DE102017217409A1

DE102017217409A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und elektronisches Steuergerät für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017217409A1
Application number: DE102017217409.9A
Authority: DE
Inventors: Christos Hondros; Florian Reiling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors beschrieben, bei dem Brennstoff aus einem Hochdruckspeicher entnommen und in einen Brennraum zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors einspritzt wird, wobei das Verfahren die Schritten Winkelsynchrones Erfassen eines Drucks (P) des Brennstoffs in dem Hochdruckspeicher während eines Betriebs des Verbrennungsmotors, Ermitteln einer zylinderindividuellen Einspritzmenge (Q) des Brennstoffs, die in den zumindest einen Zylinder eingespritzt wurde, aus einem ermittelten frequenztransformierten Spektrum (DFT(P)) des erfassten Drucks (P), und Ermitteln einer Drift (ΔQ) der ermittelten Einspritzmenge (Q) in Bezug auf eine nominellen Einspritzmenge (Qn) aufweist, die in einen Neuzustand eines dem zumindest einen Zylinder zugeordneten Injektors bei aktuellen Betriebsbedingungen hätte eingespritzt werden sollen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, ein elektronisches Steuergerät für einen Verbrennungsmotor, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Aus der Praxis ist es bekannt, dass die Ansteuerung einer Einspritzung von Brennstoff in einen Brennraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors eine komplexe Aufgabe ist. So müssen zum Beispiel der Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzmenge des einzuspritzenden Brennstoffs genau bestimmt sein. Diese beiden Parameter können sich allerdings während eines Betriebs des Verbrennungsmotors, beispielsweise in Abhängigkeit eines Betriebspunkts, und/oder über eine Lebenszeit des Verbrennungsmotors verändern.
Aus DE 10 2014 215 618 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Einspritzmenge des Brennstoffs, die aus einem Hochdruckspeicher eines als Common-Rail-Systems ausgebildeten Einspritzsystems entnommen und in einen oder mehrere Brennräume von jeweils zugeordneten Zylindern eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird, während des Betriebs des Verbrennungsmotors bestimmt wird. Dazu wird ein Brennstoffdruck in dem Hochdruckspeicher in Abhängigkeit eines Winkels erfasst und in ein frequenztransformiertes Druckspektrum des Brennstoffdrucks überführt. Die Einspritzmenge wird aus einer Amplitude des frequenztransformierten Druckspektrums zum Zeitpunkt der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors ermittelt. Die ermittelte Einspritzmenge entspricht dabei der über alle Zylinder des Verbrennungsmotors gemittelten Einspritzmengen.
Es ist wünschenswert, einen Verbrennungsmotor derart zu betreiben, dass die Einspritzung des Verbrennungsmotors besonders genau und einfach realisiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, bei dem Brennstoff aus einem Hochdruckspeicher entnommen und in einen Brennraum zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, wobei das Verfahren die Schritte winkelsynchrones Erfassen eines Drucks des Brennstoffs in dem Hochdruckspeicher während eines Betriebs des Verbrennungsmotors, Ermitteln einer zylinderindividuellen Einspritzmenge des Brennstoffs, die in den zumindest einen Zylinder eingespritzt wurde, aus einem ermittelten frequenztransformierten Spektrum des erfassten Drucks, und Ermitteln einer Drift der ermittelten Einspritzmenge in Bezug auf eine nominelle Einspritzmenge aufweist, die in einem Neuzustand eines dem zumindest einen Zylinders zugeordneten Injektors bei aktuellen Betriebsbedingungen eingespritzt hätte werden sollen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zunächst winkelsynchron und somit drehzahlunabhängig der Druck im Hochdruckspeicher im Winkelraum (insbesondere kontinuierlich) erfasst werden, und die Druckwerte können, beispielsweise mittels einer diskreten Fourier-Transformation, in den Frequenzraum transformiert werden. Dadurch kann ein frequenztransformiertes Spektrum des Drucks ermittelt werden. Die zylinderindividuelle Einspritzmenge kann mittels eines Modells, das die Einspritzmenge in Abhängigkeit des Drucks im Hochdruckspeicher und der Fluidtemperatur des Brennstoffs modelliert, exakt bestimmt werden, indem bei der Einspritzfrequenz die Amplitude und/oder Phase im frequenztransformierten Spektrum des erfassten Drucks bestimmt werden. Aus der Amplitude und/oder Phase kann unter Verwendung des Models die Einspritzmenge modelliert werden. Bei dem Verfahren kann der Brennstoff jeweils pro Einspritzvorgang des Brennstoffs in den Brennraum des zumindest einen Zylinders mit mehreren, insbesondere zwei, Einspritzhüben aus dem Brennstofftank in den Hochdruckspeicher befördert werden, so dass das Drucksignal der Förderpumpe von dem Drucksignal der Einspritzung getrennt sein kann.
