DE102016219067A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100) mit wenigstens einem Brennraum (105), bei der mittels eines oder mehrerer, dem wenigstens einen Brennraum (105) entsprechend zugeordneten, Kraftstoffinjektoren (130) Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (120) in den wenigstens einen Brennraum (105) eingespritzt wird, wobei für wenigstens eine Einspritzung von Kraftstoff eine Abweichung einer für die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristischen Größe von einem entsprechenden Sollwert ermittelt wird, und wobei basierend auf der ermittelten Abweichung eine dem wenigstens einen Brennraum (105) der Brennkraftmaschine zuzuführende Sauerstoff- oder Luftmenge an die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge angepasst wird.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (100) having at least one combustion chamber (105) in which by means of one or more of the at least one combustion chamber (105) corresponding, fuel injectors (130) fuel from a high pressure accumulator (120) in the at least one combustion chamber (105) is injected, wherein for at least one injection of fuel, a deviation of a characteristic of the at least one injection fuel quantity is determined by a corresponding setpoint, and based on the determined deviation of the at least one combustion chamber ( 105), the oxygen or air quantity to be supplied to the internal combustion engine is adapted to the quantity of fuel injected during the at least one injection.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine as well as a computer unit and a computer program for its implementation.
Stand der TechnikState of the art
Bei aktuellen Einspritzsystemen, sowohl für Benzin als auch für Diesel, korreliert die bei Einspritzvorgängen mittels Kraftstoffinjektoren abgegebene bzw. eingespritzte Kraftstoffmenge (Einspritzmenge) bei bekanntem Einspritzdruck sehr stark mit der Einspritzdauer, also mit der Öffnungsdauer der Düse bzw. des Einspritzventils des Kraftstoffinjektors. Eine Regelung dieser Öffnungsdauer auf einen durch beispielsweise eine Motorsteuerung vorgegebenen Sollwert kann daher zu einer erheblichen Steigerung der Zumessgenauigkeit führen.In current injection systems, both for gasoline and for diesel, the amount of fuel delivered (injected quantity) during injection processes by means of fuel injectors correlates very well with the duration of injection, ie with the opening duration of the nozzle or injection valve of the fuel injector, if the injection pressure is known. A regulation of this opening duration to a set value predetermined by, for example, a motor control can therefore lead to a considerable increase in the metering accuracy.
Voraussetzung für eine solche Regelung ist in der Regel eine korrekte Erfassung der Einspritz- bzw. Öffnungsdauer oder zumindest des Einspritzendes bezogen auf den Ansteuerbeginn. Hierzu sind beispielsweises aus der
Ein Grundkonzept für die Regelung der Öffnungsdauer oder zumindest des Zeitintervalls zwischen Ansteuerbeginn und Einspritzende ist beispielsweise in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an internal combustion engine as well as a computing unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum, bei der mittels einer oder mehrerer, dem wenigstens einen Brennraum entsprechend zugeordneten, Kraftstoffinjektoren Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in den wenigstens einen Brennraum eingespritzt wird. Neben Brennkraftmaschinen mit nur einem Brennraum sind auch solche mit zwei, drei, vier, fünf, sechs, acht, zehn, zwölf oder auch einer anderen Anzahl an Brennräumen denkbar. Hierbei wird für wenigstens eine Einspritzung von Kraftstoff (in der Regel werden alle Einspritzungen oder zumindest Haupteinspritzungen pro Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine betrachtet) eine Abweichung einer für die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristischen Größe von einem entsprechenden Sollwert ermittelt. Basierend auf der ermittelten Abweichung wird dann eine dem wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine zuzuführende Sauerstoff- oder Luftmenge an die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge angepasst.A method according to the invention serves to operate an internal combustion engine having at least one combustion chamber, in which fuel is injected from a high-pressure accumulator into the at least one combustion chamber by means of one or more fuel injectors corresponding to the at least one combustion chamber. In addition to internal combustion engines with only one combustion chamber and those with two, three, four, five, six, eight, ten, twelve or even a different number of combustion chambers are conceivable. In this case, for at least one injection of fuel (as a rule all injections or at least main injections per operating cycle of the internal combustion engine are considered) a deviation of a variable characteristic of the quantity of fuel injected in the at least one injection from a corresponding desired value is determined. Based on the determined deviation, an oxygen or air quantity to be supplied to the at least one combustion chamber of the internal combustion engine is then adapted to the quantity of fuel injected during the at least one injection.
Mit anderen Worten wird also zunächst eine Abweichung der bei einem oder mehreren Einspritzvorgängen in die entsprechenden Brennräume eingespritzte Kraftstoffmenge von einer einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge ermittelt. Hierzu sei angemerkt, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge aus einer zugehörigen Öffnungsdauer der jeweiligen Kraftstoffinjektoren (unter Berücksichtigung des Kraftstoffdrucks und des Durchflusses durch den Kraftstoffinjektor) ermittelt werden kann. Die relevante Abweichung kann also sowohl anhand der Öffnungsdauer als auch anhand der eingespritzten Kraftstoffmenge (im Sinne der erwähnten charakteristischen Größe) ermittelt werden. Hierbei können zudem wiederum Öffnungsdauern und/oder Ansteuerdauern und/oder Ansteuerbeginnen und/oder Ansteuerenden und/oder Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der verwendeten Kraftstoffinjektoren herangezogen werden.In other words, a deviation of the fuel quantity injected in one or more injection processes into the corresponding combustion chambers is thus initially determined by a desired fuel quantity to be injected. For this purpose, it should be noted that the injected fuel quantity can be determined from an associated opening duration of the respective fuel injectors (taking into account the fuel pressure and the flow through the fuel injector). The relevant deviation can therefore be determined both on the basis of the opening duration and on the basis of the injected fuel quantity (in the sense of the mentioned characteristic variable). In this case, in turn opening times and / or activation periods and / or control start and / or drive ends and / or opening times and / or closing times of the fuel injectors used can also be used.
