-
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Gleichstellen der Einspritzmengen einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren eines Kraftstoffeinspritzsystems. Noch ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm, die beide zum Durchführen der vorgenannten Verfahren eingerichtet sind.
-
Ein bekanntes Verfahren zum Bestimmen und Gleichstellen der Einspritzmenge basiert auf ein Bestimmen der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Injektoren in elektrischen Ansteuersignalen. Hierbei werden die Öffnunqs- und Schließzeitpunkte zeitlich erfasst und gleichgestellt. Damit werden dann ebenfalls eingespritzte Mengen angeglichen falls die Düsendurchflüsse der Injektoren gleich sind.
-
Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das Bestimmen der Einspritzmenge durch MFMA (Minimum Fuel Mass Detection). Hierbei wird im Schubbetrieb eine kleine Menge Kraftstoff eingespritzt und durch die Beschleunigung der Kurbelwelle die Einspritzmenge ermittelt. Dieses Verfahren ist sehr kalibrationsaufwendig, da es von fahrzeugspezifischen Eigenschaften abhängig ist (bewegte Massen etc.).
-
Ein noch weiteres bekanntes Verfahren ist die Einspritzmengenbestimmung durch zusätzliche Sensoren. Am bzw. im Injektor oder Kraftstoffsystem werden zusätzliche Sensoren (DMS, Kraftsensoren, Drucksensoren etc.) angebracht, um Beschleunigungen bzw. Kräfte zu messen, die dem zeitlichen Öffnen und Schließen eines Injektors zugeordnet werden können.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und vereinfachtes Verfahren zum Bestimmen und Gleichstellen der Einspritzmenge von Kraftstoffinjektoren bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Abschließen des Kraftstoffeinspritzsystems, damit dieses im Wesentlichen hydraulisch abgedichtet ist, (b) Erfassen eines ersten Wertes des Druckes im Kraftstoffeinspritzsystem, Durchführen eines Einspritzvorganges, wobei Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in einem Zylinder eingespritzt wird, (c) Erfassen eines zweiten Wertes des Druckes im Kraftstoffeinspritzsystem, und (d) Bestimmen der Einspritzmenge basierend auf dem ersten Wert, dem zweiten Wert und einer vorbestimmten Funktion.
-
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei hydraulisch dicht abgeschlossenem Kraftstoffeinspritzsystem ein direkter Zusammenhang zwischen Druckabfall im System und Einspritzmenge besteht. Das beschriebene Verfahren ermöglicht somit eine einfache Bestimmung der Einspritzmenge unter Verwendung vorhandener Sensoren (z.B. Raildrucksensor), die schnell und mit geringem Kalibrationsaufwand durchgeführt werden kann.
-
In diesem Dokument bezeichnet „Einspritzmenge“ insbesondere die Menge von Kraftstoff, die während eines Einspritzvorganges vom Kraftstoffeinspritzsystem durch einen Kraftstoffinjektor in einem Zylinder eingespritzt wird.
-
In diesem Dokument bezeichnet „vorbestimmter Funktion“ insbesondere eine Funktion, die den Zusammenhang zwischen Druck im System und Einspritzmenge darstellt. Die vorbestimmte Funktion mag insbesondere als eine Tabelle mit einer Reihe von zusammengehörenden Werten gespeichert sein, wobei für Werte, die nicht direkt in der Tabelle hinterlegt sind, Interpolation verwendet werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ausgeführt werden, wenn das Kraftstoffeinspritzsystem unter Druck steht, z.B. während Schubbetrieb, beim Stillstand des Fahrzeugs oder kurz nach Abstellen des Motors, solange der hydraulische Druck im Kraftstoffsystem noch nicht vollständig abgebaut ist. Als erstes wird das Kraftstoffeinspritzsystem hydraulisch abgeschlossen, so dass es im Wesentlichen (bis auf eventuelle Leckagen) dicht ist, und der erste Wert des Drucks im System wird erfasst. Dann wird ein Einspritzvorgang durchgeführt und danach wird der zweite Wert des Drucks im System erfasst. Endlich wird die Einspritzmenge basierend auf dem ersten Wert, dem zweiten Wert und der vorbestimmten Funktion bestimmt.
