DE102017127516A1

DE102017127516A1 - Steuerung von Kraftstoffeinspritzdüsen mittels korrelierter Verstärkungskurvendaten

Info

Publication number: DE102017127516A1
Application number: DE102017127516.9A
Authority: DE
Inventors: Angelo CANCELLIERI
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: US9995241B1; CN108087133A; CN108087133B; US20180142644A1; DE102017127516B4

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme zum Steuern von Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen, die in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs integriert sind. Das Kraftstoffeinspritzsystem beinhaltet einen Kraftstoffverteiler. Die Verfahren und Systeme messen Daten für die Kraftstoffeinspritzdüse, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem ersten Raildruck beziehen. Die Verfahren und Systeme transformieren die gemessenen Daten mithilfe einer Korrelationsfunktion t in korrelierte Daten über die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem anderen zweiten Raildruck, der vom ersten Raildruck verschieden ist. Die Verfahren und Systeme steuern die Kraftstoffeinspritzdüse unter Verwendung der korrelierten Daten in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Steuern von Kraftstoffeinspritzdüsen und insbesondere auf das Erzeugen von Steuerdaten für verschiedene Kraftstoffeinspritzdüsen, die bei verschiedenen Raildrücken arbeiten.
HINTERGRUND
Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge sind mit elektronischen Kraftstoffeinspritzsystemen mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen zur Kraftstoffzufuhr in den Brennraum des Motors ausgestattet. Aus Gründen der Kraftstoffeffizienz und der Reduzierung der Abgasemissionen ist es wichtig, die Einspritzmenge eines oder mehrerer Kraftstoffeinspritzdüsen in jeden Zylinder des Motors exakt steuern zu können. In der Praxis verfügen Kraftstoffeinspritzsysteme über mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse pro Zylinder des Motors und eine elektronische Steuereinheit zum individuellen Steuern jeder Einspritzdüse. Die Abweichung der Durchflussmenge kann aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder infolge des Verschleißes von Einspritzdüse zu Einspritzdüse auftreten. In diesem Zusammenhang ist die Durchflussmenge die Kraftstoffmenge, die pro Zeiteinheit bei einem bestimmten Kraftstoffdruck durch die Kraftstoffeinspritzdüse strömt. Die elektronische Steuereinheit ist in der Lage Steuersignale zu erzeugen, welche sowohl die Energetisierung als auch die Öffnungszeit jeder Einspritzdüse steuern. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs kann jedoch in der Durchflusscharakteristik variieren, die bei Kraftstoffeinspritzdüsen desselben Einspritzsystems und über die gesamte Nutzungsdauer des Motors auftreten kann.
Um derartige Schwankungen der Durchflussmenge auszugleichen, werden Kalibrierzyklen durchgeführt, bei denen Messungen der Kraftstoffeinspritzströmung und der Einspritzansteuerzeit durchgeführt werden, um Verstärkungsdaten der Kraftstoffeinspritzung zu erhalten. Die Verstärkungsdaten der Kraftstoffeinspritzung werden in einer Karte im Speicher abgelegt und dienen zum Erzeugen eines Steuersignals für den Betrieb des Motors. Die Karte bezieht sich auf das Soll-Kraftstoffeinspritzvolumen, die Ansteuerzeit, den Raildruck und die ID der Kraftstoffeinspritzdüse. Die Karte wird zunächst bei der Fertigung erstellt und kann während der gesamten Nutzungsdauer des Motors angepasst werden. Um die angepassten Karten während der Betriebslaufzeit des Motors zu ermitteln, werden Messzyklen im Leerlaufzustand des Motors bei verschiedenen niedrigeren Raildrücken gefahren, Messzyklen bei höheren Raildrücken jedoch nicht. Ein derartiges System kann die Genauigkeit der Verstärkungsdaten der Kraftstoffeinspritzung für die höheren Raildrücke beeinträchtigen. Allerdings kann das Durchführen der Messzyklen bei höherem Raildruck aufgrund des wahrnehmbaren Motorgeräusches im Leerlauf nicht akzeptabel sein.
Zu berücksichtigen ist auch, dass der Trend dahin geht, Motoren aufgrund von Effizienz und Kraftstoffemission verstärkt in höheren Raildruckbedingungen einzusetzen.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Daten zur Verstärkung der Kraftstoffeinspritzung für die Verwendung beim Steuern von Kraftstoffeinspritzdüsen in einer zeiteffizienten und genauen Weise zu erstellen, die bei hohem Raildruck ohne unzulässige Motorgeräusche betrieben werden kann. Ferner werden weitere wünschenswerte Funktionen und Merkmale aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehen. Die Kraftstoffeinspritzdüse befindet sich in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs. Das Kraftstoffeinspritzsystem beinhaltet einen Kraftstoffverteiler. Das Verfahren beinhaltet Messdaten, die für die mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem ersten Raildruck beziehen. Eine Korrelationsfunktion dient dazu, die gemessenen Daten in korrelierte Daten umzuwandeln, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem zweiten, vom ersten Raildruck verschiedenen Raildruck beziehen. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird mithilfe der korrelierten Daten über die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit gesteuert.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem ist vorgesehen, das eine Kraftstoffeinspritzdüse, einen Kraftstoffverteiler und eine elektronische Steuereinheit beinhaltet. Die elektronische Steuereinheit ist konfiguriert, um Daten für die Kraftstoffeinspritzdüse bezüglich der Kraftstoffeinspritzströmungsrate und Einspritzansteuerzeit bei einem ersten Raildruck zu messen. Eine Korrelationsfunktion dient dazu, die gemessenen Daten in korrelierte Daten umzuwandeln, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem zweiten, vom ersten Raildruck verschiedenen Raildruck beziehen. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird mithilfe der korrelierten Daten über die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit gesteuert.
