DE10349884A1

DE10349884A1 - Method for determining injection volume in injection process of internal combustion engine entails fixing injection volume by determining integrated ionic current signal and comparing it with predetermined characteristic

Info

Publication number: DE10349884A1
Application number: DE2003149884
Authority: DE
Inventors: Patrick Attard; Rüdiger Dr.-Ing. Herweg; Gregor Dr.-Ing. Renner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-10-25
Filing date: 2003-10-25
Publication date: 2005-05-25

Abstract

The method for the determining of an injection volume in an injection process of an internal combustion engine entails fixing the injection volume by determining an integrated ionic current signal and comparing it with previously determined characteristic. The determining of the injection volume is carried out on the basis of a correlation between the sum combustion process and the integrated ionic current signal. An independent claim is included for a device by which the proposed method of determining an injection volume in an injection process of an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge bei Brennkraftmaschinen gemäss den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for determining the injection quantity in internal combustion engines according to the generic features of claim 1.

Während der Verbrennung treten im Brennraum von Verbrennungsmotoren Temperaturen von 2.000 bis 3.000 K auf. Diese hohen Temperaturen und die während der Verbrennung ablaufenden chemischen Reaktionsschritte bewirken eine teilweise Ionisation der im Brennraum vorhandenen Reaktionspartner. Es kann hierbei insbesondere in der Flammenfront zu einer nennenswerten Ionisation des Gases kommen. Hinter der Flammenfront bewirken Rekombinationsreaktionen wieder den Abbau der vorher gebildeten Ionen. Mit Hilfe von in den Brennraum eines Motors eingelassenen Elektroden, an die eine Gleichspannung angelegt wird, kann aufgrund der Ionisation ein Stromfluss (hier und in der Literatur Ionenstrom genannt) zwischen den Elektroden gemessen werden. Die Grösse des gemessenen Ionenstromes hängt bei gegebener Spannung vom Ionisationsgrad des Gases zwischen den Elektroden ab. Dieser wird beispielsweise bestimmt durch Temperatur im Brennraum, den Druck im Brennraum, das Verbrennungs-Luft-Verhältnis, den Zündzeitpunkt, die Kraftstoffzusammensetzung sowie die Drosselklappenstellung und Drall des Motors. Üblicherweise wird der durch einen Ionenstrom verursachte Spannungsabfall an einem Messwiderstand bestimmt.During the Combustion occur in the combustion chamber of internal combustion temperatures from 2,000 to 3,000K. These high temperatures and those during the Combustion running chemical reaction steps cause a partial ionization of the reactants present in the combustion chamber. In this case, it can be worth mentioning, especially in the flame front Ionization of the gas come. Behind the flame front cause Rekombinationsreaktionen again the degradation of the previously formed ions. With the help of in the Combustion chamber of a motor embedded electrodes to which a DC voltage is applied, due to ionization, a current flow (here and in the literature called ion current) between the electrodes be measured. The size depends on the measured ion current for a given voltage, the degree of ionization of the gas between the Electrodes off. This is determined, for example, by temperature in the combustion chamber, the pressure in the combustion chamber, the combustion-air ratio, the ignition timing, the fuel composition and the throttle position and Spin of the engine. Usually is the voltage drop caused by an ion current at a Measuring resistor determined.

Die Injektoren moderner direkt einspritzender Dieselmotoren unterliegen hohen mechanischen Präzisions- und Toleranzanforderungen, die zu hohen Herstellungskosten führen. Trotz dieser hohen Anforderungen haben Injektoren eine Streubreite der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge und können über die Laufzeit einen Mengendrift aufweisen.The Injectors are subject to modern direct injection diesel engines high mechanical precision and tolerance requirements that lead to high manufacturing costs. In spite of These high demands injectors have a range of actually injected Fuel quantity and can over the Running a set drift.