-
Das Verfahren wird vorzugsweise für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor des Systems durchgeführt.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Einspritzvorgang eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden einzelnen Einspritzungen auf. Der Einspritzvorgang mag insbesondere zwischen 5 und 100, insbesondere zwischen 10 und 85, insbesondere zwischen 15 und 65, insbesondere zwischen 20 und 50 einzelne Einspritzungen aufweisen.
-
Die einzelnen Einspritzungen mögen durch passende Einspritzpausen getrennt sein. Somit wird erreicht, dass durch die vorhergehende Einspritzung ausgelöste Druckschwingungen abgebaut sind, wenn die nächste Einspritzung eingeleitet wird.
-
Insgesamt besteht der Einspritzvorgang gemäß diesem Ausführungsbeispiel also aus einer Mehrzahl von einzelnen, durch kurze Einspritzpausen getrennten Einspritzungen.
-
Die Einspritzmenge, die basierend auf der vorbestimmten Funktion und den beiden Druckwerten bestimmt wird, mag insbesondere die Kraftstoffmenge sein, die durch die erste von der Mehrzahl von Einspritzungen im Zylinder eingespritzt wird. Alternativ mag die Einspritzmenge eine durchschnittliche Kraftstoffmenge pro Einspritzung oder die gesamte eingespritzte Kraftstoffmenge sein.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Zeitdauer jeder einzelnen Einspritzung gleich.
-
Mit anderen Worten ist die Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors für jede Einspritzung gleich lang. In diesem Fall wird für jede Einspritzung eine geringfügig kleinere Kraftstoffmenge im Zylinder eingespritzt, da der Druck im Einspritzsystem nach jeder Einspritzung abnimmt. Dies wird in der vorbestimmten Funktion berücksichtigt.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Einspritzvorgang beendet, wenn der Druck im Kraftstoffeinspritzsystem gleich einem vorbestimmten Wert ist.
-
Mit anderen Worten werden so viele Einspritzungen gemacht, dass der Druck im System mit einem vorbestimmten Betrag abfällt. In diesem Falle berücksichtigt die vorbestimmte Funktion auch die Anzahl von Einspritzungen.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner eine Referenzmessung auf, die folgendes aufweist: (a) Abschließen des Kraftstoffeinspritzsystems, damit dieses im Wesentlichen hydraulisch abgedichtet ist, (b) Erfassen eines ersten Referenzwertes des Druckes im Kraftstoffeinspritzsystem, (c) Warten eine vorbestimmte Zeitdauer, (d) Erfassen eines zweiten Referenzwertes des Druckes im Kraftstoffeinspritzsystem, und (e) Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Referenzwert und dem zweiten Referenzwert.
-
Mit anderen Worten wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Referenzmessung durchgeführt, die bis auf die tatsächliche Einspritzung von Kraftstoff gleich dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und den obigen Ausführungsbeispielen abläuft. Somit kann der Einfluss eventueller Leckagen im System ermittelt werden, die über Zeit zu einem gewissen Druckabfall führen.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung basiert das Bestimmen der Einspritzmenge ferner auf der bestimmten Differenz.
-
Somit kann ein zusätzlicher Druckabfall aufgrund von Leckagen effektiv kompensiert und die Präzision des Verfahrens entsprechend verbessert werden.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die vorbestimmte Funktion eine Einspritzmenge als Funktion vom Druckabfall im Kraftstoffeinspritzsystem dar.
-
Der Druckabfall wird als die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert des Druckes im Kraftstoffeinspritzsystem bestimmt.
-
Die vorbestimmte Funktion mag weitere Parameter berücksichtigen, wie z.B. Temperatur, Injektorpositionen im System, Kraftstoffart (unterschiedlicher E-Modul, z.B. Standarddiesel/Winterdiesel).
-
Die vorbestimmte Funktion mag auch eventuelle Leckagen im System berücksichtigen. Alternativ wird, wie oben beschrieben, durch Durchführung einer Referenzmessung für Leckagen korrigiert.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Gleichstellen der Einspritzmengen einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren eines Kraftstoffeinspritzsystems beschrieben. Das beschriebenen Verfahren weist folgendes auf: (a) Bestimmen der Einspritzmenge für jeden Kraftstoffinjektor mittels des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele und (b) Justieren der Einspritzung jedes Kraftstoffinjektors, damit die entsprechenden Einspritzmengen gleichgestellt werden.