Weiterhin ist ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium vorgesehen, das ein Programm speichert, das beim Ausführen auf einer elektronischen Steuereinheit konfiguriert ist, um Daten für die Kraftstoffeinspritzdüse in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem ersten Raildruck zu messen, wobei die gemessenen Daten mithilfe einer Korrelationsfunktion in korrelierte Daten für die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem zweiten Raildruck, der sich vom ersten Raildruck unterscheidet, umgewandelt werden, und um die Kraftstoffeinspritzdüse unter Verwendung der korrelierten Daten über die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit zu steuern.
Figurenliste
Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen.

1 zeigt schematisch ein Automobilsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist der Abschnitt A-A eines Verbrennungsmotors des Automobilsystems von 1;
3 ist ein Blockdiagramm eines Systemmoduls, das Steuermodule für die Implementierung von Verfahren und Systemen darstellt, wie sie hierin offenbart werden;
4 ist ein Datenflussdiagramm zum Festlegen von Verstärkungskurvendaten zur Verwendung beim Erzeugen von Steuersignalen von Kraftstoffeinspritzdüsen gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen; und
5 zeigt exemplarisch gemessene und korrelierte Verstärkungskurven mit verschiedenen Raildrücken.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und die Verwendungen der Erfindung, die hierin offenbart ist, nicht einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein, sie wird ausdrücklich als beanspruchter Gegenstand wiedergegeben.
Einige Ausführungsformen können, wie in den 1 und 2 dargestellt, ein Automobilsystem 100 beinhalten, das einen Verbrennungsmotor (ICE) 110 mit einem Motorblock 120 beinhaltet, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, die gekoppelt sind, um eine Kurbelwelle 145 zu drehen. Ein Zylinderkopf 130 bildet zusammen mit dem Kolben 140 eine Brennkammer 150. Ein Kraftstoff-/Luftgemisch wird in die Brennkammer 150 eingebracht und entzündet, was im Ergebnis eine wechselseitige Bewegung des Kolbens 140 durch die sich ausdehnenden heißen Abgase verursacht. Der Kraftstoff wird durch mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse 160 und die Luft durch mindestens einen Einlasskanal 210 zur Verfügung gestellt. Der Kraftstoff wird unter Hochdruck aus dem Kraftstoffverteiler 170, der in Fluidverbindung mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 180 zur Druckerhöhung des Kraftstoffs aus einer Kraftstoffquelle 190 verbunden ist, zur Einspritzdüse 160 geleitet. Zum Einspritzen von Kraftstoff werden verschiedene Raildrücke verwendet. Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile 215, die durch eine Nockenwelle 135 betätigt werden, die sich abgestimmt mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 lassen selektiv Luft aus dem Kanal 210 in die Brennkammer 150 und alternativ die Abgase durch den Kanal 220 entweichen. In einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 155 selektiv das Timing zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 variieren.
Die Luft kann durch einen Ansaugkrümmer 200 zu dem/den Einlasskanal/-kanälen 210 transportiert werden. Ein Ansaugkanal 205 kann Umgebungsluft zum Ansaugkrümmer 200 leiten. In anderen Ausführungsformen kann ein Drosselklappenstutzen 330 zum Regulieren des Luftstroms zum Ansaugkrümmer 200 verbaut sein. In noch anderen Ausführungsformen können andere Gebläsesysteme verwendet werden, zum Beispiel ein Turbolader 230 mit einem Verdichter 240, der rotierend mit einer Turbine 250 verbunden ist. Die Rotation des Kompressors 240 erhöht Druck und Temperatur der Luft im Ansaugkanal 205 und Ansaugkrümmer 200. Ein Ladeluftkühler 260 im Ansaugkanal 205 kann die Temperatur der Luft verringern. Die Turbine 250 rotiert aufgrund der eingehenden Abgase aus dem Auslasskrümmer 225, der Abgase von den Auslasskanälen 220 durch eine Reihe von Schaufeln der Turbine 250 vor der Expansion leitet. Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden in ein Nachbehandlungssystem 270 geleitet. Dieses Beispiel zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT - Variable Geometry Turbine) mit einem VGT-Stellglied 290, das angeordnet ist, um die Flügel zu bewegen, um den Abgasstrom durch die Turbine 250 zu ändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader 230 eine feste Geometrie sein und/oder einen Abgaskanal beinhalten.
