DE102013223756A1 - Verfahren zum Betreiben von Injektoren eines Einspritzsystems - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben von Injektoren eines einen Druckspeicher aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem die Nadelbewegung der Injektoren durch einen Aktor direkt gesteuert wird. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Injektorkalibrierverfahren, bei dem in einem ersten Schritt (1) des Verfahrens, die IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die angeforderte Kraftstoffmenge oder über den bewirkten Druckverlust im Druckspeicher (Rail) ermittelt wird. In weiteren Schritten (2, 3) des Verfahrens werden Sollwerte für die an der Pumpe angeforderte Kraftstoffmenge oder den Druckverlust im Druckspeicher bereitgestellt. Im folgenden Schritt (4) des Verfahrens wird die ermittelte angeforderte Kraftstoffmenge oder der ermittelte Druckverlust mit der Sollkraftstoffmenge oder dem Solldruckverlust für jeden Injektor abgeglichen und beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor wird in einem anschließenden Schritt (5) ein Steuer/Regelverfahren durchgeführt, um die festgestellte Abweichung zu reduzieren bzw. zu eliminieren und auf diese Weise eine Korrektur der vom entsprechenden Injektor eingespritzten Einspritzmenge durchzuführen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Injektoren eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, bei dem die Nadelbewegung der Injektoren durch einen Aktor direkt gesteuert wird.
- Injektoren von Brennkraftmaschinen weisen nach ihrer Herstellung Fertigungstoleranzen auf. Dies hat zur Folge, dass jeder Injektor bei einer Ansteuerung mit dem selben Signal eine unterschiedliche Kraftstoffmenge abgibt. Es versteht sich von selbst, dass man versucht, diese Abweichungen so klein wie möglich zu halten.
- Bei den hier angesprochenen Injektoren handelt es sich um solche, bei denen die Bewegung der Nadel des Injektors durch einen Aktor direkt, d. h. ohne Servoventil, insbesondere über direkten Kontakt, über Hebel oder über eine hydraulische Kopplung, gesteuert wird. Solche direkt gesteuerten Injektoren besitzen keine Schaltleckage. Somit entspricht (dynamisch betrachtet) die während eines Zyklus aus dem Druckspeicher entnommene Kraftstoffmenge der Einspritzmenge, die ein Injektor in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingeführt hat.
- Bei derartigen Injektoren mit direkt gekoppelter Düsennadel können die vorstehend erwähnten Abweichungen in der Einspritzmenge wie folgt typisiert werden:
Typ 1: Abweichung in Öffnungs- und Schließzeitpunkten
Typ 2: Abweichung in der Maximalrate - Abweichungen, welche aus einer Kombination der beiden vorstehend angegebenen Typen bestehen, sind ebenfalls möglich.
- Es sind verschiedene Verfahren bzw. Strategien bekannt, um derartige Abweichungen zu reduzieren oder zu eliminieren. Bei einem ersten bekannten Verfahren findet eine Klassierung der entsprechenden Injektoren statt. Dabei werden die Injektoren an gewissen Punkten vermessen, und die entsprechenden Abweichungen werden codiert. Anschließend wird die Codierung auf die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine übertragen, um entsprechende Adoptionsfunktionen anwenden zu können.
- Bei einem anderen Verfahren findet eine Schließzeitregelung zur Elimination von Abweichungen vom Typ 1 Anwendung. Hierbei werden die Schließzeiten der Injektoren detektiert und die Abweichungen korrigiert. Bei noch einem weiteren Verfahren wird eine Zylinderdruckindizierung zur Brennverlaufskontrolle und Zylindergleichstellung durchgeführt. Bei einem anderen Verfahren finden auf der Basis eines Kurbelwellenbeschleunigungssignals ein Zylinder-Balancing und eine Mengenschätzung statt.
- Die vorstehend genannten Verfahren sind in der Regel aufwendig und in Bezug auf die Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse verbesserungsfähig.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit dem auf besonders einfache und genaue Weise Abweichungen der von Injektoren zu dosierenden Kraftstoffmengen festgestellt und reduziert/eliminiert werden können.