-
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee als das oben beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und verwendet die bestimmten injektorspezifischen Einspritzmengen zum Justieren der einzelnen Kraftstoffinjektoren, so dass diese alle die gleiche Menge von Kraftstoff einspritzen.
-
Das Justieren mag z.B. so erfolgen, dass die Einspritzzeiten für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor, d.h. die Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors, verlängert oder verkürzt wird, so dass alle Kraftstoffinjektoren bei der nächsten Ansteuerung im Wesentlichen die gleiche Menge von Kraftstoff einspritzen werden.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt sowie den oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eingerichtet ist.
-
Diese Motorsteuerung ermöglicht es in einfacher Weise und ohne zusätzliche Hardware regelmäßig die Einspritzmengen der Kraftstoffinjektoren zu überprüfen und gegebenenfalls zu justieren bzw. gleichzustellen.
-
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt sowie den oben beschriebenen Ausführungsbeispiele durchzuführen.
-
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
-
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
-
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
-
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
-
1 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gleichstellen von Einspritzmengen.
-
2 zeigt Abbildungen von Druck im Einspritzsystem, Gesamteinspritzmenge und Einspritzmenge pro Einspritzung als Funktionen der Zeit in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
-
1 zeigt ein Flussdiagramm 100 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gleichstellen von Einspritzmengen. Das Verfahren fängt bei 105 durch Auswählen eines ersten Kraftstoffinjektors an, wobei das Kraftfahrzeug in einem geeigneten Zustand ist (z.B. Schubbetrieb, Stillstand oder kürzlich abgestellt), in dem das Einspritzsystem hydraulisch abgeschlossen und nur mit einem Kraftstoffinjektor eingespritzt werden kann.
-
Bei 110 wird das Einspritzsystem hydraulisch abgedichtet, so dass – abgesehen von eventuellen Leckagen im System – der Druck im Wesentlichen konstant bleiben soll. Der Wert dieses Drucks wird bei 120 erfasst, zum Beispiel mittels geeigneter Sensoren. Ein typischer Wert ist hier etwa 100 bar bei Benzinmotoren und etwa 1000 bar bei Dieselmotoren. Bei 130 wird dann ein Einspritzvorgang durchgeführt. Dabei wird mehrmals mit konstanter Einspritzzeit eine kleine Menge von Kraftstoff, z.B. 1 bis 2 mg, eingespritzt. Zwischen den einzelnen Einspritzungen wird so lange gewartet, bis die durch die vorhergehende Einspritzung ausgelösten Druckschwingungen abgebaut sind. Nach dem Einspritzvorgang wird bei 140 der Druck im System erneut gemessen, d.h. ein zweiter Wert des Druckes wird erfasst. Bei 150 wird dann die Einspritzmenge basierend auf dem ersten Wert, dem zweiten Wert und einer vorbestimmten Funktion bestimmt. Die vorbestimmte Funktion ist z.B. in Form eines Datensatzes gespeichert und ermöglicht dem Bestimmen der Einspritzmenge (insbesondere die Einspritzmenge der ersten Einspritzung während des Einspritzvorgangs) als Funktion vom Druckabbau im System.
-
Nachdem die Einspritzmenge des ersten Kraftstoffinjektors bei 150 bestimmt worden ist, wird bei 160 geprüft, ob die Einspritzmenge für alle Kraftstoffinjektoren bestimmt worden ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der nächste Kraftstoffinjektor ausgewählt bei 165 und die oben beschriebenen Schritte 110 bis 150 werden für den nächsten Kraftstoffinjektor durchgeführt.
-
Wenn es bei 160 bestimmt wird, dass die Einspritzmenge für alle Kraftstoffinjektoren bestimmt worden ist, geht das Verfahren weiter zum Schritt 170, in welchem die Einspritzung der Kraftstoffinjektoren anhand der bestimmten Einspritzmengen derart justiert wird, dass die Einspritzmengen gleichgestellt werden.
-
Mit dem oben beschriebenen Verfahren kann die Einspritzmengen der einzelnen Kraftstoffinjektoren regelmäßig schnell und zuverlässig gleichgestellt werden, ohne Spezialausrüstung und/oder aufwendige Kalibrierungsvorgänge.
