier Funktion des Einspritzsystems und der Brennkraftmaschine der tatsächlich vorliegende Betriebspunkt des Einspritzsystems in der Umgebung des von dem Steuergerät vorgegebenen Betriebspunkts liegen sollte.
Vorzugsweise ist das Steuergerät zusätzlich oder alternativ eingerichtet zur Ansteuerung des mindestens einen Injektors in Abhängigkeit des vorgegebenen Betriebspunkts. Der Injektor wird dabei derart angesteuert, dass dem ihm zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt eine vorherbestimmte Menge an Brennstoff zugeführt wird.
Bevorzugt ist das Steuergerät eingerichtet zur Regelung wenigstens eines Einspritzparameters, insbesondere zur Regelung des Spritzbeginns und/oder der Einspritzmenge, wobei die für die Regelung relevanten Abweichungen der tatsächlichen Einspritzparameter von den Soll-Einspritzparametern vorzugsweise im Rahmen des Verfahrens ermittelt werden.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind vorzugsweise Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine. Umgekehrt sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Verfahrensschritte einer Ausführungsform des Verfahrens.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung der Bereitstellung eines komprimierten Datensatzes für Referenzdruckverläufe im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens, und
3 eine schematische Darstellung der Bestimmung von Einspritzparametern im Rahmen der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 2.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist ein Einspritzsystem 3 auf, das mindestens einen Injektor 5 umfasst. Bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise das Einspritzsystem 3 eine Mehrzahl von Injektoren, insbesondere ist die Brennkraftmaschine 1 bevorzugt als Hubkolbenmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern ausgebildet, wobei jedem Zylinder ein Injektor 5 zugeordnet ist. Insoweit ist lediglich der einfacheren Darstellung wegen in 1 beispielhaft nur ein Injektor 5 dargestellt.
Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, dass ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 lediglich einen Injektor 5, insbesondere lediglich einen Zylinder mit einem diesem zugeordneten Injektor 5, aufweist.
Es ist ein Drucksensor 7 zur zeitaufgelösten Erfassung eines Druckverlaufs in dem Einspritzsystem 3 während einer Einspritzung vorgesehen, der bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar an dem Injektor 5 angeordnet ist. Der Drucksensor 7 ist vorzugsweise als Dehnmessstreifen ausgebildet.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst außerdem ein Steuergerät 9, das eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen beziehungsweise einer im Folgenden noch zu beschreibenden Ausführungsform des Verfahrens.
Das Steuergerät 9 umfasst einen Speicherbereich 11, in dem vorzugsweise für eine Mehrzahl von Betriebspunkten des Einspritzsystems 3 Referenzdruckverläufe hinterlegt sind, wobei jedem Betriebspunkt des Einspritzsystems 3 ein Referenzdruckverlauf zugeordnet ist. Insbesondere sind die Referenzdruckverläufe in Abhängigkeit von einer Soll-Einspritzmenge, vorzugsweise einem Soll-Einspritzvolumen, und einem Spritzbeginndruck hinterlegt, wobei alle Referenzdruckverläufe einen übereinstimmenden Spritzbeginn aufweisen. Die Referenzdruckverläufe sind in dem Speicherbereich 11 als komprimierter Datensatz hinterlegt, der durch Hauptkomponentenanalyse aus den vorzugsweise in Prüfstandsversuchen gemessenen und/oder insbesondere in Simulationsrechnungen berechneten Referenzdruckverläufen gewonnen wird.
Das Steuergerät 9 ist mit dem Drucksensor 7 zur Erfassung des Druckverlaufs wirkverbunden, was hier schematisch durch eine erste Wirkverbindung 13 angedeutet ist. Die erste Wirkverbindung 13 kann mittels Kabel oder auch kabellos hergestellt sein.
Das Steuergerät 9 weist ein Vergleichsmittel 15 auf, wobei das Vergleichsmittel 15 eingerichtet ist zur Durchführung eines Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit zumindest einer Untermenge der Referenzdruckverläufe, wobei die für den Vergleich herangezogenen Referenzdruckverläufe beispielsweise in einer vorherbestimmten Umgebung eines Start-Betriebspunkts liegen, der zu Beginn des Vergleichs zur Auswahl des ersten zu vergleichenden Referenzdruckverlaufs durch das Steuergerät 9 vorgegeben wird.