Zur Detektion der in einen Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge können am Motor angebrachte Klopfsensoren verwendet werden. Der Einsatz derartiger Klopfsensoren ist jedoch nur in einem begrenzten Drehzahl-Lastbereich möglich.to Detecting the amount of fuel injected into a combustion chamber can used on the engine knock sensors are used. The use However, such knock sensors is only in a limited speed load range possible.

Die Einspritzung bei modernen direkteinspritzenden Dieselmotoren beginnt nicht unmittelbar mit der Haupteinspritzung, sondern mit der sogenannten Voreinspritzung. Bei der Voreinspritzung bewirken kleinste Mengen an Dieselkraftstoffen (beispielsweise 1 bis 4mm³) eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Verbrennung. Ausserdem wird durch diese Vorreaktion bzw. teilweise Verbrennung der Zündverzug bei der Haupteinspritzung verkürzt. Ein hieraus resultierender Vorteil ist auch, dass eine weichere Verbrennung durch den verminderten Verbrennungsdruckanstieg realisiert und Verbrennungsdruckspitzen vermieden werden können. Diese Effekte verringern die Schadstoffemissionen, insbesondere die Stickoxid-Emissionen, den Verbrauch und das Verbrennungsgeräusch. Voreinspritzung kann ohne zusätzliche Hardware realisiert werden. Für die Voreinspritzung steuert eine elektronische Steuerung ein Magnetventil bzw. einen Piezo-Aktuator einer Einspritzpumpe innerhalb wenigster 1000stel Sekunden zweimal an. Das Magnetventil bzw. der Piezo-Aktuator dosiert auch bei der Haupteinspritzung die Einspritzmenge mit hoher Regelgenauigkeit und Mengendynamik. Zur optimalen Realisierung dieser Effekte ist die genaue Kenntnis sowie eine hierauf basierende Steuerung bzw. Regelung der Einspritzmenge vorteilhaft.The injection in modern direct-injection diesel engines does not start directly with the main injection, but with the so-called pilot injection. In the pre-injection effect smallest amounts of diesel fuels (for example, 1 to 4mm ³ ) a significant improvement in the efficiency of combustion. In addition, the ignition delay in the main injection is shortened by this pre-reaction or partial combustion. A resulting advantage is also that a softer combustion realized by the reduced increase in combustion pressure and combustion pressure peaks can be avoided. These effects reduce pollutant emissions, especially nitrogen oxide emissions, consumption and combustion noise. Pre-injection can be realized without additional hardware. For the pre-injection controls an electronic control a solenoid valve or a piezo actuator of an injection pump within a few 1000stel seconds twice. The solenoid valve or the piezo actuator also doses in the main injection, the injection quantity with high control accuracy and dynamic range. For optimal realization of these effects, the exact knowledge and a control or regulation of the injection quantity based thereon is advantageous.

Ein gattungsgemässes Verfahren ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 102 21 001.2 bekannt. Es ist ein Verfahren offenbart, mit dem die Feststellung einer tatsächlich eingespritzten Voreinspritzmenge in einfacher Weise durchgeführt werden kann.A generic method, for example, from the unpublished DE 102 21 001.2 known. There is disclosed a method by which the detection of an actually injected pilot injection amount can be easily performed.

Bei diesem Verfahren wird aber nur die Voreinspritzmenge betrachtet und neu eingestellt. Die Haupteinspritzmenge wird hier nicht betrachtet. Die Haupteinspritzmenge sollte allerdings sehr genau sein, damit ein ruhiger Lauf der Brennkraftmaschine und niedrige Schadstoffemissionen gewährleistet sind.at However, only the pre-injection amount is considered in this method and reset. The main injection quantity is not considered here. The main injection should be very accurate, so a quiet running of the internal combustion engine and low pollutant emissions are guaranteed.

Die vorliegende Erfindung strebt daher an, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Feststellung einer tatsächlich eingespritzten Einspritzmenge in einfacher Weise durchgeführt werden kann.The The present invention therefore seeks to provide a method with which the determination of a actually injected injection quantity performed in a simple manner can be.

Durch die erfindungsgemäss mögliche, sehr genaue Überwachung bzw. Bestimmung und eine hierdurch ermöglichte Einstellung bzw. Regelung der Einspritzmenge ist insbesondere die Geräusch- und Partikelemission des Dieselmotors in günstiger Weise beeinflussbar. Durch die Überwachung der Einspritzmenge ist es möglich, eine Zylindergleichstellung zu erreichen und damit die Laufkultur des Motors zu verbessern. Darüber hinaus kann durch die Korrektur des Langzeit-Drifts der Injektoren eine über die Laufzeit gleichbleibend geringe Geräusch- und Abgasemission sichergestellt werden. Kostenersparnisse sind durch geringe mechanische Toleranzanforderungen an die Injektoren möglich, da die Einstellung der Einspritzmenge durch einen Regelkreis über die Ionenstromsensorik erfolgen kann.By the invention possible, very accurate monitoring or determination and a possible adjustment or regulation the injection quantity is in particular the noise and particle emission the diesel engine in cheaper Way influenced. By monitoring the injection quantity it is possible to achieve a cylinder equalization and thus the running culture to improve the engine. About that In addition, by correcting the long-term drift of the injectors one about the Running time consistently low noise and exhaust emissions ensured become. Cost savings are due to low mechanical tolerance requirements possible to the injectors, because the adjustment of the injection quantity by a control circuit on the Ion current sensor can be done.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the inventive method are the subject the dependent claims.

In besonders vorteilhafter Weise lässt sich auf der Grundlage des erfindungsgemässen Verfahrens eine Steuerung bzw. Regelung der Einspritzmenge, insbesondere zur Beeinflussung der Geräusch- und Partikelemission, der Laufkultur der Brennkraftmaschine oder von Langzeit-Drifteffekten der Injektoren, ausführen.In a particularly advantageous manner can be based on the inventive method, a control or regulation of the injection amount, in particular for influencing the noise and particle emission, the running culture of the internal combustion engine or long-term drift effects of the injectors run.

Zweckmässigerweise erfolgt die Bestimmung der Einspritzmenge der Hauptverbrennung mittels der Überwachung des Ionenstromintegrals und dem Vergleich mit der Wärmefreisetzung, dem sogenannten Summenbrennverlauf. Eine derartige Überwachung der Einspritzmenge erweist sich als relativ einfach durchzuführen und stellt sehr genaue Ergebnisse zur Verfügung.Conveniently, the determination of the injection quantity of the main combustion takes place by means of the surveillance the ion current integral and the comparison with the heat release, the so-called sum burning process. Such monitoring The injection quantity proves to be relatively easy to perform and provides very accurate results.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung weiter beschrieben. Dabei zeigen:The Invention will now be described with reference to the drawings. there demonstrate:

1 sowohl ein Schaubild des gemittelten Summenbrennverlaufs, des Einspritzsignals als auch des gemittelten integrierten Ionenstromsignals über dem Kurbelwinkel in Abhängigkeit der Änderung der Einspritzmenge; 1 both a graph of the averaged sum firing curve, the injection signal and the averaged integrated ion current signal versus the crank angle as a function of the change in the injection quantity;

2 ein Schaubild der Maxima der gemittelten Summenbrennverläufe über den Maxima der gemittelten integrierten Ionenstromverläufe bei unterschiedlichen Einspritzmengen; 2 a graph of the maxima of the averaged cumulative burn curves over the maxima of the averaged integrated ion current curves at different injection quantities;

3 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens. 3 a flowchart illustrating a preferred embodiment of the inventive method.