Das Nachbehandlungssystem 270 kann ein Auspuffrohr 275 mit einer oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen 280 beinhalten. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können jede mögliche Vorrichtung sein, die dank ihrer Auslegung die Zusammensetzung der Abgase ändern kann. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen 280 beinhalten ohne Einschränkung katalytische Konverter (Zwei- und Dreiwege), Oxidationskatalysatoren, magere NO_x Fallen, Kohlenwasserstoffadsorber, selektive katalytische Reduktions (SCR)-Systeme und Partikelfilter, wie zum Beispiel eine selektive katalytische Reduktion am Filter (SCRF) 500.
Das SCRF 500 kann einem Temperatursensor stromaufwärts des SCRF 500 und einem Temperatursensor stromabwärts des SCRF 560 zugeordnet sein.
Andere Ausführungsformen können ein Hochdruck-Abgasrückführungs (AGR)-System 300 beinhalten, das zwischen dem Auslasskrümmer 225 und dem Ansaugkrümmer 200 gekoppelt ist. Das AGR-System 300 kann eine AGR-Kühlvorrichtung 310 zur Senkung der Abgastemperaturen im AGR-System 300 beinhalten. Ein AGR-Ventil 320 steuert den Abgasstrom im AGR-System 300.
Andere Ausführungsformen können auch ein Niederdruck-Abgasrückführungs (AGR)-System beinhalten, das hierin nicht im Detail beschrieben wird.
Das Automobilsystem 100 kann ferner eine elektronische Steuereinheit (ECU) 450 beinhalten, das mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen in Verbindung steht, die dem ICE 110 zugeordnet sind. Das ECU 450 kann Eingabesignale von diversen Sensoren empfangen, die so konfiguriert sind, um im Zusammenhang mit verschiedenen physikalischen Parametern bezogen auf das ICE 110 Signale zu erzeugen. Zu diesen Sensoren gehören ohne Einschränkung ein Luftmassen- und Temperatursensor 340, ein Krümmerdruck- und Temperatursensor 350, ein Brennkammerdrucksensor 360, ein Füllstands- und Temperatursensor für Kühlmittel und Öl 380, ein Einspritzdrucksensor 400, ein Nockenwellenpositionssensor 410, ein Kurbelwellenpositionssensor 420, ein Abgasdruck- und Temperatursensor 430, ein AGR-Temperatursensor 440, ein Gaspedalpedal-Stellungssensor 445 und einen Kraftstoffeinspritzmengensensor 712 (schematisch dargestellt in 4). Der Kraftstoffeinspritzmengensensor 712 ist konfiguriert, um Werte zu messen, damit die Kraftstoffeinspritzmenge mithilfe bekannter Verfahren bestimmt werden kann, wie zum Beispiel basierend auf Kurbelradbeschleunigungs-Frequenzanalyse, Luftmassenstrom und Abgas O₂ Konzentration, Zylinderinnendrucksensor, Hochfrequenz-Druckanalyse des Kraftstoffsystems, Messung der Drehmomentimpulse, die von jedem Zylinder des Motors mittels eines dynamischen Drehmomentmessverfahrens ausgegeben werden, usw. Die Kraftstoffeinspritzmenge oder Kraftstoffeinspritzdurchflussrate stellt in verschiedenen Ausführungsformen eine von einem Einspritzventil eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit dar. Außerdem kann das ECU 450 Ausgabesignale für verschiedene Steuergeräte erzeugen, zu deren Aufgabe die Steuerung des Betriebes des ICE 110 gehört, darunter ohne Einschränkung die Kraftstoffeinspritzdüsen 160, die Drosselklappen 330, das AGR-Ventil 320, das VGT-Stellglied 290 und der Nockenwellenversteller 155. Zu beachten ist, dass die Kommunikation zwischen dem ECU 450 und den verschiedenen Sensoren und Geräten durch gestrichelte Linien dargestellt wird, zur besseren Übersicht werden einige jedoch unterdrückt.
Nun das ECU 450 betrachtend, kann dieses Gerät eine digitale Zentraleinheit (CPU) beinhalten, die mit einem Speichersystem, oder Datenträger 460 und einem Schnittstellenbus in Verbindung steht. Die CPU ist dafür ausgelegt, die im Speichersystem als Programm abgelegten Anweisungen durchzuführen und über den Schnittstellenbus Signale zu senden und zu empfangen. Das Speichersystem kann über verschiedene Speicherarten verfügen, darunter optische Speicher, magnetische Speicher, Festkörperspeicher und andere Permanentspeicher. Der Schnittstellenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale zu modulieren und an die verschiedenen Sensoren und Steuergeräte zu senden, bzw. sie von diesen zu empfangen. Das Programm kann die hierin offenbarten Verfahren verkörpern, was es der CPU ermöglicht, die Schritte dieser Verfahren auszuführen und den ICE 110 zu steuern.
Das im Speichersystem 160 gespeicherte Programm wird von außen über ein Kabel oder drahtlos übertragen. Außerhalb des Automobilsystems 100 ist es normalerweise als ein Computerprogrammprodukt sichtbar, das in der Technik auch als computerlesbares Medium oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird und als ein Computerprogrammcode zu verstehen ist, der sich auf einem Träger befindet, wobei der Träger in der Art ein flüchtig oder nichtflüchtig ist, mit der Konsequenz, dass das Computerprogrammprodukt als flüchtiger oder nichtflüchtig betrachtet werden kann.