-
2 zeigt Abbildungen von Druck im Einspritzsystem 210, Gesamteinspritzmenge 220 und Einspritzmenge pro Einspritzung 230 als Funktionen der Zeit in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung. Genauer gesagt zeigen die Graphen 210, 220 und 230 simulierte Verläufe eines typischen Einspritzsystems, wenn das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
-
Der Graph 210 zeigt fünf Druckkurven (Druck in bar als Funktionen der Zeit in Sekunden) 211, 212, 213, 214 und 215 ausgehend von einem Anfangsdruck von 100 bar während eines Einspritzvorgangs mit vielen aufeinanderfolgenden kleinen Einspritzungen. Die fünf Kurven 211, 212, 213, 214 und 215 unterscheiden sich durch die eingestellten Einspritzmengen. Somit entspricht die Kurve 211 eine Einspritzmenge von 1,0 mg, die Kurve 212 eine Einspritzmenge von 1,1 mg, die Kurve 213 eine Einspritzmenge von 1,3 mg, die Kurve 214 eine Einspritzmenge von 1,5 mg und die Kurve 215 eine Einspritzmenge von 2,0 mg. Bei der größeren Einspritzmenge ist der Druckabbau pro Einspritzung größer, was auch dadurch erkannt werden kann, dass die Kurve 215 schneller abfällt als die anderen Kurven 211–214.
-
Da der Druck nach jeder Einspritzung ein bisschen abnimmt, werden die nachfolgenden Einspritzmengen auch entsprechend kleiner. Dies ist im unteren Graphen 230 dargestellt für eine eingestellt Einspritzmenge von 2,0 mg. Wie zu sehen ist, ist die Einspritzmenge bei der Einspritzung 231 gleich die eingestellten 2,0 mg, wobei die Einspritzmenge 232 bei der späteren Einspritzung 232 nur etwa zwischen 1,7 und 1,8 mg liegt.
-
Der Graph 220 zeigt die gesamte (akkumulierte) Einspritzmenge im Zylinder im Laufe des Einspritzvorgangs. Dabei entspricht der Kurve 221 die Kurve 211 (Einspritzmenge: 1,0 mg), die Kurve 222 entspricht der Kurve 212 (Einspritzmenge: 1,1 mg), die Kurve 223 entspricht der Kurve 213 (Einspritzmenge: 1,3 mg), die Kurve 224 entspricht der Kurve 214 (Einspritzmenge: 1,5 mg) und die Kurve 225 entspricht der Kurve 215 (Einspritzmenge: 2,0 mg).
-
Die erfindungsgemäßen Verfahren können bei solchen Ventilstellungen erfolgen, so dass beim nachfolgenden Drehen des Motors der eingespritzte Kraftstoff verbrannt werden kann. Hierbei ist darauf zu achten, dass für den nächsten Start ein zündfähiges Gemisch im Zylinder vorhanden ist. Die Einspritzmenge für das Testverfahren muss also begrenzt werden (z.B. bei Start/Stop maximal Einspritzmenge für Wiederstart). Denkbar ist ebenfalls das Einbringen des unverbrannten Kraftstoffs in den Abgasstrang (geöffnete Ventile beim Gaswechseltakt) Der nicht verbrannte Kraftstoff verschlechtert die Emissionen. Vorteilhaft ist deshalb die Umsetzung des nicht verbrannten Kraftstoffes im Partikelfilter während der Regeneration bzw. im Katalysator, da hier eine oxidierende Reaktion stattfindet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Verfahren
- 105
- Verfahrensschritt
- 110
- Verfahrensschritt
- 120
- Verfahrensschritt
- 130
- Verfahrensschritt
- 140
- Verfahrensschritt
- 150
- Verfahrensschritt
- 160
- Verfahrensschritt
- 165
- Verfahrensschritt
- 170
- Verfahrensschritt
- 210
- Graph
- 211
- Druckkurve
- 212
- Druckkurve
- 213
- Druckkurve
- 214
- Druckkurve
- 215
- Druckkurve
- 220
- Graph
- 221
- Mengenkurve
- 222
- Mengenkurve
- 223
- Mengenkurve
- 224
- Mengenkurve
- 225
- Mengenkurve
- 230
- Graph
- 231
- Einspritzmenge
- 232
- Einspritzmenge
