DE102015220405A1 - Method and device for controlling a fuel injection system of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher und wenigstens einen Injektor aufweisenden Kraftstoff-Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei Mehrfacheinspritzungen mit wenigstens zwei zeitlich aufeinander folgenden Teileinspritzungen durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Einspritzmengen basierende Druckwellenkompensation (210–220) von Mengenfehlern bei genannten Mehrfacheinspritzungen zusätzlich unter Berücksichtigung wenigstens einer für wenigstens eine Teileinspritzung charakteristischen zeitlichen Größe (214) durchgeführt wird (235).The present invention relates to a method and an apparatus for controlling a fuel injection system of an internal combustion engine having a high-pressure fuel accumulator and at least one injector, wherein multiple injections are carried out with at least two temporally successive partial injections, characterized in that an injection quantity-based pressure wave compensation (210 -220) of quantity errors in the case of said multiple injections is additionally carried out taking into account at least one time variable (214) characteristic of at least one partial injection (235).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoff-Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.The invention relates to a method and a device for controlling a fuel injection system of an internal combustion engine according to the preambles of the respective independent claims. The present invention also relates to a computer program, a machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.
Stand der TechnikState of the art
In heutigen, z.B. in der
Bei den genannten Teileinspritzungen kommt der Präzision der jeweiligen Einspritzmenge große Bedeutung zu. Jedoch ist gleichzeitig bekannt, dass jede Einspritzung mittels eines Injektors eines genannten CR-Einspritzsystems einen kurzzeitigen Einbruch des Kraftstoffdrucks in einer Zuleitung von einem Hochdruckspeicher (Rail) zu dem betreffenden Injektor bewirkt. Zudem führt das Schließen eines Injektors bzw. einer entsprechenden Düsennadel zu einem Druckanstieg. Die Kombination von Druckeinbruch und Druckanstieg führt dann zu einer bevorzugt zwischen dem Rail und dem Injektor auftretenden Kraftstoff-Druckwelle. Diese Druckwelle führt insbesondere zu unerwünschten Schwankungen der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei sich dieser Druckwelleneffekt sogar noch bei steigender Nadelgeschwindigkeit der Düsennadel des Injektors verstärkt, so dass seiner Beachtung insbesondere auch in zukünftigen Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezo-Steller als Einspritzaktoren zur Düsennadelsteuerung in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, sogar eine noch zunehmende Bedeutung zukommt.In the case of the partial injections mentioned, the precision of the particular injection quantity is of great importance. However, it is also known at the same time that each injection by means of an injector of said CR injection system causes a brief drop in the fuel pressure in a supply line from a high-pressure accumulator (rail) to the relevant injector. In addition, the closing of an injector or a corresponding nozzle needle leads to an increase in pressure. The combination of pressure drop and pressure increase then leads to a fuel pressure wave preferably occurring between the rail and the injector. This pressure wave leads in particular to undesirable fluctuations in the injected fuel quantity, with this pressure wave effect even increasing with increasing needle speed of the nozzle needle of the injector, so that its attention especially in future injection systems where high-speed piezo actuator as injection actuators for nozzle needle control in the respective Injector are used, even an even greater importance.
Aufgrund des fluidischen Dämpfungseffekts nimmt der genannte Druckwelleneinfluss mit zunehmendem Zeitabstand zwischen den jeweils benachbarten Einspritzungen ab. Demzufolge nimmt auch der Einfluss auf die Einspritzmenge einer jeweils nachfolgenden Einspritzung mit zunehmendem zeitlichen Abstand ab und nähert sich für genügend großen zeitlichen Abständen der ungestörten Menge an, die man mit einer zeitlich isolierten Einspritzung erhalten würde. Due to the fluidic damping effect, said pressure wave influence decreases with increasing time interval between the respectively adjacent injections. As a result, the influence on the injection quantity of a respective subsequent injection decreases with increasing time interval and approaches the undisturbed quantity that would be obtained with a time-isolated injection for sufficiently large time intervals.