- Diese Aufgabe wird bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln der IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher;
Abgleichen der ermittelten angeforderten Kraftstoffmenge oder des ermittelten Druckverlustes mit einer Sollkraftstoffmenge oder einem Solldruckverlust für jeden Injektor; und
beim Festellen einer Abweichung bei einem Injektor Durchführung eines Steuer/Regelverfahrens zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung. - Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln der IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher;
Abgleichen der ermittelten angeforderten Kraftstoffmenge oder des ermittelten Druckverlustes unter den Injektoren des Einspritzsystems; und
beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor Durchführung eines Steuer/Regelverfahrens zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung. - Beide Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens machen sich die Tatsache zunutze, dass direkt gesteuerte Injektoren keine Schaltleckage besitzen. Da somit die während eines Zyklus aus dem Druckspeicher entnommene Kraftstoffmenge der Einspritzmenge entspricht, die ein Injektor in den Brennraum eingespritzt hat, ist eine sehr genaue Schätzung der Einspritzmenge möglich, und zwar einerseits über den Druckverlust im Druckspeicher und andererseits über die an der Pumpe geforderte Menge. Zur Detektion der IST-Einspritzmenge wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die von der Pumpe angeforderte Menge oder der Druckverlust im Druckspeicher bestimmt. Die an der Pumpe geforderte Menge wird hierbei typischerweise durch einen eigenen Regler ebenfalls aus dem Druckverlauf im Druckspeicher bestimmt. Diese Methode funktioniert besonders gut bei einer synchron laufenden Kolbenpumpe, die die Kraftstoffmenge zylinderindividuell zumessen kann.
- Nach dem Ermitteln der IST-Einspritzmenge wird bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die ermittelte angeforderte Kraftstoffmenge oder der ermittelte Druckverlust mit einer Sollkraftstoffmenge oder einem Solldruckverlust für jeden Injektor abgeglichen. Diese Sollkraftstoffmenge oder dieser Solldruckverlust sind auf der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine hinterlegt. Bei Feststellung einer Abweichung bei einem Injektor zwischen den IST- und SOLL-Werten wird dann ein Steuer/Regelverfahren zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung durchgeführt.
- Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ermittelte angeforderte Kraftstoffmenge oder der ermittelte Druckverlust unter den Injektoren des Einspritzsystems abgeglichen. Beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor wird ein entsprechendes Steuer/Regelverfahren zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung durchgeführt.
- Bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher Druckregelungsparameter zur Kontrolle und Korrektur der Einspritzmengen verwendet. Dabei wird die Korrelation zwischen einer volumengesteuerten Druckregelung und einer schaltleckagefreien Injektorbetätigung zur Kraftstoffzumessung ausgenutzt.
- Mit den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich eine Reihe von Vorteilen erzielen. Es besteht keine Notwendigkeit mehr, die Injektoren zu codieren. Injektor-zu-Injekor-Abweichungen können automatisch erfasst werden. Streuungen innerhalb eines Systems von mehreren Injektoren können weitgehend ausgeschaltet werden. Ferner besteht die Möglichkeit zur Erkennung eines „Drifts” eines Injektors innerhalb des Systems, wobei eine Korrektur eines derartigen Drifts durchgeführt werden kann. Es ist eine Zylindergleichstellung möglich, auch und vor allem bei hohen Lasten und Drehzahlen. Rückschlüsse auf Durchflussänderungen in Kombination mit Schließpunkterkennungen für lange Einspritzzeiten und Rückschlüsse auf Energiebedarf zur Korrektur der Öffnungscharakteristik in Kombination mit Schließpunkterkennung für kurze Einspritzzeiten sind durchführbar.
- In Weiterbildung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus den ermittelten angeforderten Kraftstoffmengen oder den ermittelten Druckverlusten ein Mittelwert oder Medianwert gebildet, und es werde alle Abweichungen der Werte der Injektoren vom Mittelwert oder Medianwert bestimmt, um den Abgleich durchzuführen. Es kann dann eine Korrektur in Richtung auf den Mittelwert oder Medianwert durchgeführt werden.