Anstatt nun basierend auf der ermittelten Abweichung die eingespritzte Kraftstoffmenge (bzw. die Öffnungsdauer) anzupassen, wird die dem oder denn Brennräumen zuzuführende Sauerstoff- bzw. Luftmenge angepasst. Unter Anpassen der Sauerstoff- bzw. Luftmenge an die ermittelte Kraftstoffmenge soll dabei insbesondere eine Anpassung des (stöchiometrischen) Verhältnisses zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge und der für eine optimale Verbrennung nötigen Sauerstoffmenge (oder alternativ die entsprechende Luftmenge) verstanden werden. Insbesondere wird dabei also nicht die Einspritzmenge bzw. Öffnungsdauer angepasst, zumindest nicht im Mittel über alle verwendeten Kraftstoffinjektoren. Eine Anpassung der einzelnen Kraftstoffinjektoren bezüglich des ermittelten charakteristischen Wertes (im Sinne einer sog. Mengengleichstellung) hingegen ist jedoch denkbar und oftmals auch vorteilhaft, da Ungleichförmigkeiten im Drehmoment ausgeglichen werden können.Instead of adjusting the injected fuel quantity (or the opening duration) based on the determined deviation, the quantity of oxygen or air to be supplied to the combustion chamber (s) is adjusted. By adapting the amount of oxygen or air to the determined fuel quantity, an adaptation of the (stoichiometric) ratio between the injected fuel quantity and the amount of oxygen required for optimal combustion (or alternatively the corresponding air quantity) should be understood. In particular, the injection quantity or opening duration is therefore not adapted, at least not on average over all the fuel injectors used. An adaptation of the individual fuel injectors with respect to the determined characteristic value (in the sense of a so-called quantity equalization), however, is conceivable and often also advantageous, since non-uniformities in the torque can be compensated.
Die zuzuführende Sauerstoff- oder Luftmenge kann dabei insbesondere dadurch angepasst werden, indem eine Abgasrückführrate und/oder ein Ladedruck und/oder eine Drosselklappenstellung angepasst werden. Damit kann das nötige Verhältnis besonders schnell und effektiv eingestellt werden. Eine Überprüfung des Verhältnisses bzw. eine Ermittlung der nötigen Anpassung der Sauerstoff- bzw. Luftmenge kann dabei auch unter Verwendung eines Heißfilm-Luftmassenmessers (oder einer vergleichbaren Vorrichtung) und/oder einer Lambda-Sonde vorgenommen werden, mit welcher das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft bzw. Sauerstoff ermittelt werden kann.The amount of oxygen or air to be supplied can be adjusted in particular by adjusting an exhaust gas recirculation rate and / or a boost pressure and / or a throttle position. Thus, the necessary ratio can be set very quickly and effectively. A Verification of the ratio or a determination of the necessary adjustment of the oxygen or air quantity can also be made using a hot-film air mass meter (or a comparable device) and / or a lambda probe with which the ratio between fuel and air or Oxygen can be detected.
Bei dem aus der
Derartige Systeme zeigen ihre Vorteile vor allem bei Volllast-Betrieb der Brennkraftmaschine und bei sehr kleinen Einspritzmengen. Bei Volllast führt eine Spritzdauerregelung – ggf. in Verbindung mit der erwähnten Verkokungskorrektur – dazu, dass sowohl die Einspritzmenge als auch das Einspritzende in engen Grenzen gehalten werden und sich auch über die Lebensdauer hinweg nur wenig verändern. Dadurch können Sicherheitsvorhalte beispielsweise zum Schutz eines Turboladers vor zu hohen Abgastemperaturen deutlich reduziert werden, so dass die Brennkraftmaschine besser ausgenutzt werden kann als bei einem ungeregelten System.Such systems show their advantages especially in full-load operation of the internal combustion engine and at very small injection quantities. At full load, an injection duration control - possibly in conjunction with the aforementioned coking correction - keeps both the injection quantity and the end of injection within narrow limits and also changes only slightly over the service life. As a result, safety provisions, for example to protect a turbocharger against excessive exhaust gas temperatures, can be significantly reduced so that the internal combustion engine can be better utilized than with an unregulated system.
Kleinen Einspritzmengen kommen dabei üblicherweise Sonderfunktionen wie beispielsweise als Vor- und Nacheinspritzungen bei einem Dieselmotor, um den Brennraum zu konditionieren oder die Rohemission an Partikeln zu senken oder bei einem Ottomotor zum schnellen Aufheizen des Drei-Wege-Katalysators. Diese Einspritzungen sind also in der Regel nicht drehmomentbildend, sondern erfüllen emissionsrelevante Sonderfunktionen. Daher bestehen bei solchen Einspritzungen auch erhöhte Anforderungen an deren Zumessgenauigkeit, die durch ein Adaptions- oder Regelsystem erfüllt werden können.In this case, small injection quantities usually have special functions, for example as pre- and post-injections in a diesel engine, in order to condition the combustion chamber or reduce the raw emission of particles or in the case of a gasoline engine for rapid heating of the three-way catalyst. These injections are therefore usually not torque-forming, but fulfill emission-relevant special functions. Therefore, there are also increased demands on their metering accuracy in such injections, which can be met by an adaptation or control system.