Da die beschriebenen Druckwelleneffekte streng systematischer Natur sind, und zwar im Wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen, der eingespritzten Kraftstoffmenge, dem hydraulischen Kraftstoffdruck sowie der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystem abhängen, können sie durch eine geeignete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät korrigiert werden. Ein aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine hier betroffenene, bevorzugt in einem Common-Rail-(CR-)Einspritzsystem durchgeführte und auf Einspritzmengen basierende Druckwellenkompensation (DWK) von Mengenfehlern bei eingangs genannten Mehrfacheinspritzungen zusätzlich unter Berücksichtigung von charakteristischen zeitlichen Größen bzw. von für das Zeitverhalten des CR-Systems charakteristischen Sensorsignalen im CR-System durchzuführen und dabei nicht nur die Menge, sondern auch das Zeitverhalten bei Mehrfacheinspritzungen zu korrigieren. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden dabei anstelle von Einspritzmengen bzw. Mengenfehlern insbesondere zeitliche Betriebsgrößen einer Einspritzung, z.B. der Einspritzbeginn, das Einspritzende und die Einspritzdauer, korrigiert.The invention is based on the idea of a here affected, preferably in a common rail (CR) injection system and based on injection quantities pressure wave compensation (DWK) of quantity errors in the aforementioned multiple injections in addition, taking into account the characteristic temporal quantities or of the Perform time behavior of the CR system characteristic sensor signals in the CR system and thereby correct not only the amount, but also the timing of multiple injections. In contrast to the prior art, instead of injection quantities or quantity errors, in particular temporal operating quantities of an injection, e.g. the start of injection, the end of injection and the duration of injection corrected.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die genannten Druckwellen nicht nur die Einspritzmenge eines hier betroffenen Injektors, sondern auch das zeitliche Einspritzverhalten, z.B. eine hydraulisch wirksame Einspritzdauer und/oder einen hydraulisch wirksamen Einspritzbeginn und/oder ein hydraulisch wirksames Einspritzende und/oder einen hydraulisch wirksamen zeitlichen Verzug des Einspritzbeginns, maßgeblich beeinflussen. Es wurde erkannt, dass eine Korrektur, welche diese zeitlichen Veränderungen richtigstellt, bessere Ergebnisse als eine reine Mengenkorrektur liefert.The invention is based on the finding that the pressure waves mentioned not only the injection quantity of an injector affected here, but also the temporal injection behavior, eg a hydraulically effective injection duration and / or a hydraulically effective injection start and / or a hydraulically effective injection end and / or a hydraulically effective time delay of the start of injection, significantly influence. It has been recognized that a correction that corrects these temporal changes provides better results than a pure set correction.
Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass sich die genannten Druckwellen besser auf der Basis von hydraulischen Zeitgrößen wie der Einspritzdauer und dem hydraulischen Abstand charakterisieren lassen als auf der Basis von Einspritzmengen und elektrischen Abständen, wie dies im Stand der Technik bei der DWK der Fall ist.The invention is also based on the finding that the pressure waves mentioned can be better characterized on the basis of hydraulic time variables such as the injection duration and the hydraulic distance than on the basis of injection quantities and electrical distances, as is the case in the prior art in the case of the DWK is.
Solche zeitlichen Größen können auch in an sich bekannter Weise mittels einer entsprechenden Sensorik, z.B. Drucksensoren, Schaltsensoren, oder dergleichen, erfasst und korrigiert werden. Ist dies der Fall, dann kann eine hohe Korrekturgüte auch bei über die Lebenszeit auftretenden Mengenfehlern, z.B. aufgrund einer Verkokung von Einspritzventilen, aufrechterhalten werden. Eine genannte Sensorik kann als Teil des Einspritzsystems oder von diesem getrennt angeordnet sein. Die zeitlichen Größen können aber auch mittels einer Steuerung oder mittels einer zuvor bedateten Kennfeldstruktur bereitgestellt werden.Such temporal quantities can also be determined in a manner known per se by means of a corresponding sensor system, e.g. Pressure sensors, switching sensors, or the like, are detected and corrected. If this is the case, then a high degree of correctness can also be achieved in quantity errors occurring over the lifetime, e.g. due to coking of fuel injectors. Said sensor system can be arranged as part of the injection system or separated from it. However, the temporal quantities can also be provided by means of a controller or by means of a previously-fed map structure.