Das Steuergerät 9 weist außerdem Mittel 17 auf, um wenigstens einen Einspritzparameter in Abhängigkeit von dem Vergleich zu ermitteln. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 9 ausgebildet zur Ermittlung einer Einspritzmenge, insbesondere eines Einspritzvolumens, und eines Spritzbeginns in Abhängigkeit von dem Vergleich, wobei die Einspritzmenge durch Maximierung eines Korrelationskoeffizienten im Rahmen des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit einer Mehrzahl von Referenzdruckverläufen als diejenige Einspritzmenge bestimmt wird, die demjenigen Referenzdruckverlauf als Soll-Einspritzmenge zugeordnet ist, welcher mit dem erfassten Druckverlauf den maximalen Korrelationskoeffizienten aufweist, wobei der Spritzbeginn relativ zu dem konstanten Spritzbeginn der Referenzdruckverläufe aus der Verschiebung des erfassten Druckverlaufs relativ zu dem Referenzdruckverlauf mit dem maximalen Korrelationskoeffizient ermittelt wird.
Das Einspritzsystem 3 weist einen gemeinsamen Hochdruckspeicher 19 auf und ist insoweit als Einspritzsystem 3 mit gemeinsamer Leiste beziehungsweise als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet. Dabei führt von dem Hochdruckspeicher 19 zu jedem Injektor 5 eine diesem zugeordnete Brennstoffleitung 21, in der bevorzugt eine Drossel 23 stromabwärts des Hochdruckspeichers 19 und stromaufwärts des der Brennstoffleitung 21 zugeordneten Injektors 5 angeordnet ist. Die Drossel 23 dient dabei einer hydraulischen Entkopplung des Injektors 5 von dem restlichen Teil des Einspritzsystems 3, insbesondere von dem Hochdruckspeicher 19 sowie weiteren, in 1 nicht dargestellten Injektoren 5. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Länge der Brennstoffleitung 21 von der Drossel 23 bis zu dem Injektor 5 für alle Injektoren 5 gleich lang ist.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Injektor 5 einen Einzelspeicher 25 auf. Das einzuspritzende Brennstoffvolumen wird dabei während der Einspritzung unmittelbar dem Einzelspeicher 25 entnommen, was zu einer besonders guten hydraulischen Entkopplung des Injektors 5 von dem restlichen Einspritzsystem 3, insbesondere von dem Hochdruckspeicher 19 sowie von weiteren Injektoren 5 beiträgt. Der Drucksensor 7 ist hier derart an dem Injektor 5 angeordnet, dass durch ihn der Druck in dem Einzelspeicher 25 erfassbar ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1, welches eine Mehrzahl von Injektoren 5 umfasst, ist jedem Injektor 5 ein Drucksensor 7 zugeordnet, der mit dem Steuergerät 9 wirkverbunden ist, sodass das Verfahren injektorindividuell und bevorzugt auch zylinderindividuell durchführbar ist. Es ist dann möglich, im Rahmen des Verfahrens eine injektorindividuelle und bevorzugt auch zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung mithilfe des Verfahrens durchzuführen. Insbesondere sind Einspritzparameter auf Soll-Werte regelbar, wobei bevorzugt der Spritzbeginn und/oder die Einspritzmenge geregelt wird/werden. Die Soll-Einspritzparameter werden dabei von dem Steuergerät 9 in Abhängigkeit eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben. Die tatsächlich vorliegenden Einspritzparameter werden mithilfe des Verfahrens anhand des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf ermittelt.
Es ist ein zusätzlicher Drucksensor 27 vorgesehen, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar an dem Hochdruckspeicher 19 angeordnet ist, wobei durch den Drucksensor 27 ein Druck in dem Hochdruckspeicher 19 erfassbar ist. Das Steuergerät 9 ist zu diesem Zweck mit dem weiteren Drucksensor 27 wirkverbunden, was hier durch eine zweite Wirkverbindung 29, die mittels Kabel oder kabellos hergestellt sein kann, schematisch dargestellt ist. Das Steuergerät 9 ist bevorzugt eingerichtet zur Bestimmung eines Betriebspunkts des Einspritzsystems 3 in Abhängigkeit des Drucks in dem Hochdruckspeicher 19.