Ein Beispiel für ein transitorisches Computerprogrammprodukt ist ein Signal, z. B. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein transitorischer Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen eines solchen Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals durch eine herkömmliche Modulationstechnik, wie etwa QPSK für digitale Daten, erreicht werden, sodass dem transitorischen elektromagnetischen Signal binäre Daten, die den Computerprogrammcode darstellen, eingeprägt werden. Derartige Signale werden z. B. bei der drahtlosen Übertragung von Computerprogrammcode über eine Wi-Fi-Verbindung zu einem Laptop verwendet.
Im Falle eines nichtflüchtigen Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem materiellen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben erwähnte nicht-transitorische Träger, sodass der Computerprogrammcode dauerhaft oder nicht dauerhaft abrufbar in oder auf diesem Speichermedium gespeichert wird. Das Speichermedium kann von herkömmlicher Art sein, wie es in der Computertechnologie bekannt ist, wie etwa ein Flash-Speicher, ein Asic, eine CD oder dergleichen.
Anstelle eines ECU 450 kann das Automobilsystem 100 verschiedene Prozessortypen aufweisen, um die elektronische Logik, z. B. eine eingebettete Steuerung, einen Bordcomputer oder ein beliebiges Verarbeitungsmodul, vorzusehen, die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden könnte.
3 stellt ein im ECU 450 implementiertes Modulsystem zur Durchführung der Verfahren und Implementierung der hierin beschriebenen Systeme dar. Das Modulsystem wird im Zusammenhang mit dem Datenflussdiagramm von 4 beschrieben und umgekehrt. Die in 4 dargestellten Datentransformationen können, wie in 3 beschrieben, mit verschiedenen Modulen realisiert werden. Der hierin verwendete Begriff Modul bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor 750 (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) der ECU 450 und einen Speicher, der das nicht-transitorische Speichersystem 460 beinhaltet, das ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme 752, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Zu den hierin beschriebenen Modulen gehören insbesondere mindestens ein Prozessor 750, ein nicht-transitorisches Speichersystem 460 und mindestens ein auf dem Speichersystem 460 gespeichertes Computerprogramm 752 zum Implementieren der verschiedenen beschriebenen Funktionen und Prozesse zu den Modulen. Obwohl hierin einzelne Module beschrieben sind, schließt dies eine integrierte Topologie nicht aus.
In 3 ist ein Verstärkungskurvenmessmodul 758 dargestellt, das zum Ausführen eines Mess- oder Prüfzyklus konfiguriert ist. Der Messzyklus zielt darauf ab, die Verstärkungskurvendaten 770 (4) in Bezug auf die Einspritzmenge und die Einspritzansteuerzeit der Kraftstoffeinspritzdüse zu messen und dabei eine Einspritzverstärkungskurve 780 zu definieren (5). Die Einspritzansteuerzeit wird durch die Impulslänge (zeitabhängig) eines elektrischen Steuersignals bestimmt, das an einer Kraftstoffeinspritzdüse 160 anliegt. Das Verstärkungskurvenmessmodul 758 ist konfiguriert, um das Erzeugen der Steuersignale 710 (4) eines Impulsbreitenbereichs, der einer Reihe von Ansteuerzeiten entspricht, zu steuern, die Steuersignale 710 sequentiell auf die zu prüfende Kraftstoffeinspritzdüse 160 anzulegen und die aus jedem Impuls resultierenden Einspritzmengen zu messen und aufzuzeichnen, um den Messzyklus durchzuführen. Der Messzyklus erzeugt gemessene Verstärkungskurvenwerte 770, die einer Kraftstoffeinspritzraten-Verstärkungskurve für jede der Kraftstoffeinspritzdüsen 160 entsprechen. Der Messzyklus kann für jede Kraftstoffeinspritzdüse bei verschiedenen Raildrücken durchgeführt werden. Der Messzyklus wird im Allgemeinen während des Leerlaufs und/oder der Verzögerung des Motors durchgeführt.
5 stellt eine exemplarisch gemessene Verstärkungskurve 780 für eine der Kraftstoffeinspritzdüsen 160 dar. Die gemessene Verstärkungskurve 780 wurde durch das Verstärkungskurvenmessmodul 758 bestimmt, um Messungen der Kraftstoffeinspritzmenge (die y-Achse in 5) für jede der Ansteuerzeiten mehrerer Kraftstoffeinspritzdüsen (die x-Achse in 5) zu erhalten, wie durch die angewandten Steuersignale 710 bestimmt. Die angewandten Steuersignale 710 sind Prüfsteuersignale, die in einer Karte der Messparameter 726 gespeichert sind (siehe 3). Die Messungen der Kraftstoffeinspritzmenge als Ergebnis einer Ansteuerzeit jeder Kraftstoffeinspritzdüse können auf verschiedene Arten durch den vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzmengensensor 712 durchgeführt werden. Die Messungen werden bei einem vorgegebenen Raildruck durchgeführt. Der Messzyklus kann für jede der Kraftstoffeinspritzdüsen 160 und bei mehreren Raildrücken wiederholt werden.