Die genannten zeitlichen Druckwelleneffekte werden erfindungsgemäß mittels einer geeigneten, bevorzugt in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine implementierten Datenverarbeitungsstruktur berücksichtigt. Eine solche Datenverarbeitungsstruktur geht über einen eingangs genannten Mengenpfad hinaus und berücksichtigt auch genannte, das zeitliche Einspritzverhalten betreffende Größen.The temporal pressure wave effects mentioned are considered according to the invention by means of a suitable data processing structure preferably implemented in a control unit of the internal combustion engine. Such a data processing structure goes beyond an initially mentioned quantity path and also takes into account the variables which concern the temporal injection behavior.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird zudem eine klare Trennung zwischen einzelnen bzw. unterschiedlichen, bei Mehrfacheinspritzungen auftretenden mengenbeeinflussenden Effekten ermöglicht. Die entsprechenden Einzelgrößen werden dabei auf der Basis von vorab ermittelten Mess- oder Simulationsdaten bestimmt. Dies ermöglicht wiederum bei Mehrfacheinspritzungen, einzelne Teileinspritzungen mit einer nur bei Einfacheinspritzungen idealen Einspritzdauer durchzuführen, wodurch sich die Zumessgenauigkeit bei solchen Mehrfacheinspritzungen erheblich verbessern lässt. Im Ergebnis führt dies zu einem stabileren zeitlichen Einspritzverhalten sowie zu reduzierten Einspritzmengentoleranzen über die Lebensdauer des Einspritzsystems, z.B. eines genannten CR-Einspritzsystems.The procedure according to the invention also makes possible a clear separation between individual or different quantity-influencing effects occurring in the case of multiple injections. The respective individual quantities are determined on the basis of previously determined measurement or simulation data. This, in turn, allows for multiple injections to carry out individual partial injections with an injection duration that is ideal only for single injections, as a result of which the metering accuracy in such multiple injections can be significantly improved. As a result, this leads to a more stable temporal injection behavior as well as to reduced injection quantity tolerances over the life of the injection system, e.g. a said CR injection system.
Die genannte Berücksichtigung von charakteristischen zeitlichen Größen umfasst insbesondere auch ein Umsteigen von elektrischen Pausenzeiten zwischen Teileinspritzungen auf tatsächlich vorliegende hydraulische Pausenzeiten bzw. zwischen zwei Teileinspritzungen zeitlich liegende Einspritzabstände. So führt die Berücksichtigung des zeitlichen Einspritzabstandes bei einem verkokten oder anderweitig verschmutzten Injektor zu einer erheblichen Verbesserung der Abbildungsgüte einer Mengenwelle über die Lebenszeit des CR-Einspritzsystems. Dadurch können insbesondere geringere Einspritzabstände stabil realisiert werden. Ein solches stabiles Einspritztiming bzw. entsprechend zeitlich stabile Einspritzabstände erlauben wiederum die Erzeugung neuer Einspritzmuster, die zur Emissionsreduzierung zusätzlich beitragen können.The cited consideration of characteristic time variables also includes, in particular, a changeover of electrical pause times between partial injections to actually present hydraulic pause times or injection intervals located in time between two partial injections. Thus, the consideration of the temporal injection distance in a coked or otherwise contaminated injector to a significant improvement in the imaging quality of a bulk wave over the lifetime of the CR injection system. As a result, in particular smaller injection distances can be stably realized. Such a stable injection timing or correspondingly time-stable injection intervals in turn allow the generation of new injection patterns, which can additionally contribute to reducing emissions.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:
- – Berechnen einer unkorrigierten Einspritzmenge einer ersten Teileinspritzung sowie wenigstens einer der ersten Teileinspritzung zeitlich vorausgehenden zweiten Teileinspritzung anhand einer Mengenvorgabe für einen vorliegenden Injektor;
- – Berechnen einer elektrischen Pausenzeit zwischen den beiden Teileinspritzungen;
- – Ermitteln von hydraulischen Werten (z.B. der hydraulisch wirksamen Pausenzeit und den hydraulisch wirksamen Einspritzdauern) auf der Basis von elektrischen Pausenzeiten und von unkorrigierten Mengenvorgaben;
- – Ermitteln einer Korrekturkurve für den vorliegenden Injektor;
- – Berechnen von Korrekturwerten für den Einspritzbeginn, das Einspritzende und die Einspritzddauer für die erste Teileinspritzung anhand der genannten ermittelten Korrekturkurve sowie anhand von weiteren, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größen, z.B. anhand des Raildrucks;
- – Umwandeln des unkorrigierten Mengenwertes in einen korrigierten Ansteuerdauerwert und Ansteuerbeginn anhand der injektorspezifischen Kennlinie und den genannten Korrekturwerten für den Einspritzbeginn, das Einspritzende und die Einspritzdauer;
- – Bereitstellen des korrigierten Ansteuerdauerwertes und des Ansteuerbeginns als Sollwert für eine nachfolgende Ansteuerung des vorliegenden Injektors.