Es ist eine Hochdruckpumpe 31 vorgesehen, welche Brennstoff aus einem in 1 nicht dargestellten Tank in den Hochdruckspeicher 19 fördert und – vorzugsweise über eine Regelung, die auf den weiteren Drucksensor 27 zurückgreift – den Druck in dem Hochdruckspeicher 19 auf einem vorherbestimmten Sollwert aufrechterhält. Der Drucksensor 27 dient alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung oder Regelung des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher 19 auch der Erfassung eines Spritzbeginndrucks, der dem Druck in dem Hochdruckspeicher 19 zu Beginn einer Einspritzung entspricht. Da kurz vor dem Beginn der Einspritzung kein Brennstoff über die Brennstoffleitung 21 und die Drossel 23 von dem Hochdruckspeicher 19 in den Einzelspeicher 25 oder zu dem Injektor 5 strömt, kann angenommen werden, dass der in dem Hochdruckspeicher 19 als Spritzbeginndruck erfasste Druck auch dem Druck in der Brennstoffleitung 21, in dem Injektor 5 und/oder in dem Einzelspeicher 25 entspricht.
Das Steuergerät 9 ist bevorzugt eingerichtet zur Vorgabe eines Betriebspunkts des Einspritzsystems 3 sowie zur Auswahl eines ersten Referenzdruckverlaufs in Abhängigkeit von diesem Betriebspunkt. Weiterhin ist das Steuergerät 9 vorzugsweise mit dem Injektor 5 zu dessen Ansteuerung wirkverbunden, was in 1 schematisch durch eine dritte Wirkverbindung 33 dargestellt ist, die mittels Kabel oder kabellos hergestellt sein kann.
Das Steuergerät 9 gibt einen Soll-Betriebspunkt vor und steuert den Injektor 5 über die Wirkverbindung 33 derart an, dass die Einspritzung mit einem dem Soll-Betriebspunkt entsprechenden Spritzbeginn und einer diesem entsprechenden Einspritzmenge durchgeführt wird. Während der Einspritzung wird der Druckverlauf durch den Drucksensor 7 zeitaufgelöst erfasst und über die Wirkverbindung 13 an das Steuergerät 9 übermittelt. Dieses bestimmt abhängig von dem Soll-Betriebspunkt einen ersten Referenzdruckverlauf, mit dem der erfasste Druckverlauf verglichen wird. Es erfolgt dann eine Optimierung eines Vergleichswerts beziehungsweise einer Maximierung eines Korrelationskoeffizienten, um einen Referenzdruckverlauf zu ermitteln, bei welchem der Vergleichswert optimal beziehungsweise der Korrelationskoeffizient maximal wird. Der Vergleich wird bevorzugt durchgeführt, indem der erfasste Druckverlauf mit dem jeweiligen Referenzdruckverlauf kreuzkorreliert wird. Ist ein Referenzdruckverlauf mit optimalem Vergleichswert, insbesondere mit maximalem Korrelationskoeffizient, aufgefunden worden, wird der tatsächliche Spritzbeginn als Zeitverschiebung des erfassten Druckverlaufs relativ zu dem Referenzdruckverlauf ermittelt. Die Einspritzmenge wird als diejenige Einspritzmenge festgelegt, die dem aufgefundenen Referenzdruckverlauf mit optimalem Vergleichswert, insbesondere mit optimalem Korrelationskoeffizienten, zugeordnet ist.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des Verfahrens näher beschrieben: 2 zeigt die Bereitstellung einer Mehrzahl von Referenzdruckverläufen als komprimierter Datensatz bei einer Ausführungsform des Verfahrens in schematischer Darstellung. In einem Schritt S1 werden Referenzdruckverläufe aus Messungen, insbesondere Prüfstandsmessungen, und/oder aus Rechnungen, insbesondere Simulationsrechnungen, die analytisch oder numerisch durchgeführt werden können, bereitgestellt. Diese werden in einem Schritt S2 einer Hauptkomponentenanalyse unterworfen, aus der in einem Schritt S3 ein komprimierter Datensatz resultiert, welcher bevorzugt Mittelwerte und Standardabweichungen der ursprünglichen Daten, insbesondere gemittelt über Betriebspunkte des Einspritzsystems 3, die aus der Hauptkomponentenanalyse resultierenden Hauptkomponenten sowie die Inversen der Koeffizienten der Hauptkomponenten umfasst. Der komprimierte Datensatz wird in dem Steuergerät 9, insbesondere in dem Speicherbereich 11, hinterlegt.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Bestimmung von Einspritzparametern der Brennkraftmaschine 1 im Rahmen der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 2. In einem Schritt S4 wird der komprimierte Datensatz aus dem Speicherbereich 11 ausgelesen und in einem Schritt S5 einer inversen Hauptkomponentenanalyse unterworfen, um in einem Schritt S6 einen Referenzdruckverlauf zu erhalten. Dabei wird von dem Steuergerät 9, durch welches vorzugsweise die inverse Hauptkomponentenanalyse in dem Schritt S5 durchgeführt wird, ein Soll-Betriebspunkt vorgegeben, für welchen der entsprechend zugeordnete Referenzdruckverlauf in den Schritten S5, S6 ermittelt wird.
In einem Schritt S7 wird ein durch den Drucksensor 7 erfasster Druckverlauf bereitgestellt. In einem Schritt S8 berechnet das Steuergerät 9 eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen dem in dem Schritt S6 bereitgestellten Referenzdruckverlauf und dem in dem Schritt S7 bereitgestellten, erfassten Druckverlauf, wobei aus der Kreuzkorrelation in einem Schritt S9 wenigstens ein Korrelationskoeffizient resultiert.
Ausgehend von dem ersten Referenzdruckverlauf wird nun iterativ in einer Schleife 35 mittels eines Suchalgorithmus, der als Schritt S10 dargestellt ist, wenigstens ein Korrelationskoeffizient maximiert, wobei innerhalb der Schleife in dem Schritt S5 stets durch inverse Hauptkomponentenanalyse ein neuer Referenzdruckverlauf in dem Schritt S6 bereitgestellt wird, der mit dem erfassten Druckverlauf in Schritt S8 verglichen wird, wodurch wenigstens ein neuer Korrelationskoeffizient in Schritt S9 resultiert. Die Schleife 35 wird solange durchlaufen, bis ein Maximum des Korrelationskoeffizienten aufgefunden ist. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt S11 wenigstens ein Einspritzparameter anhand des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf, welcher den maximalen Korrelationskoeffizient ergibt, ermittelt. Dabei wird insbesondere bevorzugt ein Spritzbeginn und eine Einspritzmenge in bereits beschriebener Weise anhand des Vergleichs festgestellt.
Es ist insbesondere möglich, dass in dem Schritt S11 Abweichungen des Spritzbeginns und/oder der Einspritzmenge von den durch das Steuergerät 9 vorgegebenen Soll-Werten bestimmt werden. Vorzugsweise wird dann die Einspritzung anhand dieser festgestellten Abweichungen geregelt.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den mindestens einen in Schritt S11 ermittelten Einspritzparameter für eine On-Board-Diagnose des Einspritzsystems 3 heranzuziehen, um insbesondere injektorindividuelle Fehler des Einspritzsystems zu ermitteln und den fehlerbehafteten Injektoren zuzuordnen.
Der Suchalgorithmus, welcher in Schritt S10 durchgeführt wird, wird bevorzugt als lokale Suche in einer Umgebung des von dem Steuergerät 9 festgelegten Soll-Betriebspunkts durchgeführt. Dabei kommt in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der sogenannte Bergsteigeralgorithmus (Hillclimbing) oder ein anderes geeignetes, lokales Suchverfahren zur Anwendung. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein globales Maximum über alle von dem komprimierten Datensatz umfassten Referenzdruckverläufe durchgeführt, wobei bevorzugt ein statistisches Suchverfahren angewendet wird.
Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens und der Brennkraftmaschine möglich ist, auf einfache, kostengünstige und schnelle Weise sehr genau wenigstens einen Einspritzparameter der Brennkraftmaschine 1 zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10356858 B4 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von wenigstens einem Einspritzparameter einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: – Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs in einem Einspritzsystem (3) einer Brennkraftmaschine (1) zumindest während einer Einspritzung; – Bereitstellen von einem Referenzdruckverlauf für wenigstens einen Betriebspunkt des Einspritzssystems (3); – Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf, und – Ermitteln von wenigstens einem Einspritzparameter in Abhängigkeit des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruckverlauf in Abhängigkeit von einer Soll-Einspritzmenge und vorzugsweise einem Druck in einem gemeinsamen Hochdruckspeicher (19) des Einspritzsystems (3), bevorzugt einem Spritzbeginndruck, bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einspritzparameter in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Spritzbeginn und/oder eine Einspritzmenge ermittelt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Mehrzahl von Betriebspunkten jeweils ein Referenzdruckverlauf bereitgestellt wird, wobei der erfasste Druckverlauf mit mehr als einem Referenzdruckverlauf verglichen wird, und wobei eine Optimierung eines Vergleichswerts durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf in einem Einzelspeicher (25) eines Injektors (5) der Brennkraftmaschine (1), in einem gemeinsamen Hochdruckspeicher (19) des Einspritzsystems (3) oder in einer Brennstoffleitung (21) zu dem Injektor (5), vorzugsweise stromabwärts einer den Injektor (5) von dem gemeinsamen Hochdruckspeicher (19) separierenden Drossel (23), erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich durchgeführt wird, indem eine Kreuzkorrelationsfunktion des erfassten Druckverlaufs mit dem mindestens einen Referenzdruckverlauf berechnet wird, wobei vorzugsweise aus einer Verschiebung der Verläufe relativ zueinander ein Spritzbeginn ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichswert ein Korrelationskoeffizient des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf berechnet wird, wobei der Korrelationskoeffizient durch Vergleichen des erfassten Druckverlaufs mit mehr als einem Referenzdruckverlauf maximiert wird, wobei eine Einspritzmenge als die dem Referenzdruckverlauf mit maximalem Korrelationskoeffizient zugeordnete Einspritzmenge festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Referenzdruckverlauf als komprimierter Datensatz bereitgestellt wird, wobei der komprimierte Datensatz vor dem Vergleich expandiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der komprimierte Datensatz durch Hauptkomponentenanalyse aus dem Referenzdruckverlauf berechnet wird, wobei der komprimierte Datensatz durch inverse Hauptkomponentenanalyse expandiert wird.
Brennkraftmaschine (1), mit – einem Einspritzsystem (3), das mindestens einen Injektor (5) aufweist, – einem Drucksensor (7) zur zeitaufgelösten Erfassung eines Druckverlaufs in dem Einspritzsystem (3) während einer Einspritzung, und mit – einem Steuergerät (9), das eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) wenigstens einen Speicherbereich (11) aufweist, wobei in dem Speicherbereich (11) mindestens ein Referenzdruckverlauf für wenigstens einen Betriebspunkt des Einspritzsystems (3) hinterlegt ist, wobei das Steuergerät (9) mit dem Drucksensor (7) zur Erfassung des Druckverlaufs wirkverbunden ist, wobei das Steuergerät (9) ein Vergleichsmittel (15) aufweist, das eingerichtet ist zur Durchführung eines Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf, wobei das Steuergerät (9) Mittel (17) aufweist, um wenigstens einen Einspritzparameter in Abhängigkeit von dem Vergleich zu ermitteln.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem (3) einen gemeinsamen Hochdruckspeicher (19) und eine Mehrzahl von Injektoren (5) aufweist, wobei von dem Hochdruckspeicher (19) zu jedem Injektor (5) eine Brennstoffleitung (21) führt, wobei vorzugsweise jede Brennstoffleitung (21) eine Drossel (23) zwischen dem Hochdruckspeicher (19) und dem der Brennstoffleitung (21) zugeordneten Injektor (5) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (7) derart angeordnet ist, dass er einen Druck in einem Einzelspeicher (25) des Injektors (5), in der Brennstoffleitung (21) – vorzugsweise stromabwärts der Drossel (23) –, oder in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher (19) erfasst.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Drucksensor (27) zur Erfassung eines Drucks in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher (19), wobei das Steuergerät (9) eingerichtet ist zur Bestimmung eines Betriebspunkts des Einspritzsystems (3) in Abhängigkeit des Drucks in dem gemeinsamen Hochdruckspeicher (19).
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) eingerichtet ist zur Vorgabe eines Betriebspunkts des Einspritzsystems (3) und zur Auswahl eines ersten Referenzdruckverlaufs in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt, sowie vorzugsweise zur Ansteuerung des mindestens einen Injektors (5) in Abhängigkeit des Betriebspunkts.