- Bei dieser und der vorherigen Verfahrensvariante kann auch bestimmt werden, ob eine Abweichung außerhalb der korrigierbaren Korridore liegt.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Korrektur der Abweichung bei der ersten und zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über ein geeignetes Steuer/Regelverfahren durchgeführt wird. Beispielsweise kann als Steuer/Regelverfahren eine Schließzeitregelung durchgeführt werden. Eine derartige Schließzeitregelung ist an sich bekannt, wobei der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt eines Injektors detektiert und mit entsprechenden Sollwerten verglichen wird. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine derartige Schließzeitregelung mit der Bestimmung der IST-Einspritzmenge über die von der Pumpe angeforderte Kraftstoffmenge oder über den Druckverlust im Druckspeicher kombiniert.
- Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich zu einer Schließzeitregelung eine Korrektur über die Anpassung der Ansteuerdauer des Injektors durchgeführt. Bei einer anderen Verfahrensvariante wird zusätzlich zu einer Schließzeitregelung eine Korrektur durch Anpassung der Aktor-Bestromung durchgeführt.
- Derartige Verfahrensvarianten können beispielsweise durchgeführt werden, wenn eine Abweichung vom Typ 1 (Abweichung in Öffnungs- und Schließzeitpunkten) auskorrigiert ist und die verbleibende nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erkannte Abweichung sich eindeutig als Abweichung vom Typ 2 (Abweichung in der Maximalrate) zuordnen lässt. Bei Durchführung einer Korrektur über die Anpassung der Ansteuerdauer des Injektors findet hierbei beispielsweise eine längere Bestromung bei der Korrektur der Menge nach oben bzw. eine kürzere Bestromung des Aktors bei der Korrektur der Menge nach unten statt. Bei der Korrektur durch Anpassung der Aktor-Bestromung kann beispielsweise eine Erhöhung/Reduzierung der Energie oder eine Modifikation des Ansteuerprofils durchgeführt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass es als On-Board-Diagnose während des Normalbetriebes des Einspritzsystems durchgeführt werden kann. Somit lässt sich eine automatische On-Board-Erkennung der Injektor-zu-Injektor-Abweichungen durchführen. Diese On-Board-Durchführung beinhaltet auch das anschließende Steuer/Regelverfahren.
- Bei noch einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abweichung (Typ 1) im Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt eines Injektors über ein anderes Verfahren auskorrigiert und wird die verbleibende Abweichung (Typ 2) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt und über ein Steuer/Regelverfahren reduziert/eliminiert.
- Mit dem anderen Verfahren, das in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, wird hierbei eine Abweichung im Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt (eingangs beschriebener Typ 1) ermittelt und auskorrigiert. Die in der Regel dann noch verbleibende Abweichung des eingangs beschriebenen Typs 2 (Abweichung in der maximalen Einspritzrate) wird dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt (eindeutig als Abweichung vom Typ 2 zuordbar). Diese Abweichung kann dann über ein Steuer/Regelverfahren reduziert/eliminiert werden, beispielsweise über die vorstehend erwähnte Anpassung der Ansteuerdauer des Injektors oder über die vorstehend erwähnte Anpassung der Aktor-Bestromung.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben von Injektoren; -
2 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines derartigen Verfahrens; und -
3 ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines derartigen Verfahrens. - Bei dem hier beschriebenen Verfahren zum Betreiben von Injektoren eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine handelt es sich um ein Verfahren, das als On-Board-Diagnose während des Normalbetriebes des Einspritzsystems durchgeführt wird. Die Injektoren dieses Einspritzsystems sind solche, deren Nadelbewegung durch einen Aktor direkt gesteuert wird, d. h. solche, die ohne Servoventil arbeiten. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich um einen Dieselmotor.