- - calculating an uncorrected injection quantity of a first partial injection and at least one of the first partial injection temporally preceding second partial injection based on a quantity specification for a present injector;
- Calculating an electrical pause time between the two partial injections;
- - Determining hydraulic values (eg the hydraulically effective dead time and the hydraulically effective injection periods) on the basis of electrical dead times and uncorrected quantity specifications;
- - determining a correction curve for the present injector;
- Calculating correction values for the start of injection, the end of injection and the duration of injection for the first partial injection based on the determined correction curve and on the basis of further variables characterizing the operating state of the internal combustion engine, for example based on the rail pressure;
- Converting the uncorrected quantity value into a corrected activation duration value and activation start on the basis of the injector-specific characteristic curve and the correction values for the start of injection, the end of injection and the duration of injection;
- - Providing the corrected Ansteuerdauerwertes and the Ansteuerbeginns as setpoint for a subsequent control of the present injector.
Ein solches Verfahren lässt sich vorteilhaft besonders einfach und daher auch kostengünstig in eine genannte bestehende, auf Einspritzmengen basierende Druckwellenkompensation integrieren.Such a method can advantageously be integrated particularly simply and therefore cost-effectively into a known existing injection quantity-based pressure wave compensation.
Die Erfindung kann in allen CR-Einspritzsystemen, bei denen Druckwellen einen hier beschriebenen Einfluss auf die Zumessgenauigkeit von Einspritzmengen haben, zur Anwendung kommen. Da in einem CR-Einspritzsystem bestehende hydraulische Zeitabstände bereits vorliegender Einspritzapplikationen relativ einfach auf ein erfindungsgemäßes Einspritztiming übertragen werden können, ergibt sich dabei zudem vorteilhaft eine Reduktion der Bedatungskomplexität. Denn durch die Übertragung von hydraulischen Einspritzabständen, anstelle von elektrischen Einspritzpausen, wird eine Parametrierung von Einspritzmustern ermöglicht, welche sich besser von einem CR-System auf ein anderes CR-System übertragen lassen, auch wenn sich der kausale Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerung und hydraulischer Reaktion ändern sollte.The invention can be used in all CR injection systems in which pressure waves have an influence on the metering accuracy of injection quantities described here. Since in a CR injection system existing hydraulic time intervals of already existing injection applications can be relatively easily transferred to an injection timing according to the invention, In addition, this advantageously results in a reduction of the complexity of the data. Because the transmission of hydraulic injection intervals, instead of electrical injection pauses, allows a parameterization of injection patterns, which can be better transferred from one CR system to another CR system, even if the causal relationship between electrical control and hydraulic response change should.
Darüber hinaus kann eine bestehende DWK-Implementierung relativ einfach um eine erfindungsgemäße Funktionalität erweitert werden, ohne dabei eine vorhandene Datenverarbeitungsstruktur mit großem Aufwand ändern zu müssen. Denn bei einer solchen Erweiterung können die Ein- und Ausgangssignale über eine einfache mathematische Funktion zusammengeführt werden und an eine vorhandene DWK übergeben werden.In addition, an existing DWK implementation can be relatively easily extended to a functionality according to the invention, without having to change an existing data processing structure with great effort. Because with such an extension, the input and output signals can be combined via a simple mathematical function and transferred to an existing DWK.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um bevorzugt ein CR-Einspritzsystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.The computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the method according to the invention on an electronic control unit, without having to make structural changes to this. For this purpose, the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored. By applying the computer program according to the invention to an electronic control unit, the electronic control unit according to the invention is obtained, which is set up to preferably control a CR injection system by means of the method according to the invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Die
Zunächst dient eine Mengenvorgabe
Anhand einer bevorzugt ebenfalls für jeden Injektor vorliegenden Kennlinie AD = f(m)
Die
Wiederum werden anhand einer Mengenvorgabe
Es ist anzumerken, dass bei einem vorhandenen Sensor in Schritt
Als Sensordaten
Die genannte hydraulische Korrektur
Die
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.The method described can be implemented in the form of a control program for an electronic control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10002270 C1 [0002] DE 10002270 C1 [0002]
- DE 102010062609 A1 [0005] DE 102010062609 A1 [0005]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |