DE10343759A1

DE10343759A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzsystems

Info

Publication number: DE10343759A1
Application number: DE2003143759
Authority: DE
Inventors: Thomas Dingler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-23
Also published as: DE10343759B4

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem ansteuerbaren Einspritzaktor ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: DOLLAR A - Es wird eine zur Aufrechterhaltung eines konstanten Betriebspunkts der Brennkraftmaschine erforderliche erste Einspritzmenge einer Einfacheinspritzung ermittelt; DOLLAR A - sodann wird eine zur Aufrechterhaltung des konstanten Betriebspunkts erforderliche zweite Gesamteinspritzmenge einer Mehrfacheinspritzung ermittelt; DOLLAR A - durch Vergleich der ersten Einspritzmenge mit der zweiten Gesamteinspritzmenge wird auf eine Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von der berechneten Referenzeinspritzmenge geschlossen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
In modernen Kraftstoffeinspritzsystemen, insbesondere im Hinblick auf ein optimales Geräusch- und Abgasverhalten der Brennkraftmaschine müssen nicht nur präzise Einspritzzeiten, sondern auch präzise Einspritzmengen realisiert werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen, einer Drift über die Lebensdauer und sonstigen Einflüssen unterscheidet sich nun die tatsächlich eingespritzte Einspritzmenge einer Brennkraftmaschine von der von einer Motorsteuerung berechneten Referenzmenge. Dies kann zur Verschlechterung des Abgasverhaltens, zu Geräuschproblemen oder sogar zu nicht mehr akzeptablen Leistungsstreuungen führen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Kompensation von Streuungen von Einspritzventilen bekannt. So werden beispielsweise bei der Fertigung Abgleichwerte jedes Einspritzventils registriert und in einem Steuergerät programmiert. Hierdurch ist jedoch keine Drift über die Lebensdauer der Einspritzventile kompensierbar.
Aus der DE 199 45 618 A1 ist eine Mengenausgleichs- oder Laufruheregelung bekannt, bei der die den einzelnen Zylindern zugemessene Menge auf einen gemeinsamen Mittelwert geregelt wird. Wenn in einzelnen Zylindern aufgrund von Toleranzen Mengenfehler entstehen, also falsche Kraftstoffmengen eingespritzt werden, tritt eine Drehungleichförmigkeit auf, die sich im Drehzahlsignal zeigt. Derartige Drehungleichförmigkeiten werden durch die Mengenausgleichsregelung auf Null ausgeregelt. Durch eine solche Mengenausgleichsregelung ist jedoch eine Drift aller Einspritzventile in der gleichen Größenordnung nicht erkennbar.
Darüber hinaus ist eine Nullmengenkalibrierung bekannt, bei der in der Schubphase die Wirkgrenze der Einspritzventile ermittelt wird. Hierfür ist jedoch ein erheblicher Applikationsaufwand notwendig. Die Nullmengenkalibrierung ist darüber hinaus nur für sehr kleine Mengen geeignet, sie ist darüber hinaus für Einspritzventile mit einem Plateau nicht geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu vermitteln, durch welche Abweichungen der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge, die aufgrund von Fertigungstoleranzen, einer Drift über die Lebensdauer der Einspritzventile oder aufgrund sonstiger Einflüsse entstehenden, nicht nur bestimmt, sondern auch kompensiert werden können.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und bei einer Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Erfindung liegt die Grundidee zugrunde, in einem konstanten Betriebspunkt den bei jedem Einspritzvorgang auftretenden Fehler aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Drifts über die Lebensdauer oder sonstigen Einflüssen durch einen Vergleich einer Einfacheinspritzung, bei der dieser Fehler nur einmal auftritt, mit einer Mehrfacheinspritzung der gleichen Einspritzmenge, bei der dieser Fehler mehrfach auftritt, zu ermitteln. Die Erfindung nutzt hier sehr vorteilhaft aus, daß sich der Fehler bei einer Mehrfacheinspritzung multipliziert – der gleiche Fehler also bis auf einen Faktor bei sowohl einer Einfacheinspritzung als auch bei der Mehrfacheinspritzung auftritt. Durch Vergleich der Einspritzmenge der Einfacheinspritzung mit der Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzung kann daher auf diesen Fehler auf weiter unten noch näher beschriebene Weise geschlossen werden.