Bei hauptsächlich drehmomentbildenden Einspritzungen, insbesondere im Teillastbereich, stellt sich die Situation jedoch anders dar. Hier erfolgen die Steuerung und auch eine Regelung der Einspritzmenge durch den Fahrer eines entsprechenden Kraftfahrzeugs selbst, da dieser in der Regel nicht fest eine Gaspedalstellung vorgibt, sondern diese der gewünschten Beschleunigung anpasst und so Mengenabweichungen des Einspritzsystems automatisch kompensiert. In diesen Fahrzuständen kann nun eine Regelung der Einspritzdauer und damit der Einspritzmenge sogar kontraproduktiv sein. In the case of mainly torque-forming injections, in particular in the partial load range, the situation is different. Here, the control and also a control of the injection amount by the driver of a corresponding motor vehicle itself, as this usually does not specify an accelerator pedal position, but this the desired Acceleration adapts and automatically compensates for quantity deviations of the injection system. In these driving conditions, regulation of the injection duration and thus of the injection quantity can even be counterproductive.
Beim Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine kann es in verschiedenen Fahrsituationen zu einem Wechsel des Einspritzszenarios kommen, beispielsweise durch Abschalten einer Voreinspritzung oder Ähnlichem. Dies kann durch Ungenauigkeiten in der Vorsteuerung zu einem Einspritzmengensprung führen, beispielsweise zu einer Mehrmenge. Dies wiederum führt zu einem leichten Drehmomentsprung, den der Fahrer wahrnehmen kann.During operation of the motor vehicle or the internal combustion engine, the injection scenario may change in different driving situations, for example by switching off a pre-injection or the like. This can lead to an injection quantity jump due to inaccuracies in the feedforward control, for example to an additional amount. This in turn leads to a slight torque jump, which the driver can perceive.
Nun erfolgen in der Regel zwei verschiedene Reaktionen. Zum einen wird der Fahrer Gas wegnehmen, um das erhöhte Drehmoment zu kompensieren. Zum anderen erkennt jedoch gleichzeitig das Regelsystem, wie dies eingangs erwähnt wurde, diese Mehrmenge anhand des gegenüber dem Sollwert verspäteten Einspritzende und regelt durch Rücknahme der Ansteuerdauer der Kraftstoffinjektoren dieses wieder auf den Sollwert ein. Dadurch kommt es zu einer schnellen Abnahme des kurzzeitig überhöhten Drehmoments, gleichzeitig wird aber auch noch das Soll-Drehmoment durch die Fahrerreaktion reduziert. Dies führt insgesamt zu einem unnötig großen Drehmomentsprung nach unten, den der Fahrer als noch stärkeren Ruck wahrnehmen kann und den er wiederum durch Betätigen des Gaspedals kompensieren wird. Insbesondere dieser zweite Ruck, der erst durch das Einregeln der Kraftstoffmenge auf ihren Sollwert verursacht wird, wird vom Fahrer häufig als besonders störend wahrgenommen.Now, as a rule, two different reactions take place. First, the driver will take gas to compensate for the increased torque. On the other hand, however, at the same time recognizes the control system, as mentioned above, this excess quantity on the basis of the delayed compared to the setpoint injection end and regulates by returning the control period of the fuel injectors this again to the desired value. This leads to a rapid decrease of the momentarily excessive torque, but at the same time also the target torque is reduced by the driver reaction. Overall, this leads to an unnecessarily large torque jump downwards, which the driver can perceive as an even stronger jerk and which he in turn will compensate by actuating the gas pedal. In particular, this second jerk, which is only caused by adjusting the amount of fuel to its desired value, is often perceived by the driver as particularly disturbing.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun jedoch nur die Sauerstoff- bzw. Luftmenge an eine veränderte Kraftstoff- bzw. Einspritzmenge angepasst, so dass die Emissionswerte ebenso niedrig gehalten werden wie bei einer Einregelung der Kraftstoffmenge auf einen Sollwert. Eine Anpassung der Kraftstoffmenge selbst wird jedoch nicht vorgenommen, vielmehr wird der Fahrer selbst einen solchen Zumessfehler (instinktiv) durch geeignete Betätigung bzw. Rücknahme des Gaspedals korrigieren und der vom Fahrer als unangenehm empfundene zweite Ruck durch das Einregeln der Kraftstoffmenge auf ihren Sollwert bleibt aus.In the proposed method, however, only the amount of oxygen or air is now adapted to a changed fuel or injection quantity, so that the emission values are kept as low as when adjusting the amount of fuel to a desired value. An adjustment of the amount of fuel itself is not made, but the driver himself will correct such a Zumessfehler (by instinct) by appropriate operation or withdrawal of the accelerator pedal and perceived by the driver as unpleasant second jerk by adjusting the fuel quantity to its desired value remains off.
Vorzugsweise umfasst die für die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristische Größe eine für die bei der wenigstens einen Einspritzung verwendeten Kraftstoffinjektoren charakteristische Öffnungsdauer (hierbei kann es sich beispielsweise um einen Mittelwert der Öffnungsdauern der verwendeten Kraftstoffinjektoren handeln). Der entsprechende Sollwert umfasst dann eine für die bei der wenigstens einen Einspritzung verwendeten Kraftstoffinjektoren charakteristische Soll-Öffnungsdauer, sodass die beiden Werte entsprechend miteinander verglichen und die Abweichung ermittelt werden können. Es versteht sich, dass es sich bei der Abweichung dann um eine Zeitdauer handelt. Da in der Regel für die einzelnen Kraftstoffinjektoren ohnehin Zeitdauern ermittelt werden, um eine für die eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristische Größe zu erhalten, ist somit keine weitere Umrechnung nötig. Es versteht sich jedoch, dass eine Mittelung über die verwendeten Kraftstoffinjektoren vorgenommen werden kann.Preferably, the quantity characteristic of the quantity of fuel injected in the at least one injection comprises a characteristic opening duration for the fuel injectors used in the at least one injection (this may, for example, be an average of the opening durations of the fuel injectors used). The corresponding desired value then includes a characteristic opening duration characteristic of the fuel injectors used in the at least one injection, so that the two values can be compared with one another and the deviation can be determined. It is understood that the deviation is then a period of time. As a rule, time durations are determined in each case for the individual fuel injectors, one for the injected fuel quantity to obtain characteristic size, so no further conversion is necessary. It is understood, however, that an averaging of the fuel injectors used can be made.