In einer exemplarischen Ausführungsform, wie aus 5 abgeleitet werden kann, ist das Verstärkungskurvenmessmodul 758 so konfiguriert, dass es das Erzeugen von mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10 verschiedenen Ansteuerzeiten der Kraftstoffeinspritzdüsen steuert. So können beispielsweise 15 Steuersignale aus unterschiedlichen Einspritzansteuerzeiten in einem Bereich von 150 Mikrosekunden bis zu einer Ansteuerzeit von 220 Mikrosekunden, z. B. in Intervallen von 5 Mikrosekunden, erzeugt werden. Die Kraftstoffeinspritzmenge, die sich aus jeder Prüfeinspritzansteuerzeit ergibt, wird mit dem Kraftstoffeinspritzmengensensor 712 gemessen.
In der dargestellten Ausführungsform von 5 wird die Verstärkungskurve 780 in einem Messzyklus mit einem Raildruck von 160 MPa bestimmt. Verstärkungskurven können für eine Reihe von verschiedenen Raildrücken gemessen werden. So können beispielsweise Verstärkungskurven in einem Bereich von 25 MPa bis 170 MPa bestimmt werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Raildruck über 170 MPa hinaus die Messung der Kraftstoffeinspritzmenge unzuverlässig und/oder die Prüfung im Leerlauf und/oder in der Verzögerungsphase des Motors störend sein kann. Dementsprechend werden in verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen Verstärkungskurven bei einem oder mehreren niedrigeren Raildrücken gemessen und mit einem Korrelationsalgorithmus bei einem oder mehreren höheren Raildrücken berechnet. Der mindestens eine niedrigere Raildruck kann unter 170 MPa und der mindestens eine höhere Raildruck kann über 170 MPa liegen.
Das Modulsystem von 3 beinhaltet ein Korrelationsmodul 754. Mit zusätzlichem Bezug auf 4 ist das Korrelationsmodul 754 konfiguriert, um über eine Korrelationsfunktion gemessene Verstärkungskurvendaten 770 bezüglich der Kraftstoffeinspritzmenge und der Einspritzansteuerzeit für ein bestimmtes Einspritzventil bei einem ersten Raildruck (z. B. 160 MPa) in korrelierte Verstärkungskurvendaten 702 bezüglich der Kraftstoffeinspritzmenge und der Einspritzansteuerzeit bei einem zweiten Raildruck (z. B. 200 MPa) umzuwandeln. Die Korrelationsfunktion kann eine Funktion sein, die jeden gemessenen Datenpunkt der Einspritzmenge und der Ansteuerzeit für den ersten Raildruck auf einen entsprechenden Datenpunkt für den zweiten Raildruck abbildet. Die Korrelationsfunktion kann einen Steigungs- und optional einen Offset-Transformationsterm (wie im Folgenden näher beschrieben) beinhalten, der verschiedene Steigungen und Offsets der Verstärkungskurve für unterschiedliche Raildrücke darstellt.
Mit Bezug auf 5 ist das Korrelationsmodul 754 konfiguriert, um die gemessenen Verstärkungskurvendaten 770, die eine gemessene Verstärkungskurve 780 bei einem Raildruck definieren, in korrelierte Verstärkungskurvendaten 702 zu transformieren, die eine korrelierte Verstärkungskurve 784 bei einem weiteren Raildruck definieren. Das Korrelationsmodul 754 füllt die Korrelationsfunktion mit den Kalibrierparametern 720 ( 4), die aus einer vorgegebenen Karte der Kalibrierparameter 718 erhalten wurden. Die Karte der Kalibrierungsparameter 718 kann verschiedene Sätze von Kalibrierungsparametern 720 für unterschiedliche Soll-Raildrücke beinhalten.
Das Korrelationsmodul 754 verwendet eine Korrelationsfunktion in Form einer Rotationsmatrix mit Offset. Es hat sich gezeigt, dass eine gemessene Verstärkungskurve 780 bei einem Raildruck mit einer Verstärkungskurve 784 bei einem weiteren Raildruck durch eine derartige Korrelationsfunktion mit entsprechend bestimmten Kalibrierparametern 720 korreliert werden kann, wie in 5 dargestellt. Eine Rotationsmatrix ist eine bekannte Korrelationsfunktion zum Durchführen einer Rotation im euklidischen Raum. Durch die Rotation der gemessenen Verstärkungskurve 780 ist es möglich, dass die Verstärkungskurven unterschiedliche Steigungen bei unterschiedlichen Raildrücken aufweisen. Jedoch reicht die alleinige Rotation, die gefunden wurde, nicht aus. Stattdessen wird eine modifizierte Rotationsmatrix mit Offsetbedingungen verwendet, bei der die Offsetbedingungen unterschiedliche Öffnungsverzögerungszeiten der Kraftstoffeinspritzdüse und/oder Schließverzögerungszeiten der Kraftstoffeinspritzdüse bei unterschiedlichen Raildrücken zulassen. Es wurde eine geeignete Korrelationsfunktion zur Transformation der gemessenen Verstärkungskurven-Datenpunkte x (Verzögerungszeit), y (Kraftstoffeinspritzmenge) in korrelierte Verstärkungskurven-Datenpunkte x', y' mit folgender Form identifiziert: $x' = (x + a) * cos (α) - y * sin (α) - a + b$
$y' = (x + a) * sin (α) + y * cos (α) + c$
wobei α, a, b und c Kalibrierungsparameter 720 sind, die aus der Karte der Kalibrierungsparameter 718 erhalten werden.