In 1 ist ein Schaubild gezeigt, in welchem im oberen Teil der gemittelte Summenbrennverlauf (mass burn rate) über dem Kurbelwinkel gezeigt ist. Der Summenbrennverlauf ist das Integral der Wärmefreisetzung über der Zeit. Im mittleren Teil ist die zugehörige Einspritzmenge zum jeweiligen Kurbelwinkel gezeigt. Und im unteren Teil ist das integrierte Ionenstromsignal über dem Kurbelwinkel gezeigt. Es sind in jedem Schaubild unterschiedliche Kurven dargestellt, die sich in Abhängigkeit der Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge unterscheiden. Hierbei wird die unterste Kennlinie bei einer Einspritzmenge, eingespritzten Kraftstoffmenge, von 17 mm³ und die oberste Kennlinie bei einer Einspritzmenge von 21 mm³ ermittelt. Bei kleinerer Einspritzmenge ist die Wärmefreisetzung der Brennkraftmaschine, sowie das Ionenstromintegral geringer.In 1 a graph is shown in which the upper part shows the average mass burn rate over the crank angle. The cumulative firing process is the integral of heat release over time. In the middle part of the associated injection quantity to the respective crank angle is shown. And in the lower part, the integrated ion current signal is shown above the crank angle. In each graph, different curves are shown, which differ depending on the change of the injected fuel quantity. In this case, the lowest characteristic curve is determined for an injection quantity, injected fuel quantity of 17 mm ³ and the uppermost characteristic curve for an injection quantity of 21 mm ³ . With smaller injection quantity, the heat release of the internal combustion engine, and the Ionenstromintegral is lower.

2 zeigt ein Schaubild des Summenbrennverlaufs über dem integrierten Ionenstromsignal bei unterschiedlichen Einspritzmengen. Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird dieses Signal während des Brennverlaufs im Motor ermittelt und mit dem in dem Motorsteuergerät abgelegten Referenzkurve verglichen. Die bevorzugt im Motorsteuergerät abgelegte Referenzkurve wurde zuvor durch Einspritzung von unterschiedlichen Einspitzmengen an einem baugleichen Referenzmotor ermittelt. Bei der Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Einspritzmengen im Fahrzeug wird parallel der Heizverlauf im Motor und das Ionenstromsignal über der Zeit in Abhängigkeit des Kurbelwinkels ermittelt. Hieraus wird jeweils das Integral gebildet, wobei der Summenbrennverlauf über dem Ionenstromintegral ermittelt wird. Durch Vergleich mit der zuvor ermittelten und bevorzugt im Motorsteuergerät hinterlegten Referenzkurve wird dann die tatsächliche Einspritzmenge bestimmt. Da sich die Einspritzcharakteristik des Injektors über der Laufzeit ändert, ändert sich die Einspritzmenge bei gleicher Ansteuerdauer des Injektors. Dies führt dann beispielsweise zu Emissionen bei Abweichungen der Kraftstoffmenge. Durch Vergleich der abgelegten Referenzkurve mit der tatsächlich gemessenen Einspritzmenge kann dann die optimale Einspritzmenge bestimmt werden. Beim nächsten Einspritzvorgang wird dann diese Einspritzmenge bei der Haupteinspritzung in den Brennraum eingespritzt. Die Einspritzmenge wird verändert, um so die Dejustierung des Injektors während der Laufzeit zu korrigieren. Es ist so eine On-board-Kalibrierung des Injektors in bestimmten Service-Intervallen, oder sogar permanent möglich. Eine bessere Einstellung der Einspritzmenge kann auch schädliche Emissionen verringern oder sogar vermeiden. Ausserdem können Injektortoleranzen ausgeglichen werden. Auch können die Injektoren für die einzelnen Zylinder gleichgestellt werden. Es ist eine Steuerung und/oder Regelung der Einspritzmenge, insbesondere zur Beeinflussung einer Geräusch- und/oder Partikelemission, der Laufkultur der Brennkraftmaschine, oder von Langzeitdrift-Effekten von bei der Einspritzung eingesetzten Injektoren vorgesehen. 2 shows a graph of the cumulative combustion history over the integrated ion current signal at different injection quantities. To carry out the method according to the invention, this signal is determined during the combustion process in the engine and compared with the reference curve stored in the engine control unit. The preferred stored in the engine control unit reference curve was previously determined by injection of different Einspitzmengen on a reference motor of the same design. When determining the injection quantities actually injected in the vehicle, the heating course in the engine and the ion current signal over time as a function of the crank angle are determined in parallel. From this, in each case the integral is formed, wherein the sum firing curve is determined via the ion current integral. By comparison with the previously determined and preferably stored in the engine control unit reference curve, the actual injection quantity is then determined. Since the injection characteristic of the injector changes over the running time, the injection quantity changes with the same activation duration of the injector. This then leads for example to emissions in case of deviations of the fuel quantity. By comparing the stored reference curve with the actually measured injection quantity, the optimum injection quantity can then be determined. During the next injection process, this injection quantity is then injected into the combustion chamber during the main injection. The injection quantity is changed so as to correct the maladjustment of the injector during runtime. It is such an on-board calibration of the injector in certain service intervals, or even permanently possible. A better injection quantity adjustment can also reduce or even avoid harmful emissions. In addition, injector tolerances can be compensated. Also, the injectors for the individual cylinders can be equalized. It is a control and / or regulation of the injection quantity, in particular for influencing a noise and / or particle emission, the running culture of the internal combustion engine, or provided by long-term drift effects of injectors used in the injection.