Besonders zweckmäßig ist dabei auch, wenn die für die bei der wenigstens einen Einspritzung verwendeten Kraftstoffinjektoren charakteristische Soll-Öffnungsdauer aus einer bei der wenigstens einen Einspritzung einzuspritzenden, charakteristischen Soll-Kraftstoffmenge ermittelt wird. Bei dieser charakteristischen Soll-Kraftstoffmenge kann es sich beispielsweise um eine für alle verwendeten Kraftstoffinjektoren gemeinsam oder auch separat vorgegebene Soll-Kraftstoff- bzw. Einspritzmenge handeln. Die Soll-Öffnungsdauer kann dabei aus der Soll-Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung des Einspritzdrucks und ggf. der Durchflussrate der Kraftstoffinjektoren berechnet werden.It is also particularly expedient if the characteristic opening duration characteristic of the fuel injectors used in the at least one injection is determined from a characteristic desired fuel quantity to be injected in the at least one injection. This characteristic setpoint fuel quantity may be, for example, a setpoint fuel or injection quantity that is common or else specified separately for all fuel injectors. The desired opening duration can be calculated from the desired fuel quantity, taking into account the injection pressure and possibly the flow rate of the fuel injectors.
Auf diese Weise ist also eine sehr einfache Ermittlung der Abweichung möglich, woraus wiederum die entsprechende Anpassung der Sauerstoff- bzw. Luftmenge ermittelt werden kann. Hier ist dann ggf. auch eine Umrechnung der als Zeitdauer vorhandenen Abweichung in eine Kraftstoffmenge erforderlich, um so die nötige Sauerstoff- bzw. Luftmenge zu erhalten.In this way, a very simple determination of the deviation is possible, from which in turn the corresponding adjustment of the oxygen or air quantity can be determined. Here is then possibly also a conversion of the time available as a deviation in a fuel quantity required in order to obtain the necessary amount of oxygen or air.
Es ist auch bevorzugt, wenn die für die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristische Größe eine durch die bei der wenigstens einen Einspritzung verwendeten Kraftstoffinjektoren eingespritzte, charakteristische Kraftstoffmenge umfasst. Der entsprechende Sollwert umfasst dann eine bei der wenigstens einen Einspritzung einzuspritzende, charakteristische Soll-Kraftstoffmenge. Es versteht sich, dass es sich bei der Abweichung dann um eine Kraftstoffmenge handelt. Hierbei ist beim Sollwert keine Umrechnung nötig, hingegen aber bei der charakteristischen Größe. Somit ist aber auch hier eine einfache Berechnung der Abweichung möglich.It is also preferred if the quantity characteristic of the quantity of fuel injected in the at least one injection comprises a characteristic amount of fuel injected by the fuel injectors used in the at least one injection. The corresponding desired value then includes a characteristic desired fuel quantity to be injected in the case of the at least one injection. It is understood that the deviation is then an amount of fuel. In this case, no conversion is necessary for the setpoint, but for the characteristic size. Thus, however, a simple calculation of the deviation is also possible here.
Für die Umrechnung von der in der Regel zunächst ermittelten Zeitdauer für die verwendeten Kraftstoffinjektoren bzw. einzelnen Einspritzungen in eine entsprechende Kraftstoffmenge (wie auch oben schon erwähnt dann unter Berücksichtigung des Einspritzdrucks und ggf. der Durchflussrate) gibt es verschiedene, bevorzugte Möglichkeiten.For the conversion of the usually first determined time duration for the fuel injectors used or individual injections in a corresponding amount of fuel (as already mentioned above, taking into account the injection pressure and possibly the flow rate) there are various preferred options.
Hierzu kann bei mehreren Einspritzungen die durch die verwendeten Kraftstoffinjektoren eingespritzte, charakteristische Kraftstoffmenge unter Bildung eines Mittelwerts einer eingespritzten Kraftstoffmenge über mehrere Kraftstoffinjektoren hinweg und/oder unter Bildung eine Summe einer eingespritzten Kraftstoffmenge für jeden von mehreren Kraftstoffinjektoren über mehrere Einspritzungen eines jeweiligen Kraftstoffinjektors hinweg ermittelt werden. Mit anderen Worten kann also die Umrechnung erst dann vorgenommen werden, wenn bereits eine insgesamt für alle Kraftstoffinjektoren bzw. Einspritzungen charakteristische, beispielsweise mittlere, Öffnungsdauer ermittelt wurde, jedoch kann die Umrechnung bereits auch für jeden Kraftstoffinjektor separat erfolgen, so dass anschließend beispielsweise eine Kraftstoffmenge und nicht mehr eine Öffnungsdauer über die verwendeten Kraftstoffinjektoren gemittelt wird. Je nach Art der Einspritzungen und ggf. vorhandenen Umrechnungsfehlern kann dabei eine andere Art der Berechnung vorteilhafter bzw. genauer sein.For this, in multiple injections, the characteristic amount of fuel injected by the fuel injectors used may be determined across a plurality of fuel injectors to form an average of an injected fuel amount and / or a sum of injected fuel amount for each of a plurality of fuel injectors over multiple injections of a respective fuel injector. In other words, therefore, the conversion can be made only if a, for example, average, opening duration has been determined for all fuel injectors or injections, but the conversion can already be done separately for each fuel injector, so that then, for example, a fuel quantity and no longer an opening period is averaged over the fuel injectors used. Depending on the type of injection and possibly existing conversion errors, another type of calculation may be more advantageous or more accurate.