Die Kalibrierungsparameter 720 können unter Verwendung einer Regressionsanalyse über Prüfungen bestimmt werden, die an einer Grundgesamtheit ähnlicher Kraftstoffeinspritzdüsen bei verschiedenen Raildrücken durchgeführt werden. Derartige Verfahren zum Ermitteln von Kalibrierparametern 720 zum Anpassen von Korrelationsfunktionen an Messdaten sind in der Technik hinlänglich bekannt. So könnte beispielsweise ein Optimierungsverfahren der kleinsten Quadrate verwendet werden. Die so erhaltenen Kalibrierparameter 720 (im Allgemeinen in einer Fertigungs- oder Prüfanlage) werden in der Karte der Kalibrierparameter 718 gespeichert. Die Kalibrierparameter 720 können für jede geplante Transformation bestimmt werden. So kann beispielsweise ein erster Satz von Kalibrierparametern 720 bestimmt werden, um Messdaten bei einem ersten Raildruck (z. B. 160MPa) auf einen zweiten Raildruck (200MPa) zu transformieren, und ein zweiter Satz von Kalibrierparametern 720, um Messdaten beim ersten Raildruck (z. B. 160 MPa) auf einen dritten Raildruck (z. B. 220MPa) zu transformieren, der sich vom zweiten Raildruck unterscheidet.
Das Korrelationsmodul 754 kann konfiguriert sein, um eine Karte der Verstärkungskurvendaten 706 einschließlich der gemessenen Verstärkungskurvendaten 770 am Prüfraildruck und der korrelierten Verstärkungskurvendaten 702 für mindestens einen mit der vorstehend beschriebenen Korrelationsfunktion erhaltenen unterschiedlichen Raildruck zu speichern.
Das Steuersignalerzeugungsmodul 756 ist konfiguriert, um die gespeicherte Karte der Verstärkungskurvendaten 704 zum Erzeugen von Steuersignalen zur Bestromung der Kraftstoffeinspritzdüsen 160 während des Betriebs des ICE 110 zu nutzen. Insbesondere wird mindestens ein elektronischer Impuls erzeugt, der eine Einspritzansteuerzeit definiert, und zwar basierend auf einer von der elektronischen Steuereinheit 450 spezifizierten Soll-Kraftstoffmenge und einer von der Karte der Verstärkungskurven 704 für die Soll-Kraftstoffmenge spezifizierten Einspritzansteuerzeit.
4 stellt ein Datenflussdiagramm mit darin verkörperten Verfahren, Systemen und Computerprogrammen dar, wie hierin beschrieben. 4 veranschaulicht die Datenflüsse sowohl beim Erzeugen der Karte der Verstärkungskurvendaten 704 für eine Vielzahl von Raildrücken als auch die Datenflüsse beim Verwenden der erzeugten Karte der Verstärkungskurvendaten 704 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzdüsen 160. Das Erzeugen der Karte der Verstärkungskurvendaten 704 kann periodisch (regelmäßig oder unregelmäßig) während der Nutzungsdauer eines Fahrzeugs einschließlich des ICE 110 und/oder zum Initialisieren des Speichersystems 460 als Fertigungsschritt erfolgen. Es ist zu verstehen, dass sich die Einspritzcharakteristiken der Kraftstoffeinspritzdüsen 160 mit zunehmendem Verschleiß ändern können, was ein Anpassen der Karte der Verstärkungskurvendaten 704 aufgrund neuer Messwerte der Verstärkungskurven 770 erforderlich macht.
In 4 ist ein Schritt 716 der gemessenen Verstärkungskurvendaten bei einem ersten Raildruck vorhanden. Dieser Schritt 716 kann mit dem Verstärkungskurvenmessmodul 758 realisiert werden. Messparameter 724 eines Prüfbefehls werden aus einer Karte der Messparameter 726 während eines Mess- oder Prüfzyklus erhalten. Der Messzyklus wird im Allgemeinen durchgeführt, während sich der Motor im Leerlauf befindet. Ein Schritt 708 zum Erzeugen des Steuersignals erfolgt über das Steuersignalerzeugungsmodul 756, bei dem die Kraftstoffeinspritzdüsen-Steuersignale 710 an die Kraftstoffeinspritzdüsen 160 gesendet werden. Die Steuersignale 710 werden als Prüfimpulse erzeugt und werden für mindestens einen Prüfraildruck realisiert. Die Prüfimpulse und der mindestens eine Prüfraildruck sind gemäß der Karte der Messparameter 726 definiert. Ein Kraftstoffmengensensor 712 dient zur Messung der Kraftstoffverbrauchsdaten 722 für die einzelnen Kraftstoffeinspritzdüsen 160 in Reaktion auf die durch die Steuersignale 710 aktivierten Kraftstoffeinspritzdüsen 160. Die gemessenen Kraftstoffmengendaten 722 sind der Einspritzansteuerzeit zugeordnet, die bewirkt hat, dass die entsprechende Kraftstoffeinspritzdüse 160 in Schritt 716 die gemessene Kraftstoffmenge einspritzt. Somit kann der Schritt 716 der gemessenen Verstärkungskurvendaten beim ersten Raildruck einen oder mehrere Sätze von gemessenen Verstärkungskurvendaten 770 erzeugen, die mindestens eine Verstärkungskurve 780 definieren, wie in 5 dargestellt.