3 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens. In einem Schritt 200 wird ein Zeitgeber (beispielsweise im Rahmen eines Winkelinkrementalsystems) gestartet, wenn der Beginn eines Einspritzvorganges erkannt wurde. In einem anschliessenden Schritt 201 wird der Zeitgeber erhöht. 3 shows a flow chart to illustrate a preferred embodiment of the inventive method. In one step 200 a timer is started (for example in the context of an angle incremental system) when the beginning of an injection process has been detected. In a subsequent step 201 the timer is incremented.

In einem Schritt 202 wird anschliessend der Ionenstrom über dem Kurbelwinkel gemessen. In einem Schritt 203 wird hieraus das Ionenstromintegral und der Summenbrennverlauf ermittelt. In Schritt 204 wird auf der Grundlage des festgestellten Ionenstromintegrals durch Vergleich mit einer vorabgelegten Kennlinie auf die Einspritzmenge geschlossen. Der so ermittelte Einspritzmengenwert wird zur weiteren Verarbeitung beispielsweise auf eine Steuereinrichtung gegeben (Schritt 205).In one step 202 the ion current is then measured above the crank angle. In one step 203 From this, the ion current integral and the sum burn curve are determined. In step 204 is closed to the injection quantity based on the detected ion current integral by comparison with a preset characteristic. The thus determined injection amount value is given for further processing, for example, to a control device (step 205 ).

Claims

Method for determining an injection Amount in a comprehensive main injection injection process of a self-igniting internal combustion engine, characterized in that an integrated ion current signal is determined and the injection quantity is determined by comparison with a previously determined map.

Method according to claim 1, characterized in that that a determination of the injection quantity based on a Correlation between the cumulative burn history and the integrated one Ion current signal occurs.

Method for determining the amount of fuel injected according to claim 2, characterized in that on the correlation between Total combustion curve and integrated ion current signal by comparison closed with a characteristic of the injected fuel quantity becomes.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a control and / or regulation of the injection quantity, in particular for influencing a noise and / or particle emission, the running culture of the internal combustion engine, or long-term drift effects of injection used Injectors is provided.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that, depending on the determined injection quantity, the injection quantity for the further injection process to calibrate the injector is again changed so that the injection quantity for the Combustion is optimal.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the correlation signal for on-board calibration of the injector is used.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that uses the correlation signal for injector equalization becomes.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the correlation signal compensates for injector tolerances is used.

Device with means for carrying out the method according to any one of the preceding claims.