Es ist auch von Vorteil, wenn die für die bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristische Größe bei mehreren Einspritzungen pro Kraftstoffinjektor und Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung aller oder nur ausgewählter Einspritzungen pro Kraftstoffinjektor und Arbeitszyklus ermittelt wird. Auf diese Weise können beispielsweise Vor- oder Nacheinspritzungen weiterhin auf übliche Weise, wie eingangs erwähnt, korrigiert werden, da diese in der Regel nicht drehmomentbildend sind, jedoch für die Emissionswerte relevant sei können. Wenn diese dann wieder auf ihren Sollwert geregelt werden, müssen diese nicht bei der Anpassung der Sauerstoff- bzw. Luftmenge berücksichtigt werden.It is also advantageous if the quantity characteristic of the quantity of fuel injected during the at least one injection is determined for a plurality of injections per fuel injector and operating cycle of the internal combustion engine taking into account all or only selected injections per fuel injector and duty cycle. In this way, for example, pre-injections or post-injections can continue to be corrected in the usual way, as mentioned at the outset, since these are generally not torque-forming, but may be relevant for the emission values. If these are then regulated back to their nominal value, they do not have to be taken into account when adjusting the oxygen or air volume.
Vorzugsweise wird eine bei den für die wenigstens eine Einspritzung verwendeten Kraftstoffinjektoren auftretende durchflussverändernde Degradation, insbesondere eine Verkokung, bei der Ermittlung der Abweichung berücksichtigt. Dies kann dann insbesondere dadurch erfolgen, indem die durchflussverändernde Degradation bei der Ermittlung der charakteristischen Größe berücksichtigt wird. Hier wiederum kann die durchflussverändernde Degradation insbesondere dadurch berücksichtigt werden, indem eine Öffnungsdauer für bei der wenigstens einen Einspritzung verwendete Kraftstoffinjektoren separat oder übergreifend und/oder für jede der wenigstens einen Einspritzung separat oder übergreifend angepasst wird. Es kann also berücksichtigt werden, dass beispielsweise eine verringerte Durchflussrate eine längere Öffnungsdauer benötigt, damit die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Diese Korrektur kann dabei, ähnlich wie bei der Umrechnung von der Öffnungsdauer in die Kraftstoffmenge, an verschiedenen Stellen erfolgen, also beispielsweise direkt für einen Kraftstoffinjektor bzw. eine Einspritzung, aber auch erst nach einer Mittelung über alle Kraftstoffinjektoren bzw. Aufsummierung einzelner Einspritzungen. Damit ist es möglich, auch über die Lebensdauer der Kraftstoffinjektoren hinweg eine möglichst genaue Anpassung der Sauerstoff- bzw. Luftmenge zu erreichen.Preferably, a flow-varying degradation occurring in the case of the fuel injectors used for the at least one injection, in particular coking, is taken into account in determining the deviation. This can be done in particular by taking into account the flow-changing degradation in the determination of the characteristic size. Here, again, the flow-changing degradation can be taken into account, in particular, by adjusting an opening period for fuel injectors used in the at least one injection separately or comprehensively and / or separately or comprehensively for each of the at least one injection. Thus, it may be considered that, for example, a reduced flow rate requires a longer opening time for the same amount of fuel to be injected. This correction can be carried out at various points, similar to the conversion from the opening duration to the fuel quantity, ie, for example directly for a fuel injector or an injection, but also only after averaging over all fuel injectors or accumulation of individual injections. This makes it possible to achieve the most accurate adaptation of the amount of oxygen or air over the life of the fuel injectors.
Weiterhin ist es auch bevorzugt, wenn die durchflussverändernde Degradation bei der Ermittlung der charakteristischen Größe berücksichtigt wird, indem eine bei der wenigstens einen Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge für die verwendeten Kraftstoffinjektoren separat oder übergreifend und/oder für jede der wenigstens einen Einspritzung separat oder übergreifend angepasst wird. Dies bedeutet also, dass nicht nur die Öffnungsdauer, sondern auch die Kraftstoffmenge, die ja in der Regel zunächst aus der Öffnungsdauer ermittelt wird, entsprechend korrigiert werden kann. Je nach Art der Einspritzungen oder ggf. vorhandenen Umrechnungsfehlern kann dabei die eine oder die andere Art genauer sein. Furthermore, it is also preferable if the flow-changing degradation is taken into account in the determination of the characteristic variable by adjusting separately or across and / or separately for each of the fuel injectors used fuel injected at least one injection and / or for each of the at least one injection. This means that not only the opening period, but also the amount of fuel, which is usually first determined from the opening period, can be corrected accordingly. Depending on the type of injections or possibly existing conversion errors, one or the other type can be more accurate.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch bevorzugt, wenn die durchflussverändernde Degradation durch eine Anpassung des Sollwerts berücksichtigt wird, indem insbesondere eine charakteristische Soll-Öffnungsdauer für bei der wenigstens einen Einspritzung verwendete Kraftstoffinjektoren separat oder übergreifend und/oder für jede der wenigstens einen Einspritzung separat oder übergreifend angepasst wird. Mit anderen Worten können also nicht nur die ermittelten, tatsächlichen Werte, die für die eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristisch sind, korrigiert werden, sondern es können auch die Sollwerte entsprechend korrigiert werden. Damit ist ebenso eine möglichst genaue Anpassung über die Lebensdauer der Kraftstoffinjektoren hinweg möglich.Alternatively or additionally, it is also preferred if the flow-changing degradation is taken into account by an adaptation of the desired value, in particular by a characteristic target opening duration for fuel injectors used in the at least one injection separately or across and / or for each of the at least one injection separately or across is adjusted. In other words, not only can the determined, actual values that are characteristic of the injected fuel quantity be corrected, but also the setpoint values can be corrected accordingly. This is possible as well as possible an exact adaptation over the lifetime of the fuel injectors.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawing and will be described below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In
Weiter wird der Hochdruckspeicher
Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren
In den
In
Für die Ermittlung der Öffnungsdauer bei einer Einspritzung kann beispielsweise ein Einspritzende bezogen auf den Ansteuerbeginn gemessen werden. Bei bekanntem Einspritzbeginn kann dann durch Differenzbildung die Einspritzdauer bzw. Öffnungsdauer berechnet werden. Dabei kann ein Verzug des Einspritzbeginns gegenüber dem Ansteuerbeginn direkt gemessen werden, er kann aber auch aus verschiedenen Kenngrößen offline berechnet und berücksichtigt werden.For determining the opening duration in an injection, for example, an injection end can be measured based on the start of control. If the start of injection is known, the injection duration or opening duration can then be calculated by subtraction. In this case, a delay of the start of injection compared to the start of control can be measured directly, but it can also be calculated offline from different parameters and taken into account.
Liegt keine Information über diesen Verzug individuell für jeden Kraftstoffinjektor vor, so kann auch als Ersatzwert ein bekannter, einheitlicher Verzug eines mittelwertigen Kraftstoffinjektors bei vorliegendem Druck im Hochdruckspeicher bzw. Einspritzdruck verwendet werden. Denkbar ist auch, dass dieser Ersatzwert zur Vereinfachung auf Null gesetzt wird.If there is no information about this delay individually for each fuel injector, it can also be used as a substitute value, a known, uniform delay of a medium fuel injector at the present pressure in the high-pressure accumulator or injection pressure. It is also conceivable that this substitute value is set to zero for the sake of simplicity.
Aus den Öffnungsdauern T1,1, T1,2 und T1,3 für die einzelnen Einspritzungen des ersten Kraftstoffinjektors kann nun beispielsweise durch Aufsummierung eine gesamte Öffnungsdauer T1 des ersten Kraftstoffinjektors ermittelt werden. Entsprechend können solche Öffnungsdauern T2 und T3 auch für die übrigen Kraftstoffinjektoren gebildet werden. From the opening durations T 1,1 , T 1,2 and T 1,3 for the individual injections of the first fuel injector, an entire opening duration T 1 of the first fuel injector can now be determined, for example, by summing up. Accordingly, such opening periods T 2 and T 3 can also be formed for the other fuel injectors.
Die Aufsummierung und die Mittelung können dabei auch in einem gemeinsamen Rechenschritt durchgeführt werden. Es versteht sich, dass der Schritt der Aufsummierung entfällt, wenn es nur eine Einspritzung pro Kraftstoffinjektor und Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine gibt, oder wenn, wie bereits erwähnt, die Vor- und die Nacheinspritzung unberücksichtigt bleiben. Es versteht sich, dass auch nur einzelne Einspritzungen unberücksichtigt bleiben können.The summation and the averaging can also be carried out in a common calculation step. It goes without saying that the step of totaling is omitted if there is only one injection per fuel injector and operating cycle of the internal combustion engine, or if, as already mentioned, the pre-injection and the post-injection remain unconsidered. It goes without saying that only individual injections can be disregarded.
Anschließend kann aus diesen Öffnungsdauern T1, T2 und T3 der einzelnen Kraftstoffinjektoren eine mittlere Öffnungsdauer TM als für die eingespritzte Kraftstoffmenge charakteristische Größe ermittelt werden. Bei dieser mittleren Öffnungsdauer TM kann es sich beispielsweise um den arithmetischen Mittelwert aus den Öffnungsdauern T1, T2 und T3 handeln.Subsequently, from these opening periods T 1 , T 2 and T 3 of the individual fuel injectors, an average opening duration T M can be determined as the characteristic variable for the injected fuel quantity. This mean opening duration T M may, for example, be the arithmetic mean value of the opening durations T 1 , T 2 and T 3 .
Weiterhin kann aus einer für die bei den Einspritzungen einzuspritzenden, charakteristischen Soll-Kraftstoffmenge, hier einer mittleren pro Kraftstoffinjektor einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge QSoll, eine entsprechende Soll-Öffnungsdauer TSoll (hier also eine mittlere Soll-Öffnungsdauer) unter Berücksichtigung des Drucks im Hochdruckspeicher bzw. Einspritzdrucks p ermittelt werden.Furthermore, from a for the injection injections, characteristic target fuel amount, here a mean per Kraftstoffinjektor to be injected target fuel quantity Q target , a corresponding target opening time T Soll (here, a mean target opening period), taking into account the pressure in the high-pressure accumulator or injection pressure p are determined.
Weiterhin wird nun eine Abweichung ∆T (hier also eine Zeitdauer) der mittleren Öffnungsdauer TM von der Soll-Öffnungsdauer TSoll ermittelt. Basierend auf der Abweichung ∆T kann dann die bei den (insbesondere nachfolgenden) Einspritzungen zuzuführende Sauerstoff- oder Luftmenge an die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge angepasst werden. Hierzu kann die als Zeitdauer vorliegende Abweichung unter Berücksichtigung des Einspritzdrucks p zunächst noch in eine Kraftstoffmenge umgerechnet werden.Further, a deviation .DELTA.T is now (that is, a period of time here) of the central opening period T M is determined from the target opening period T set. Based on the deviation ΔT, the amount of oxygen or air to be supplied in the (in particular following) injections can then be adapted to the actually injected fuel quantity. For this purpose, the divergence present as time duration can initially be converted into a fuel quantity taking into account the injection pressure p.
Dies kann beispielsweise durch Korrektur der Abgasrückführrate RA (hier individuell für die Brennräume) und/oder des Ladedrucks pL (hier für eine insgesamt zuzuführende Luftmenge) und/oder einer Drosselklappenstellung D (ebenfalls für eine insgesamt zuzuführende Luftmenge) realisiert werden. Dadurch bleibt das erforderliche Verhältnis von Kraftstoff- und Sauerstoffmasse ungeachtet eines Einspritzmengenfehlers erhalten und der Mengenfehler hat keine Erhöhung der Abgas-Emissionen zur Folge.This can be achieved, for example, by correcting the exhaust gas recirculation rate R A (here individually for the combustion chambers) and / or the boost pressure p L (here for a total amount of air to be supplied) and / or a throttle position D (also for a total amount of air to be supplied). As a result, the required ratio of fuel and oxygen mass is maintained regardless of an injection quantity error, and the quantity error does not result in an increase in exhaust emissions.
Insbesondere wird diese Abweichung ∆T nicht durch einen Regeleingriff mit beispielsweise einer Stellgröße der Ansteuerdauer korrigiert, sondern in eine zusätzlich erforderliche oder überschüssig vorhandene Sauerstoffmenge umgerechnet. In particular, this deviation .DELTA.T is not corrected by a control intervention with, for example, a control variable of the control period, but converted into an additionally required or excessively present amount of oxygen.
Der gewünschte Sauerstoffmassenstrom bzw. der sich daraus ergebende gewünschte Frischluft-Massenstrom kann durch einen sog. Luftmassenmesser (Heißfilm-Luftmassenmesser, HFM) gemessen und auf den durch die gemessene tatsächliche Öffnungs- bzw. Einspritzdauer bzw. die tatsächliche Einspritzmenge korrigierten Sollwert eingeregelt werden. Gegebenenfalls kann auch eine Lambdasonde verwendet werden, über welche der tatsächliche Lambda-Wert gemessen werden kann, der das Verhältnis zwischen Sauerstoff- und Kraftstoffmasse im Brennraum beschreibt. The desired oxygen mass flow or the resulting desired fresh air mass flow can be measured by a so-called air mass meter (hot-film air mass meter, HFM) and adjusted to the setpoint value corrected by the measured actual opening or injection duration or the actual injection quantity. Optionally, a lambda probe can be used, via which the actual lambda value can be measured, which describes the relationship between oxygen and fuel mass in the combustion chamber.
Da dieser Lambda-Wert bei im korrekten Verhältnis zur eingespritzten Kraftstoffmenge eingestelltem Luftmassenstrom einen bekannten, klar definierten Wert aufweisen sollte, kann die Lambda-Sonde zusätzlich zur Kalibrierung des Heißfilm-Luftmassenmesser über dessen Lebensdauer verwendet werden. Abweichungen des Lambda-Werts von seinem Sollwert weisen dabei auf eine Messabweichung des Heißfilm-Luftmassenmessers hin, die dann korrigiert werden kann. Auf diese Weise kann auch eine Diagnose des Heißfilm-Luftmassenmessers erfolgen. Ist dessen Messabweichung zu groß, kann dies erkannt und der Fahrer darauf hingewiesen werden, den Heißfilm-Luftmassenmesser austauschen zu lassen.Since this lambda value should have a known, well-defined value for air mass flow adjusted in the correct proportion to the injected fuel quantity, the lambda probe can additionally be used for calibrating the hot-film air mass meter over its service life become. Deviations of the lambda value from its nominal value indicate a measurement deviation of the hot-film air mass meter, which can then be corrected. In this way, a diagnosis of the hot-film air mass meter can be made. If the measurement error is too great, this can be detected and the driver can be advised to replace the hot-film air mass meter.
Bei der in
Die mittlere Öffnungsdauer TM kann dabei auf die gleiche Weise ermittelt werden, wie dies in Bezug auf
Die in
Die in
Entsprechend werden dann die Kraftstoffmengen Q1,1, Q1,2 und Q1,3 aufsummiert zur Kraftstoffmenge Q1 (und entsprechend für die anderen Kraftstoffinjektoren). Aus den Kraftstoffmengen Q1, Q2 und Q3 wird dann ein Mittelwert gebildet, um die mittlere Kraftstoffmenge QM zu erhalten.Accordingly, the fuel quantities Q 1,1 , Q 1,2 and Q 1,3 are then added up to the fuel quantity Q 1 (and correspondingly to the other fuel injectors). From the fuel quantities Q 1 , Q 2 and Q 3 , an average value is then formed in order to obtain the mean fuel quantity Q M.
In den
In den in
Ist eine Verkokungserkennung (Erkennung einer Durchflussänderung der Düsenspritzlöcher der Kraftstoffinjektoren) vorgesehen, so können die zylinderindividuellen Verkokungsgrade bzw. der über die Brennkraftmaschine gemittelte Verkokungsgrad auf unterschiedliche Arten berücksichtigt werden.If a coking recognition (detection of a flow change of the nozzle injection holes of the fuel injectors) is provided, then the cylinder-specific coking degrees or the coking degree averaged over the internal combustion engine can be taken into account in different ways.
Da die zu einer gegebenen Öffnungsdauer bzw. Einspritzdauer gehörende Kraftstoffmenge bzw. Einspritzmenge bei verkokter Düse abhängig vom Verkokungsgrad geringer ist als bei unverkokter Düse, kann die gemessene Öffnungsdauer abhängig vom Verkokungsgrad reduziert werden. Erst dann folgen die weitere Verarbeitung und der Vergleich mit einer entsprechenden Soll-Öffnungsdauer bzw. die Umrechnung in eine Kraftstoffmenge und der Vergleich mit einer Soll-Kraftstoffmenge.Since the amount of fuel or injection quantity associated with a given opening period or injection duration is smaller with a coked nozzle than with uncoked nozzle, the measured opening duration can be reduced depending on the degree of coking. Only then follow the further processing and the comparison with a corresponding desired opening duration or the conversion into a fuel quantity and the comparison with a desired fuel quantity.
Wie im oberen Bild gezeigt, kann zunächst für jede einzelne Einspritzung pro Kraftstoffinjektor und Arbeitszyklus eine Öffnungsdauer ermittelt bzw. gemessen werden, die – im Falle einer Verkokung – jedoch länger ist als üblich. Hier ist diese Roh-Öffnungsdauer für die erste Einspritzung des ersten Injektors mit T'1,1 bezeichnet.As shown in the picture above, an opening period can first be determined or measured for each individual injection per fuel injector and duty cycle, but - in the case of coking - it is longer than usual. Here, this raw opening time for the first injection of the first injector is denoted by T ' 1,1 .
Unter Berücksichtigung des Einspritzdrucks p kann nun ein Wirkungsfaktor K ermittelt werden, der abhängig von der Einspritzdauer und/oder der eingespritzten Kraftstoffmenge sein kann und die Auswirkung der Verkokung an sich auf die Öffnungsdauer angibt. Dieser Wirkungsfaktor liegt zwischen Null und Eins, kann in der Regel jedoch in guter Näherung als Eins angenommen werden.Taking into account the injection pressure p, an effect factor K can now be determined, which can be dependent on the injection duration and / or the injected fuel quantity and indicates the effect of the coking per se on the opening duration. This effect factor is between zero and one, but can generally be approximated as one.
Dieser Wirkungsfaktor K wird nun mit einem injektorindividuellen Verkokungsgrad k1 (hier für den ersten Kraftstoffinjektor) multipliziert und dann von Eins (1) abgezogen. Auf diese Weise erhält man einen Anteil, der die Veränderung der Öffnungsdauer des verkokten Kraftstoffinjektors gegenüber einer entsprechenden Öffnungsdauer des unverkokten Kraftinjektors bei jeweils gleicher Einspritzmenge angibt.This effect factor K is then multiplied by an injector-specific degree of coking k 1 (here for the first fuel injector) and then subtracted from one (1). In this way, one obtains a proportion which indicates the change in the opening duration of the coked fuel injector with respect to a corresponding opening duration of the uncoupled force injector, in each case with the same injection quantity.
Durch Multiplikation kann also die der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechende Öffnungsdauer T1,1 eines unverkokten Kraftstoffinjektors bestimmt werden. Diese ist nötig, um etwaige Verkokungseffekte beim Vergleich mit der Soll-Öffnungsdauer, welche in der Regel für unverkokte Kraftstoffinjektoren gilt, zu berücksichtigen.By multiplying so the actual injected fuel quantity corresponding opening duration T 1.1 an uncoked fuel injector can be determined. This is necessary to avoid any coking effects when compared with the target Opening period, which is usually applicable to unfiltered fuel injectors to take into account.
Die im mittleren Bild gezeigte Ausführungsform entspricht im Grunde derjenigen im oberen Bild, jedoch mit dem Unterschied, dass die Korrektur nicht für die Öffnungsdauer jeder einzelnen Einspritzung pro Kraftstoffinjektor und Arbeitszyklus, sondern nach deren Aufsummierung vorgenommen wird, was hier mit den Öffnungsdauern T'1 und T1 für den ersten Kraftstoffinjektor gezeigt ist.The embodiment shown in the middle figure corresponds basically to that in the upper picture, but with the difference that the correction is not made for the opening duration of each injection per injector and duty cycle, but after their summation, which here with the opening times T ' 1 and T 1 for the first fuel injector is shown.
Die im unteren Bild gezeigte Ausführungsform entspricht im Grunde derjenigen im mittleren Bild, jedoch mit dem Unterschied, dass die Korrektur nicht nur nach der Aufsummierung, sondern auch erst nach der Mittelwertbildung über alle Kraftstoffinjektoren vorgenommen wird, was hier mit den mittleren Öffnungsdauern T'M und TM gezeigt ist.The embodiment shown in the lower picture basically corresponds to that in the middle image, but with the difference that the correction is made not only after the summation, but also after the averaging over all fuel injectors, which here with the average opening times T ' M and T M is shown.
Weiterhin wird auch nicht ein injektorindividueller Verkokungsgrad sondern ein für die gesamte Brennkraftmaschine typischer bzw. ein mittlerer Verkokungsgrad kM verwendet. Dieses Vorgehen ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn nur ein solcher mittlerer Verkokungsgrad vorliegt. Er kann jedoch auch aus den individuellen Verkokungsgraden ermittelt werden.Furthermore, it is not an injector-individual degree of coking that is used, but rather a typical or a mean coking degree k M for the entire internal combustion engine. This procedure is useful, for example, if only one such medium degree of coking is present. However, it can also be determined from the individual coking levels.
Die in
In den in
Die Berechnung entspricht dabei im Grunde derjenigen gemäß
Dabei kann eine injektorindividuelle Korrektur (oberes Bild), dann mit dem injektorindividuellen Verkokungsgrad k1 (hier für den ersten Kraftstoffinjektor) und für eine injektorindividuelle Soll-Öffnungsdauer TSoll,1 oder eine für alle Kraftstoffinjektoren einheitliche Korrektur (unteres Bild), dann mit dem mittleren Verkokungsgrad kM und für eine mittlere Soll-Öffnungsdauer TSoll vorgenommen werden.In this case, an injector-individual correction (upper image), then with the injector-specific degree of coking k 1 (here for the first fuel injector) and for an injector-individual desired opening duration T Soll, 1 or a uniform for all fuel injectors correction (lower image), then with the average coking degree k M and for a mean target opening duration T Soll be made.
Weiterhin kann, wie in
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