- In Schritt
1 des Verfahrens, das auch als Kalibrierverfahren der Injektoren bezeichnet werden kann, wird die IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher (Rail) ermittelt. In den Schritten2 und3 werden Sollwerte für die an der Pumpe angeforderte Kraftstoffmenge oder den Druckverlust im Druckspeicher bereitgestellt, die beispielsweise in der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine gespeichert sind. In Schritt4 wird die ermittelte angeforderte Kraftstoffmenge oder der ermittelte Druckverlust mit der Sollkraftstoffmenge oder dem Solldruckverlust für jeden Injektor abgeglichen. Beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor wird in Schritt5 ein Steuer/Regelverfahren durchgeführt, um die festgestellte Abweichung zu reduzieren bzw. zu eliminieren und auf diese Weise eine Korrektur der vom entsprechenden Injektor eingespritzten Einspritzmenge durchzuführen, beispielsweise eine Schließzeitregelung. - Bei der in
2 dargestellten Verfahrensvariante wird ebenfalls die IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher ermittelt (Schritt6 ). Der hier angesprochene Dieselmotor besitzt vier Zylinder und somit auch vier Injektoren, wobei die IST-Einspritzmengen für alle vier Injektoren ermittelt werden. Aus den erhaltenen Werten wird in Schritt7 ein Mittelwert gebildet, und in Schritt8 findet ein Abgleich der ermittelten angeforderten Kraftstoffmenge oder des ermittelten Druckverlustes unter den vier Injektoren des Einspritzsystems statt. Beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor vom Mittelwert wird ein entsprechendes Steuer/Regelverfahren zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung durchgeführt (Schritt9 ). - Bei der in
3 dargestellten Verfahrensvariante wird eine Abweichung im Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt eines Injektors des Einspritzsystems über ein anderes Verfahren auskorrigiert (Schritt20 ). Die verbleibende Abweichung, die durch das andere Verfahren nicht auskorrigiert werden konnte, wird dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt und auskorrigiert. Hierbei wird in Schritt21 in der vorstehend beschriebenen Weise die IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher ermittelt. In den Schritten22 und23 wird aus der Steuereinrichtung eine Sollkraftstoffmenge oder ein Solldruckverlust für jeden Injektor zur Verfügung gestellt. Die ermittelte angeforderte Kraftstoffmenge oder der ermittelte Druckverlust werden in Schritt24 mit der Sollkraftstoffmenge oder dem Solldruckverlust abgeglichen. Beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor wird ein entsprechendes Steuer/Regelverfahren in Schritt25 durchgeführt. Auf diese Weise kann die verbleibende Abweichung (Typ 2) korrigiert werden. Das angewendete Steuer/Regelverfahren kann eine Anpassung der Ansteuerdauer des Injektors als zusätzliche Korrektur oder eine Korrektur durch Anpassung der Aktor-Bestromung enthalten.
Claims (9)
- Verfahren zum Betreiben von Injektoren eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, bei dem die Nadelbewegung der Injektoren durch einen Aktor direkt gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Ermitteln der IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher; Abgleichen der ermittelten angeforderten Kraftstoffmenge oder des ermittelten Druckverlustes mit einer Sollkraftstoffmenge oder einem Solldruckverlust für jeden Injektor; und beim Festellen einer Abweichung bei einem Injektor Durchführung eines Steuer/Regelverfahrens zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung.
- Verfahren zum Betreiben von Injektoren eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, bei dem die Nadelbewegung der Injektoren durch einen Aktor direkt gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Ermitteln der IST-Einspritzmenge eines jeden Injektors des Einspritzsystems über die für einen vorgegebenen Zeitpunkt an der Pumpe des Einspritzsystems für jeden Injektor angeforderte Kraftstoffmenge oder über den durch den Einspritzvorgang bewirkten Druckverlust im Druckspeicher; Abgleichen der ermittelten angeforderten Kraftstoffmenge oder des ermittelten Druckverlustes unter den Injektoren des Einspritzsystems; und beim Feststellen einer Abweichung bei einem Injektor Durchführung eines Steuer/Regelverfahrens zur Reduzierung/Eliminierung der festgestellten Abweichung.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten angeforderten Kraftstoffmengen oder den ermittelten Druckverlusten ein Mittelwert oder Medianwert gebildet wird und alle Abweichungen der Werte der Injektoren vom Mittelwert oder Medianwert bestimmt werden, um den Abgleich durchzuführen.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob eine Abweichung außerhalb der korrigierbaren Korridore liegt.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuer/Regelverfahren eine Öffnungs/Schließzeitregelung durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einer Schließzeitregelung eine Korrektur über die Anpassung der Ansteuerdauer des Injektors durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einer Schließzeitregelung eine Korrektur durch Anpassung der Aktor-Bestromung durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als On-Board-Diagnose während des Normalbetriebes des Einspritzsystems durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung (Typ 1) im Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt eines Injektors über ein anderes Verfahren auskorrigiert wird und die verbleibende Abweichung (Typ 2) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt und über ein Steuer/Regelverfahren reduziert/eliminiert wird.
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