Ausgehend von der ermittelten Einspritzmenge kann für den Einspritzvorgang in den zumindest einen Zylinder eine Drift der Einspritzmenge in Bezug auf eine nominelle Einspritzmenge errechnet werden, indem beispielsweise eine Differenz zwischen beiden Werten, optional mit nachfolgender Betragsbildung der Differenz, bestimmt wird. Insbesondere kann die nominelle Einspritzmenge von der ermittelten Einspritzmenge abgezogen werden. Die nominelle Einspritzmenge entspricht dabei der Einspritzmenge in den zumindest einen Zylinder durch den zugeordneten Injektor, die bei aktuellen Betriebsbedingungen in einem Neuzustand des Injektors, also vor erstmaliger Inbetriebnahme, für die Einspritzung zu erwarten gewesen wäre. Die aktuellen Betriebsbedingungen können einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors kennzeichnen und insbesondere die Drehzahl des Verbrennungsmotors, den erfassten Druck und die Ansteuerdauer des Injektors während des Einspritzvorgangs umfassen, für den die Einspritzmenge ermittelt werden soll.
Folglich kann das erfindungsgemäße Verfahren eine über die Lebensdauer stets durchführbare Online-Analyse und optional eine nachgeschaltete Korrektur der Injektormengendrift über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors ermöglichen, die bisher nur für einen Neuzustand des Injektors eines Verbrennungsmotors möglich war und unter dem Namen „injection quantity adaption“ bekannt ist. Insbesondere wird die normalerweise für den Neuzustand des Injektors berechnete Driftkorrektur überflüssig, so dass hierdurch weniger werksseitige Fehlerkorrekturen in die elektromische Motorsteuersteuerung implementiert werden müssen. Mittels des Verfahrens kann es besonders einfach sein, große Driftmengen, beispielweise im Bereich von bis zu 15% der im Neuzustand einzuspritzenden Einspritzmenge, zu bestimmen. Daher kann das Einspritzverhalten des Verbrennungsmotors während des Betriebs und insbesondere in Abhängigkeit der Alterung der verwendeten Bauteile korrigiert werden. Insgesamt kann also die Einspritzung des Verbrennungsmotors besonders genau und einfach über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors realisiert werden.
In einer Ausführungsform wird die Einspritzmenge ermittelt, wenn (vor)definierte Freigabebedingungen, die insbesondere den Verbrennungsmotor und/oder den Einspritzvorgang charakterisieren, vorliegen. Die Freigabebedingungen können beispielweise vorliegen, wenn eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, der erfasste Druck, die nominelle Einspritzmenge, eine der zur ermittelten Einspritzmenge zugeordnete Ansteuerdauer und/oder eine Temperatur des Verbrennungsmotors in ihren jeweiligen vorgegebenen Bereichen liegen. Die Temperatur kann lediglich geprüft werden, wenn der Motor betriebswarm ist. Alternativ oder zusätzlich kann als Freigabebedingung geprüft werden, dass ein bestimmtes Einspritzmuster vorliegt. Um zu prüfen, ob der oder die zuvor genannten Motorparameter innerhalb ihrer vorgegebenen Bereiche liegen, kann insbesondere der jeweilige Parameter mit einem oberen und/oder unteren Schwellwert, der bzw. die die Bereiche kennzeichnen, verglichen werden, um festzustellen, ob der jeweilige Parameter in dem vorgegebenen Bereich liegt. Dadurch können die zylinderindividuelle Einspritzmenge und damit die Drift zu den definierten Betriebspunkten des Verbrennungsmotors bestimmt werden.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner den Schritt Korrigieren der nominellen Einspritzmenge einer zukünftigen Einspritzung des Brennstoffs in den zumindest einen Zylinder unter Verwendung der ermittelten Drift auf. Dabei kann angenommen werden, dass die zu korrigierende Einspritzung bei einem annähernd gleichen Betriebspunkt durchgeführt werden wird. Diese Maßnahme kann bewerkstelligen, dass die ermittelte Drift als Korrektur für die nominelle Einspritzmenge verwendet wird (beispielsweise wird die Drift von der nominellen Einspritzmenge abgezogen) und der korrigierte Wert der Einspritzmenge kann als Führungsgröße in einer Regelung der Einspritzung des Brennstoffs in den zumindest einen Zylinder des Verbrennungsmotors verwendet werden. Dadurch kann die Einspritzung des Verbrennungsmotors besonders genau unabhängig von einer Alterung der Bauteile des Einspritzsystems des Verbrennungsmotors erfolgen.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Schritte Ermitteln einer Vielzahl von zylinderindividuellen Einspritzmengen, Ermitteln einer Vielzahl von Driften basierend auf den entsprechenden ermittelten zylinderindividuellen Einspritzmengen, Ermitteln eines Driftmittelwerts für die Vielzahl der ermittelten Driften und Korrigieren der nominellen Einspritzmenge einer zukünftigen Einspritzung des Brennstoffs in den zumindest einen Zylinder unter Verwendung des ermittelten Driftmittelwerts auf. Diese Maßnahme kann die Genauigkeit der Korrektur der nominellen Einspritzmenge erhöhen, indem der Driftmittelwert durch statistische Auswertung vieler vergangener Einspritzvorgänge bestimmt werden kann, um die Vorhersage, um welchen Wert der nominelle Einspritzwert korrigiert werden soll, besonders genau zu ermitteln. Es versteht sich, dass die ermittelte Einspritzmenge bei unterschiedlichen zeitlich kurz aufeinander folgenden Einspritzvorgängen bei gleichen Betriebsbedingungen voneinander geringfügig abweichen kann.
In einer Ausführungsform werden die Vielzahl der Driften für den zumindest einen Zylinder oder für mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors ermittelt. Durch diese Maßnahme kann die Genauigkeit der korrigierten Einspritzmenge erhöht werden.
Die ermittelte Drift der bzw. der ermittelte Driftmittelwert kann zur Korrektur der nominellen Einspritzmenge des Injektors, mehrerer Injektoren oder aller Injektoren des Verbrennungsmotors verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird die nominelle Einspritzmenge korrigiert, wenn die (vor)definierten Freigabebedingungen, die insbesondere den Verbrennungsmotor und/oder den Einspritzvorgang charakterisieren, vorliegen. Die Freigabebedingungen können beispielweise vorliegen, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der erfasste Druck, die nominelle Einspritzmenge, die der zu ermittelnden Einspritzmenge zugeordnete Ansteuerdauer und/oder die Temperatur des Verbrennungsmotors in dem vorgegebenen Bereich liegen. Die Temperatur kann auch in dieser Ausführungsform lediglich geprüft werden, wenn der Motor betriebswarm ist. Alternativ oder zusätzlich kann als Freigabebedingung geprüft werden, dass ein bestimmtes Einspritzmuster vorliegt. Mit anderen Worten kann die nominelle Einspritzmenge bei solchen Betriebspunkten korrigiert werden, für die der zugehörige Driftwert ermittelt worden ist. Dazu kann es möglich sein, dass sowohl für die Erfassung des Drucks im Hochdruckspeicher als auch für die Korrektur der nominellen Einspritzmenge die Freigabebedingungen abgefragt werden. Alternativ können lediglich zu Beginn des Verfahrens einmal die Freigabebedingungen geprüft werden.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner die Schritte Ermitteln von Korrelationsparametern für die ermittelte Einspritzmenge zwischen einem Satz bestehend aus einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, dem erfassten Druck, der nominellen Einspritzmenge und der der zu ermittelnden Einspritzmenge zugeordneten Ansteuerdauer und einem weiteren, unterschiedlichen Satz bestehend aus der Drehzahl des Verbrennungsmotors, dem erfassten Druck, der nominellen Einspritzmenge und der der zu ermittelnden Einspritzmenge zugeordneten Ansteuerdauer aufweisen, wobei die nominelle Einspritzmenge unter Verwendung der Korrelationsparameter für den weiteren unterschiedlichen Satz korrigiert werden kann. Dadurch kann ausgehend von einem Betriebspunkt, der durch den einen Satz von Parameterwerten charakterisiert ist, der Driftwert ermittelt und die nominelle Einspritzmenge bei einem unterschiedlichen in der Zukunft liegenden Betriebspunkt, der durch den weiteren, unterschiedlichen Satz von Parameterwerten charakterisiert ist, korrigiert werden, so dass das Verfahren besonders flexibel angewendet werden kann. Dieser Maßnahme kann die Erkenntnis zugrunde liegen, dass die auf statistischer Basis ermittelten Driften auf unterschiedliche Betriebspunkte einfach übertragbar sind, da die ermittelte Einspritzmenge in Abhängigkeit der Ansteuerdauer für unterschiedliche Drücke beispielsweise annähernd linear verläuft. Ferner kann die Extrapolation von einem Bereich, der die Parameterwerte des Betriebspunkt einschließt, auf einen weiteren Bereich, der die Parameterwerte des weiteren Betriebspunkt einschließt, durchgeführt werden, da alle Parameterwerte mit Toleranzen behaftet sind, die keine wesentlich Änderung des Betriebspunkt bedingen können.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein elektronisches Steuergerät für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, das so eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Dabei kann das elektronische Steuergerät beispielsweise als herkömmlicher Prozessor ausgebildet sein, auf dem ein spezielles Computerprogramm ablaufen kann, das das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt steuert. Alternativ oder zusätzlich kann das elektronische Steuergerät als elektronisches Motorsteuergerät ausgebildet sein oder in diesen aufgenommen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das elektronische Steuergerät entsprechende Einheiten aufweisen, die eine oder mehrere Verfahrensschritte des Verfahrens durchführen können. Dabei können das elektronische Steuergerät bzw. die Einheiten beispielweise mittels entsprechender Schaltungen realisiert sein.
Gemäß einem dritten Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen, wenn es von einem Prozessor, insbesondere des elektronischen Steuergeräts, durchgeführt wird. Das Computerprogramm, beispielsweise das oben genannte spezielle Computerprogramm, kann Instruktionen aufweisen und einen Steuergerätecode bilden, der einen Algorithmus zum Durchführen des Verfahrens umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf welchem ein Computerprogramm gemäß dem dritten Aspekt gespeichert ist. Das maschinenlesebare Speichermedium kann beispielsweise als externer Speicher, als interner Speicher, als Festplatte oder als USB-Speichergerät ausgebildet sein.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einer Brennstoffeinspritzung in Form eines Common-Rail-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines elektronischen Steuergeräts für den Verbrennungsmotor in 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, das von dem elektrischen Steuergerät in 2 durchgeführt wird;
4 ein schematisches Diagramm, das ein Kennfeld der Einspritzmenge in Abhängigkeit eines Drucks im Hochdruckspeicher und einer Ansteuerdauer zeigt;
5 schematische Diagramme, die eine Güte des Verfahrens für einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors zeigen; und
6 schematische Diagramme, die die Güte des Verfahrens für einen weiteren Betriebspunkt des Verbrennungsmotors zeigen.

Ausführungsformen der Erfindung
Ein sechszylindriger Verbrennungsmotor 10 eines Diesel-Kraftfahrzeugs weist eine Brennstoffeinspritzung 12 auf, die als Common-Rail-System ausgebildet ist. Die Brennstoffeinspritzung 12 ist dazu ausgelegt, Brennstoff in Form von Diesel aus einem Hochdruckspeicher 14 der Brennstoffeinspritzung 12 zu entnehmen und in einem Brennraum 15 von Zylindern 16 des Verbrennungsmotors 10 mittels zugeordneten Injektoren 18 einzuspritzen. Der Übersicht halber sind lediglich ein Brennraum 15, ein Zylinder 16 und ein Injektor 18 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Brennstoffeinspritzung 12 weist einen Brennstofftank 20 auf, der stromabwärts mit einer Brennstoffförderpumpe 22, die als Niederdruckpumpe ausgebildet ist, über eine entsprechende Zuleitung 24 verbunden ist. Die Brennstoffförderpumpe 22 ist über ein Druckregelventil 26 in der Zuleitung 24 mit einer Hochdruckpumpe 28 verbunden, die wiederum mit dem Hochdruckspeicher 14 in Fluid-Verbindung steht. Der Brennstoff ist aus dem Hochdruckspeicher 14 in die identisch ausgebildeten Injektoren 18 zuführbar, die dazu eingerichtet sind, den Brennstoff in den jeweiligen Brennraum 15 der zugeordneten Zylinder 16, die jeweils mit einem verschiedenen Injektor 18 verbunden sind, zuzumessen. Der Hochdruckspeicher 14 und jeder Injektor 18 sind über eine Abführleitung 30 mit dem Brennstofftank 20 verbunden.
In jedem Zylinder 16 ist ein Kolben (nicht gezeigt) vorgesehen, der zum Komprimieren des freien Volumens des Brennraums 15 des Zylinders 16 dient und dessen Bewegung unter Verwendung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 zum Antrieb des Verbrennungsmotors 10 verwendet wird. Eine Nockenwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 wird über die Kurbelwelle betrieben und dient dem Öffnen und Schließen der Einlassventile bzw. Auslassventile für jeden Zylinder 16.
Ein elektronisches Steuergerät 32 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, jeden Injektor 18 derart mit einem zugeordneten Steuersignal in Form eines Ansteuerstroms anzusteuern, dass er zu einem bestimmten Öffnungszeitpunkt öffnet und zu einem bestimmten Schließzeitpunkt schließt. Der Ansteuerstrom bedingt die Ansteuerdauer des Injektors 18. Das Steuergerät 32 ist ferner dazu eingerichtet, ein Druckregelventil 34, das an dem Hochdruckspeicher 14 angeordnet ist, und eine Zumesseinheit 36, die in der Hochdruckpumpe 28 vorgesehen ist, anzusteuern. Es ist ebenfalls möglich, dass das Common-Rail-System 12 lediglich das Druckregelventil 34 oder die Zumesseinheit 36 aufweist. Ein Drucksensor 38, der an dem Hochdruckspeicher 14 angeordnet ist, ist dazu eingerichtet, einen aktuellen Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckspeicher 14 winkelsynchron kontinuierlich zu messen. Dazu ist der Drucksensor 38 durch das elektronische Steuergerät 32 mit Spannung versorgbar und dazu eingerichtet, ein Druckmesssignal an das Steuergerät 32, die in Abhängigkeit eines Drehwinkels der Kurbelwelle, d.h. des Kurbelwellenwinkels, erfasst werden, auszugeben. Das elektronische Steuergerät 32 kann beispielsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet oder ein Bauteil jener sein.
Das in 2 gezeigte elektronische Steuergerät 32 zeigt eine erste Einheit 40 auf, die dazu geeignet ist, festzustellen, ob definierte Freigabebedingungen für das Verfahren vorliegen. Dazu ist die Einheit 40 eingerichtet, festzustellen, ob ein Satz von Parameterwerten innerhalb ihrer vorgegebenen Schwellwerte liegt. Diese Parameter umfassen den erfassten Druck P im Hochdruckspeicher 14, eine Drehzahl n des Verbrennungsmotors 10, eine Ist-Ansteuerdauer AD des Injektors 18 und eine nominelle Einspritzmenge Qn. Optional kann auch geprüft werden, ob die Temperatur des Verbrennungsmotors 10, sofern er betriebswarm ist, als zusätzlicher Parameter innerhalb ihrer Schwellwerte liegen und/oder ob ein bestimmtes Einspritzmuster für den Zylinder vorliegt.
Eine weitere Einheit 42 ist dazu eingerichtet, den Drucksensor 38 anzusteuern, dass der vom Drucksensor 38 winkelsynchron zur Kurbelwellenwinkelumdrehung gemessene Druck im Hochdruckspeicher 12 als Druckwerte an die Einheit 42 übergeben werden, sofern ein Ausgabesignal der Einheit 40 angibt, dass die Freigabebedingungen erfüllt sind. Eine weitere Einheit 44 ist dazu eingerichtet, basierend auf dem von der Einheit 42 ausgegebenen Drucksignal P(T) ein frequenztransformiertes Spektrum DFT(P) des Drucks auszurechnen. Eine Einheit 46 ist dazu eingerichtet, aus dem frequenztransformierten Druckspektrum DFT(P) eine Einspritzmenge Q bei einer Einspritzfrequenz fE unter Verwendung eines Modells auszurechnen. In dem verwendeten Model ist definiert, dass die Einspritzmenge Q eine Funktion des Drucks P und/oder der Fluidtemperatur T des Brennstoffs ist, also Q=Q(P, T). Die Einheit 46 ist dabei eingerichtet, die Phase φ und/oder Amplitude A des Druckspektrums DFT(P) bei der Einspritzfrequenz fE zu ermitteln und aus diesen Werten φ_fE, A_fE unter Verwendung des Modells die Einspritzmenge Q zu ermitteln. Eine Einheit 48 ist dazu eingerichtet, basierend auf der ermittelten Einspritzmenge Q und einer in der elektronischen Steuervorrichtung 32 abgelegten nominellen Einspritzmenge Qn eine Drift ΔQ der Einspritzmenge für den betrachteten Einspritzvorgang zu ermitteln. Die Drift ΔQ ist dabei als Differenz zwischen der mittels des Modells ermittelten Einspritzmenge Q und der nominellen Einspritzmenge Qn definiert, also ΔQ = Q - Qn bzw. ΔQ = |Q - Qn| je nach Größe der Werte von Q, Qn. Eine Einheit 50 ist dazu eingerichtet, basierend auf einer Vielzahl von ermittelten Driften ΔQi einen gemittelten Driftmittelwert ΔQm auszurechnen und an eine Einheit 52 auszugeben. Dabei werden die Driftwerte ΔQi für den einen Zylinder 16, für mehrere Zylinder 16 oder für alle Zylinder 16 ermittelt. Die Einheit 52 ist dazu eingerichtet, Korrelationsparameter K zwischen verschiedenen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 10 auszurechnen. Jeder Betriebspunkt ist durch den in der Einheit 40 verwendeten Satz von Parameterwerten bestimmt. Es kann angenommen werden, dass bei diesen Betriebspunkten das Einspritzmuster gleich ist. Eine Einheit 54 ist dazu eingerichtet, einen Korrekturwert Qn,k für die nominelle Einspritzmenge Qn basierend auf dem Driftmittelwert ΔQm und optional den Korrelationsparametern K auszurechnen und ein Signal in Form einer korrigierten nominellen Einspritzmenge Qn,k an eine Regeleinheit 56 für die aktuelle Ist-Einspritzmenge QJst auszugeben. Die Führungsgröße der Regeleinheit 56 ist die Soll-Ansteuerdauer AD_Soll, die als Stromsignal auf den Injektor 18 aufgeprägt wird. Die gemessene Ist-Ansteuerdauer AD_Ist wird der Regeleinheit 56 zugeführt.
Die Einheit 50 und/oder die Einheit 52 sind optional, so dass in solchen Ausführungsbeispielen die Einheit 54 basierend auf dem Ausgabesignal der Einheit 48 bzw. der Einheit 50 arbeitet.
In einer alternativen Implementierung weist das elektronische Steuergerät 32 einen Prozessor und einen Speicher eines herkömmlichen Computers auf. In dem Speicher ist ein Computerprogramm abgelegt, das dazu eingerichtet ist, das Ausgabesignal der Einheit 54 oder der Einheit 56 zu erzeugen. Zum besseren Verständnis wird das in 3 gezeigte Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel für das in 2 gezeigte elektronische Steuergerät 32 beschrieben.
Bei einem Betrieb des Steuergeräts 32 wird in einem Verfahrensschritt S0 gemäß einem Fahrerwunsch ein Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 eingestellt. Dieser Betriebspunkt wird durch eine Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs vorgegeben, die aus einer Stellung des Gaspedals ableitbar ist. Die Parameter, die den Betriebspunkt kennzeichnen, sind, wie oben erläutert, der von dem Sensor 38 erfasste Druck im Hochdruckspeicher 14, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 10, eine Ansteuerdauer des Injektors 18 und eine nominelle Einspritzmenge. Optional können zusätzlich die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 und das Einspritzmuster den Betriebspunkt kennzeichnen. In einem Verfahrensschritt S2 wird mittels des Drucksensors 38 der Druck im Hochdruckspeicher 14 kontinuierlich winkelsynchron zur Kurbelwellendrehung gemessen. Der Schritt S0 kann parallel zum Schritt S2 durchgeführt werden.
In einem Verfahrensschritt S4, der von der Einheit 40 ausgeführt wird, wird festgestellt, ob die vordefinierten Freigabebedingungen vorliegen, also ob die Parameterwerte des Betriebspunkts innerhalb eines zugehörigen vorgegebenen Bereiches liegen und optional das bestimmte Einspritzmuster vorliegt. Ist dies der Fall, wird in einem weiteren Verfahrensschritt S6, der von der Einheit 42 ausgeführt wird, die Druckwerte zur weiteren Verarbeitung speichert. Andernfalls wird der Verfahrensschritt S4 erneut ausgeführt. In einem Verfahrensschritt S8, der von der Einheit 44 ausgeführt wird, wird aus den von der Einheit 42 ausgegebenen Druckwerten ein fouriertransformiertes Druckspektrum DFT(P) ermittelt.
In einem weiteren Verfahrensschritt S10, der von der Einheit 46 ausgeführt wird, wird die modellierte Einspritzmenge Q aus der Phase und/oder Amplitude bei der Einspritzfrequenz fE berechnet. In einem weiteren Verfahrensschritt S12, der von der Einheit 48 ausgeführt wird, wird die Drift ΔQ ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt S14, der von der Einheit 50 ausgeführt wird, wird für die von der Einheit 48 ermittelte Vielzahl von Driften ΔQi ein Driftmittelwert ΔQm ermittelt. Jedes dieser Driftwerte ΔQi wird ermittelt, wenn die Bedingungen im Schritt S6 erneut erfüllt sind, d.h. die Driftwerte ΔQi liegen zu verschiedenen Zeitpunkten über die Lebensdauer des Fahrzeugs vor.
In einem daran sich anschließenden Verfahrensschritt S16, der von der Einheit 52 ausgeführt wird, werden die Korrelationsparameter K für die Modeleinspritzmenge Q zwischen Parameterwerten verschiedener Betriebspunkte ermittelt, um den ermittelten Driftmittelwert ΔQm von einem Betriebspunkt auf einem weiteren Betriebspunkt zu extrapolieren. In einem weiteren Verfahrensschritt S18, der von der Einheit 54 ausgeführt wird, wird die nominelle Einspritzmenge Qn um den Driftmittelwert ΔQm, der gegebenenfalls unter Verwendung der Korrelationsparameter K extrapoliert wurde, korrigiert. In einem weiteren Verfahrensschritt S20, der von der Einheit 56 ausgeführt wird, wird die korrigierte nominelle Einspritzmenge Qn,k zur Regelung der Einspritzmenge QJst verwendet. Dazu wird mittels der Regeleinheit 56 ein Steuersignal in Form eines der Ansteuerdauer AD_Soll zugehörigen Stromsignals an den zumindest einen Injektor 18 des Verbrennungsmotors 10 ausgegeben.
Bei der Ermittlung des Driftmittelwerts ΔQm können solche Driften ΔQi berücksichtigt werden, die für einen einzigen Zylinder 16 bestimmt wurden. Es ist auch möglich, dass eine Driftmittelung über alle Zylinder 16 des Verbrennungsmotors 10 erfolgt. Das Steuersignal kann dann zur Korrektur der Ansteuerdauer eines Injektors 18 oder aller Injektor 18 des Verbrennungsmotors 10 verwendet werden.
In 4 ist ein Kennfeld für den Verbrennungsmotor 10 dargestellt. In dem Diagramm ist eine mit einer Prüfbank gemessene Einspritzmenge Q in Kubikmillimeter pro Hub (mm^3/Hub) auf der y-Achse 60 in Abhängigkeit einer Ansteuerdauer AD in Mikrosekunden (µs) auf der x-Achse 62 für verschiedene Drücke P1-P9 im Hochdruckspeicher 14 dargestellt. Die Drücke P1-P9 betragen 250 bar, 400 bar, 600 bar, 800 bar, 1000 bar, 1200 bar, 1400 bar, 1600 bar und 1800 bar. Ein Betriebspunkt 64 liegt beispielsweise in einem Bereich 66 vor, der durch obere und untere Schwellwerte für die Ansteuerdauer und durch obere und untere Schwellwerte für die Einspritzmenge definiert ist. Ein weiterer Betriebspunkt 68 liegt in einem Bereich 70 vor, der ebenfalls durch obere und untere Schwellwerte für die Ansteuerdauer und die Einspritzmenge definiert ist. Der Bereich 66, 70 stellt jeweils eine Toleranz der Einspritzmenge und der Ansteuerdauer für den jeweiligen Betriebspunkt 64, 68 dar. Die in dem Schritt S16 bestimmten Korrelationsparameter K ermöglichen das Extrapolieren der Einspritzmenge Q in dem Bereich 66 auf eine Einspritzmenge Q in dem Bereich 70, also speziell vom Betriebspunkt 64 zum Betriebspunkt 68. Beispielsweise muss die Einspritzmenge Q lediglich linear bezogen auf die Ansteuerdauer vom Betriebspunkt 64 auf den Betriebspunkt 68 für die Drücke P5-P9 extrapoliert werden. Der lineare Multiplikationsfaktor ist ferner für alle Drücke P5-P9 gleich.
5 und 6 zeigen verschiedene Realisierungen des Verfahrens. In den gezeigten Diagrammen sind jeweils der Druck P (y-Achse 72) in dem Hochdruckspeicher 14 in Einheiten von bar, die Motordrehzahl n (y-Achse 74) des Fahrzeugs in Einheiten von Umdrehungen pro Minute (rpm), die ermittelte Einspritzmenge Q (y-Achse 76) in Einheiten von Milligramm pro Hub (mg/Hub) und die nominelle Einspritzmenge (y-Achse 78) in Einheiten von mg/Hub und ein Bit B (y-Achse 80), das die Erfüllung der in S6 geprüften Bedingung darstellt und zwischen Null und Eins variiert, in Abhängigkeit der Zeit t in Sekunden s (x-Achse 82) gezeigt. Dabei sind in 6 die Einspritzmenge Q und die nominelle Einspritzmenge Qn oberhalb eines Werts von 150 mh/Hub nicht bedatet. Bei dem in 5 und 6 gezeigten Beispiel wird im Schritt S4 festgestellt, dass der Druck größer als 1200 bar, die Motordrehzahl|_[ho1] größer als 900 Umdrehungen/Minute und die ermittelte und nominelle Einspritzmenge in einem Bereich zwischen 60 mg/Hub und 100 mg/Hub liegt. Diese Bedingungen sind für 141 Sekunden erfüllt, wie das Bit 80 zeigt. Bei dem in 5 und 6 gezeigten Beispielen nahe dem Emissionspunkt beträgt der Mittelwert des Drucks 1688 bar, die ermittelte Einspritzmenge 79,80 mg/Hub und die nominelle Einspritzmenge 79,18 mg/Hub. |_[ho2] Bei beiden Beispielen wird der Modellwert der Einspritzmenge Q mit dem Steuergerätewert Qn verglichen. Es zeigt sich in beiden Figuren eine sehr gute Übereinstimmung zwischen der ermittelten Einspritzmenge Q und der nominellen Einspritzmenge Qn.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014215618 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10), bei dem Brennstoff aus einem Hochdruckspeicher (14) entnommen und in einen Brennraum (15) zumindest eines Zylinders (16) des Verbrennungsmotors (10) einspritzt wird, mit den Schritten: - Winkelsynchrones Erfassen (S2) eines Drucks (P) des Brennstoffs in dem Hochdruckspeicher (14) während eines Betriebs des Verbrennungsmotors (10), - Ermitteln (S10) einer zylinderindividuellen Einspritzmenge (Q) des Brennstoffs, die in den zumindest einen Zylinder (16) eingespritzt wurde, aus einem ermittelten frequenztransformierten Spektrum (DFT(P)) des erfassten Drucks (P), - Ermitteln (S12) einer Drift (ΔQ) der ermittelten Einspritzmenge (Q) in Bezug auf eine nominellen Einspritzmenge (Qn), die in einen Neuzustand eines dem zumindest einen Zylinder (16) zugeordneten Injektors (18) bei aktuellen Betriebsbedingungen hätte eingespritzt werden sollen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einspritzmenge (Q) ermittelt wird, wenn definierte Freigabebedingungen vorliegen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: - Korrigieren (S18) der nominellen Einspritzmenge (Qn) einer zukünftigen Einspritzung des Brennstoffs in den zumindest einen Zylinder (16) unter Verwendung der ermittelten Drift (ΔQ).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: - Ermitteln (S10) einer Vielzahl von zylinderindividuellen Einspritzmengen (Q), - Ermitteln (S12) einer Vielzahl von Driften (ΔQi) basierend auf den entsprechenden ermittelten zylinderindividuellen Einspritzmengen (Qi), - Ermitteln (S14) eines Driftmittelwerts (ΔQm) für die Vielzahl der ermittelten Driften (ΔQi) und - Korrigieren (S18) der nominellen Einspritzmenge (Qn) bei einer zukünftigen Einspritzung des Brennstoffs in den zumindest einen Zylinder (16) unter Verwendung des ermittelten Driftmittelwerts (ΔQm).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl der Driften (ΔQi) für den zumindest einen Zylinder (16) oder für mehrere Zylinder (16) des Verbrennungsmotors (10) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die nominelle Einspritzmenge (Qn) korrigiert wird, wenn die definierten Freigabebedingungen vorliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ferner aufweisend: - Ermitteln (S16) von Korrelationsparametern (K) für die ermittelte Einspritzmenge (Q) zwischen einem Satz bestehend aus der Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (10), dem erfassten Druck (P), der nominellen Einspritzmenge (Qn) und der der zu ermittelten Einspritzmenge (Q) zugeordneten Ansteuerdauer (AD_Ist) und einem weiteren, unterschiedlichen Satz bestehend aus der Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (10), dem erfassten Druck (P), der nominellen Einspritzmenge (Qn) und der der zu ermittelten Einspritzmenge (Q) zugeordneten Ansteuerdauer (AD_Ist), wobei die nominelle Einspritzmenge (Qn) unter Verwendung der Korrelationsparameter (K) für den weiteren, unterschiedlichen Satz korrigiert wird.
Elektronisches Steuergerät (32) für einen Verbrennungsmotor (10), das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es von einem Prozessor insbesondere eines elektronischen Steuergeräts (32) durchgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.