Als fester Betriebspunkt wird vorzugsweise ein Betriebspunkt mit konstanter Leistungsabgabe angefahren, der beispielsweise durch eine Leerlaufregelung eingestellt werden kann. Auf diese Weise sind präzise Vergleiche der Einspritzmenge der Einfacheinspritzung mit der Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzung möglich.
Die Mehrfacheinspritzungen erfolgen vorteilhafterweise in kurzen Zeitabständen. Dabei werden vorzugsweise ferner jeweils bei jeder Einspritzung der Mehrfacheinspritzung gleiche Einspritzmengen eingespritzt, deren Summe der Einspritzmenge der Einfacheinspritzung entspricht.
Um negative Einflüsse, die beispielsweise aufgrund von Drifts über die Lebensdauer der Einspritzventile entstehen, zu kompensieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, den vorbeschriebenen Vergleich in vorgegebenen Zeitabständen zu wiederholen. Hierdurch können über längere Laufzeiten entstehende Fehler beseitigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, aus denen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen, in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt gemäß dem Stand der Technik und
3 schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flußdiagramms.
Beschreibung von Ausführunsgbeispielen
Die 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in eine selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik ( DE 39 29 747 A1 ). Die nur schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 10 erhält von einer Kraftstoffpumpe 30 eine bestimmte Kraftstoffmenge zugemessen. Der momentane Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 wird mittels Sensoren 40 erfasst und erfasste Messwerte 15 an ein Steuergerät 20 übermittelt. Die Messwerte umfassen bspw. die Drehzahl, die Brennkraftmaschinentemperatur, den tatsächlichen Einspritzbeginn und evtl. noch weitere Größen 25, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, wie bspw. die Stellung eines Fahrpedals 25 oder der Umgebungsluftdruck. Das Steuergerät 20 berechnet anhand der Messwerte 15 und der weiteren Größen 25 entsprechend der vom Fahrer gewünschten Kraftstoffmenge Ansteuerimpulse 35, mit denen ein mengenbestimmendes Glied der Kraftstoffpumpe 30 beaufschlagt wird. Als mengenbestimmendes Glied dient dort ein Magnetventil, welches so angeordnet ist, dass durch die Öffnungsdauer bzw. die Schließdauer des Magnetventils die einzuspritzende Kraftstoffmenge festgelegt wird. Allerdings ist anzumerken, dass an Stelle des Magnetventils elektrisch gesteuerte Einspritzventile mit bspw. Piezo-Aktoren angeordnet sein können. Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist davon jedoch völlig unberührt.
In der 2 ist ein im Stand der Technik ( DE 100 02 270 C1 ) bekanntes, piezoelektrisch gesteuertes Einspritzventil 101 in einer Schnittzeichnung dargestellt. Das Ventil 101 weist eine piezoelektrische Einheit 104 zur Betätigung eines in einer Bohrung 113 eines Ventilkörpers 107 axial verschiebbaren Ventilglieds 103 auf. Das Ventil 101 weist ferner einen an die piezoelektrische Einheit 104 angrenzenden Stellkolben 109 sowie einen an ein Ventilschließglied 115 angrenzenden Betätigungskolben 114 auf. Zwischen den Kolben 109, 114 ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer 116 angeordnet. Das Ventilschließglied 115 wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz 118, 119 zusammen und trennt einen Niederdruckbereich 120 von einem Hochdruckbereich 121. Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit 112 liefert die Ansteuerspannung für die piezoelektrische Einheit 104, und zwar in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Druckniveaus im Hochdruckbereich 121.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen, einer Drift über die Lebensdauer und sonstigen Einflüssen unterscheidet sich die tatsächlich eingespritzte Einspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine 10 von der in dem Steuergerät 20 berechneten Referenzeinspritzmenge. Dies kann zu einer Verschlechterung der Abgaswerte, zu Geräuschproblemen oder zu Leistungsstreuung führen.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Abweichung einer eingespritzten Menge gegenüber einer Referenzeinspritzmenge wird nachfolgend in Verbindung mit 3 näher beschrieben.
Das Verfahren kann zur Anwendung bei beliebigen Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Dieselmotoren mit einer Common-Rail-Einspritzanlage gelangen, es eignet sich aber prinzipiell auch für andere Verbrennungsmotoren oder andere Einspritzsysteme, welche zu Mehrfacheinspritzungen fähig sind.
Zunächst erfolgt in einem Schritt 310 die Einstellung eines festen Betriebspunkts, wobei unter festem Betriebspunkt ein Betriebspunkt mit gleichbleibender Leistungsabgabe verstanden wird. Ein solcher fester Betriebspunkt mit konstanter Leistungsangabe kann beispielsweise durch eine an sich bekannte Leerlaufregelung, die Teil des Steuergeräts 20 ist, eingestellt werden. Dem Verfahren liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Einspritzaktoren/Einspritzventile für einen möglichst großen Einspritzmengenbereich einen näherungsweise gleichen absoluten Fehler aufweisen. Das Verfahren wird ferner zunächst in ein bis drei Druckniveaus durchgeführt. Spätere Korrekturen können jedoch auch in anderen Druckbereichen erfolgen. Zunächst wird eine zur Einstellung des festen Be triebspunkts, das heißt zur Einstellung einer konstanten Leerlaufdrehzahl n₀ erforderliche Einfacheinspritzung vorgenommen, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge als QL1 bezeichnet wird. Die so eingespritzte Menge QL1 ist mit einem (einfachen) Fehler behaftet. Die Menge wird in einem Speicher des Steuergeräts 20 abgespeichert.
Daraufhin wird dieselbe Menge QLl auf mehrere gleich große Einzeleinspritzmengen QLx, die zur Aufrechterhaltung des Betriebspunkts, also der konstanten Leerlaufdrehzahl n₀ erforderlich sind, verteilt. Auf diese Weise tritt ein mit der Anzahl x der Einspritzungen multiplizierter Fehler auf. Dies hat eine Drehzahländerung zur Folge. Dieser Drehzahländerung wird durch die Regeleinrichtung entgegengewirkt, so daß der ursprüngliche Betriebspunkt gehalten wird. In Abhängigkeit der Injektorfehler stellt sich somit eine zu QLl unterschiedliche Einspritzmenge QLx ein. Wird nun die Menge ohne einen solchen Injektorfehler als QLL bezeichnet, so kann der Fehler, der bei jeder Einspritzung auftritt, berechnet werden. Für die fehlerbehafteten Einspritzmengen QL1 und QLx gelten folgende Beziehungen: QL1 = QLL – F (1) QLx = QLL – x·F (2)
Damit errechnet sich die korrekte Menge ohne Injektorfehler: QLL = (Inj·QL1 – QLx)/(Inj – 1) (3)
Der mittlere Fehler F aller Injektoren kann gemäß folgender Gleichung bestimmt werden: F = –(QLx – QL1)/(Inj – 1) (4).
Unter Zuhilfenahme der mittels einer an sich bekannten Mengenausgleichsregelung ermittelten Werte kann die Abweichung zum Mittelwert für jeden Zylinder (Fehler Zylx) gemäß folgender Gleichung errechnet werden: Fehler Zylx = QFBC(x) + F (5), wobei die Größe QFBC(x) die aufgrund der Mengenausgleichsregelung ermittelte Korrekturmenge zum Mittelwert der verbauten Injektoren darstellt. Aus der mittleren Abweichung F aller Injektoren und der Abweichung der einzelnen Injektoren zum Mittelwert aller verbauten Injektoren QFBC(x) errechnet sich der Mengenfehler für jeden einzelnen Injektor in bezug zu einem normierten Injektor, welcher für die Ermittlung der Mengenkennfelder der Injektorbaureihe verwendet wurde.
Durch Vergleich der erfaßten Einspritzmenge QL1 der Einfacheinspritzung mit der erfaßten Einspritzmenge QLx der Mehrfacheinspritzung kann aufgrund des oben dargestellten Gleichungssystems aus zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten (Gleichung (1) und Gleichung (2)) die Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge QL1, QLx von einer berechneten Referenzeinspritzmenge QLL bestimmt werden. Das vorstehend erläuterte Verfahren wird nachfolgend an folgendem Beispiel noch näher illustriert.
Beispiel
Im Leerlauf wird mit mittleren Injektoren im Schnitt ca. 10 mm³ pro Hub benötigt. Diese Menge entspricht der Menge ohne Injektorfehler QLL. Wird nun angenommen, daß die Injektoren pro Hub etwa 0,5 mm³ mehr Kraftstoff einspritzen als es der Menge ohne Injektorfehler QLL entspricht, der Fehler F also 0,5 mm³ pro Hub entspricht, so wird bei einer Einfacheinspritzung vom Leerlaufregler eine Einspritzmenge QL1 von 9,5 mm³ pro Hub errechnet. Diese Menge plus der Injektorfehler F von 0,5 mm³ pro Hub ergibt die benötigte Menge von 10 mm³ pro Hub.
Wenn nun angenommen wird, daß im selben festen Betriebspunkt, das heißt bei der selben Leerlaufdrehzahl n₀ vier Einspritzungen (x = 4) vorgenommen werden, so würde insgesamt eine Fehleinspritzung von 4 mal 0,5 mm³ pro Hub zuviel eingespritzt und damit eine Menge von 9,5 mm³ pro Hub plus 4 mal 0,5 mm³ pro Hub, das heißt 11,5 mm³ pro Hub. Hierdurch steigt die Drehzahl n an. Der Leerlaufregler reagiert hierauf und reduziert die eingespritzte Menge bis die tatsächliche Menge wieder dem Leerlaufbedarf entspricht. Die eingespritzte Menge QLx wird insoweit auf 8 mm³ pro Hub reduziert, so daß unter Berücksichtigung des vierfachen Fehlers (4·0,5 mm³ pro Hub) wieder die notwendige Einspritzmenge von 10 mm³ pro Hub erreicht wird.
Durch Vergleich der Größe QLx mit QL1 kann nun auf den Fehler F auf die vorbeschriebene Weise (Schritt 340) geschlossen werden.
Dieses Verfahren kann von Zeit zu Zeit wiederholt werden. Dabei kann eine Vorgabezeit t_V im Speicher des Steuergeräts 20 hinterlegt werden und in einer ebenfalls im Steuergerät 20 vorgesehenen Uhr die Laufzeit t der Brennkraftmaschine aufgezeichnet werden. Durch Vergleich der Laufzeit t mit der vorgegebenen Zeit t_V in einem Schritt 350 wird festgestellt, ob die Laufzeit die vorgegebene Zeit überschritten hat. Wenn dies der Fall ist, kann das vorbeschriebene Verfahren (Schritte 310 bis 340) wiederholt werden, um so Drifts, die über die Laufzeit der Injektoren entstehen können, zu kompensieren. Sofern die Laufzeit t die vorgegebene Zeit t_V nicht überschritten hat, findet dagegen eine solche Bestimmung der Abweichung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge von der Referenzeinspritzmenge QLL nicht statt.
Das vorbezeichnete Verfahren erfordert sehr vorteilhaft kaum zusätzlichen Applikationsaufwand. Insbesondere sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem ansteuerbaren Einspritzaktor, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – es wird eine zur Aufrechterhaltung eines konstanten Betriebspunkts der Brennkraftmaschine erforderliche erste Einspritzmenge einer Einfacheinspritzung ermittelt, – sodann wird eine zur Aufrechterhaltung des konstanten Betriebspunkts erforderliche zweite Gesamteinspritzmenge einer Mehrfacheinspritzung ermittelt; – durch Vergleich der ersten Einspritzmenge mit der zweiten Gesamteinspritzmenge wird auf eine Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von der berechneten Referenzeinspritzmenge geschlossen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch eine konstante Drehzahl und ein konstantes Drehmoment (konstanter Verbrauch) der Brennkraftmaschine repräsentiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzungen der Mehrfacheinspritzung in kurzen Zeitabständen innerhalb des momentenwirksamen Bereiches erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Einspritzung der Mehrfacheinspritzung jeweils die gleiche Einspritzmenge eingespritzt wird, jedoch bei Injektoren mit Plateau zusätzlich eine etwas größere Einspritzung zur Ausregelung des konstanten Betriebspunktes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der mittels einer Mengenausgleichsregelung erfaßten Mindesteinspritzmengen auf eine Abweichung der von einem jeden Einspritzaktor eingespritzten Menge von einer berechneten Referenzmenge geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem ansteuerbaren Einspritzaktor, gekennzeichnet durch – eine Regeleinrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Betriebspunkts; – eine Einspritzeinrichtung zur Einspritzung vorgegebener Einspritzmengen in einen Brennraum der Brennkraftmaschine sowie – eine Rechen- und/Steuereinrichtung zum Vergleich einer ersten zur Aufrechterhaltung des konstanten Betriebspunkts erforderlichen Einspritzmenge einer Einfacheinspritzung mit einer zur Aufrechterhaltung des Betriebspunkts erforderlichen Gesamteinspritzmenge einer Mehrfacheinspritzung und zur Bestimmung einer Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von der Referenzeinspritzmenge hieraus.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Leerlaufregelung ist.