Der Schritt 716 kann eine Anzahl an Verstärkungskurvendaten 770 erzeugen, die eine Relation zwischen eingespritzter Kraftstoffmenge und Einspritzzeit definieren. So kann beispielsweise für jedes Einspritzventil 160 des ICE 110 ein Satz Verstärkungskurvendaten 770 gemessen werden. Ferner können Sätze von gemessenen Verstärkungskurvendaten 770 für mehr als einen Raildruck erhalten werden. So kann beispielsweise ein Satz von gemessenen Verstärkungskurvendaten 770 für jede einer Vielzahl (z. B. 2, 3, 4, 5 oder mehr) von Raildrücken erhalten werden, die in einem exemplarischen Betriebsbereich von 25 MPa bis 175 MPa verteilt sind.
Der Messzyklus kann Steuersignale erzeugen, die einer Anzahl an Ansteuerzeiten für mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse 160 entsprechen, die ausreichen, um eine Relation zwischen Kraftstoffeinspritzmenge und Ansteuerzeit gemäß der Verstärkungskurve 780 zu erzeugen. So können beispielsweise mindestens 10 verschiedene Ansteuerzeiten geprüft werden, verteilt auf 120 bis 230 Mikrosekunden.
In Schritt 700 werden die gemessenen Verstärkungskurvendaten 770 bei einem ersten Raildruck in Korrelationsdaten 702 bei einem zweiten, unterschiedlichen Raildruck mithilfe einer Korrelationsfunktion, wie vorstehend beschrieben, transformiert. Schritt 700 wird durch das Korrelationsmodul 754 ausgeführt. Die vorstehend beschriebene Korrelationsfunktion wird mit vorbestimmten Kalibrierparametern 720 befüllt, wobei die Kalibrierparameter 720 spezifisch für die Transformation vom ersten Raildruck auf den zweiten Raildruck sind. Der Schritt 700 erzeugt korrelierte Verstärkungskurvendaten 702 am zweiten, unterschiedlichen Raildruck zum Speichern in der Karte der Verstärkungskurvendaten 704. Der Schritt 700 kann eine Vielzahl von Sätzen korrelierter Verstärkungskurvendaten 702 erzeugen, die aus der Korrelationsfunktion und verschiedenen Sätzen von Kalibrierungsparametern 720 erhalten werden.
So ist beispielsweise vorgesehen, dass gemessene Verstärkungskurvendaten 770 bei einem ersten Raildruck (z. B. 160 MPa) aus dem Messschritt 716, optional über die Karte der Verstärkungskurven 704, in Sätze von korrelierten Verstärkungskurvendaten 702 für mindestens zwei weitere unterschiedliche Raildrücke (z. B. 200 MPa und 220 MPa) transformiert werden können. Die Korrelationsfunktion wird mit verschiedenen Sätzen von Kalibrierparametern 720 geladen, wobei ein Satz die Transformation der Verstärkungskurve von einer Verstärkungskurve, die bei einem ersten Raildruck gemessen wurde, zu einer Verstärkungskurve bei einem ersten der beiden unterschiedlichen Raildrücke und ein weiterer Satz die Transformation der Verstärkungskurve von einer Verstärkungskurve, die bei einem ersten Raildruck gemessen wurde, zu einer Verstärkungskurve bei einem zweiten der beiden unterschiedlichen Raildrücke definiert. In einer alternativen Ausführungsform können unter Verwendung der entsprechenden Kalibrierparameter 720 in der Korrelationsfunktion mindestens erste und zweite Sätze von gemessenen Verstärkungskurvendaten 770, die unter verschiedenen Raildrücken erhalten werden, jeweils in einen oder mehrere Sätze von korrelierten Verstärkungskurvendaten 702 transformiert werden.
Die korrelierten Verstärkungskurvendaten 702 und die gemessenen Verstärkungskurvendaten 770 werden in der Karte der Verstärkungskurvendaten 704 gespeichert. Die in der Karte 704 gespeicherten Verstärkungskurvendaten 702, 770 können entsprechende Verstärkungskurvendaten für die einzelnen Kraftstoffeinspritzdüsen 160 des ICE 110 beinhalten.
Im Schritt 708 zum Erzeugen von Steuersignalen werden die Verstärkungskurvendaten 706 aus der Karte der Verstärkungskurvendaten 704 während des Betriebs des ICE 110 abgerufen, um Steuersignale 710 für die Kraftstoffeinspritzdüsen 160 für einen ordnungsgemäßen Betrieb des ICE 110 zu erzeugen. Der Schritt 708 zum Erzeugen des Steuersignals erfolgt durch das Steuersignalerzeugungsmodul 756.
Entsprechend den hierin beschriebenen Verfahren und Systemen können die Anpassungen der Verstärkungskurve für die Kraftstoffeinspritzmenge während des Betriebs des Motors und/oder die Speicherinitialisierung zu Beginn der Nutzungsdauer des Fahrzeugs effizient und präzise durchgeführt werden. Für die Speicherinitialisierung kann ein einzelner Messzyklus für eine Kraftstoffeinspritzdüse bei einem ersten Raildruck durchgeführt werden, um eine gemessene Verstärkungskurve zu erstellen und die Korrelationsfunktion kann verwendet werden, um die Verstärkungskurven bei allen anderen für den Betrieb des Motors erforderlichen Raildrücken zu erstellen. Daher ist es möglich, dass die Korrelationsmatrix aus der gemessenen Verstärkungskurve sowohl in niedrigere als auch in höhere Verstärkungskurven transformiert werden kann. Zum Anpassen einer oder einer Vielzahl von Karten für verschiedene Raildrücke kann mithilfe eines genauen Korrelationsgesetzes eine oder mehrere Karten für verschiedene Raildrücke erstellt werden, um gemessene Verstärkungskurvendaten bei einem Druck in korrelierte Verstärkungskurvendaten bei einem oder mehreren weiteren Raildrücken zu transformieren. Verstärkungskurvendaten können für Raildrücke größer als 170, 180, 190, 200, 210, 220 MPa usw. durch Korrelation ohne störende Motorgeräusche während des Messzyklus festgelegt werden, da die gemessenen Daten bei niedrigeren Raildrücken festgelegt werden können.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern mindestens einer Kraftstoffeinspritzdüse, die in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffverteiler integriert ist, das Verfahren umfassend: das Messen von Daten für die mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem ersten Raildruck bezieht; das Transformieren der Messdaten unter Verwendung einer Korrelationsfunktion in korrelierte Daten, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit bei einem zweiten Raildruck beziehen, der sich vom ersten Raildruck unterscheidet; und das Steuern der mindestens einen Kraftstoffeinspritzdüse unter Verwendung der korrelierten Daten bezüglich der Kraftstoffeinspritzströmungsrate und der Einspritzansteuerzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Transformieren der gemessenen Daten unter Verwendung der Korrelationsfunktion das Ausführen einer Rotationsmatrix umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Transformieren der gemessenen Daten unter Verwendung der Korrelationsfunktion das Ausführen einer modifizierten Rotationsmatrix umfasst, die mindestens einen Offset-Term beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, ferner umfassend das Abrufen von Kalibrierparametern aus einer Karte von Kalibrierparametern und Verwenden der Kalibrierparameter in der Korrelationsfunktion.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, worin die Korrelationsfunktion folgende Form aufweist: $x' = (x + a) * cos (α) - y * sin (α) - a + b$
$y' = (x + a) * sin (α) + y * cos (α) + c$
wobei: x und y die gemessenen Daten einschließlich der Kraftstoffeinspritzströmungsrate als eine von x und y und die Einspritzansteuerzeit als die andere von x und y darstellen; x' und y' die korrelierten Daten einschließlich der Kraftstoffeinspritzströmungsrate als eine von x' und y' und die Einspritzansteuerzeit als die andere von x' und y' darstellen; und a, a, b und c Kalibrierparameter sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, worin der zweite Raildruck größer ist als der erste Raildruck.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, worin das Kraftstoffeinspritzsystem eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen beinhaltet und das Verfahren weiterhin das Messen von Daten umfasst, wobei die gemessenen Daten transformiert und jede der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen gesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, des Weiteren umfassend das Messen mindestens eines Datensatzes für die mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse, die sich auf die Kraftstoffeinspritzströmungsrate und die Einspritzansteuerzeit unter mindestens einem Prüfraildruck bezieht; und das Transformieren des gemessenen mindestens einen Satzes von gemessenen Daten unter Verwendung der Korrelationsfunktion in eine Vielzahl von korrelierten Datensätzen bezüglich der Kraftstoffeinspritzströmungsrate und der Einspritzansteuerzeit bei entsprechenden Raildrücken, die sich vom mindestens einen Prüfraildruck unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, ferner umfassend das Betreiben des Verbrennungsmotors im Leerlauf und das Messen von Daten während des Leerlaufs.
Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend eine Kraftstoffeinspritzdüse, einen Kraftstoffverteiler und eine elektronische Steuereinheit, die konfiguriert ist, um das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-9 auszuführen.
Verbrennungsmotor, umfassend ein Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10.
Fahrzeug, umfassend den Verbrennungsmotor nach Anspruch 11.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, auf dem ein Programm gespeichert ist, das, wenn es auf einer elektronischen Steuereinheit ausgeführt wird, konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 auszuführen.