DE60016612T2 - Verfahren zur krafstoffdruckmessung im brennstoffverteiler einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Kraftstoffdrucks, der in einer elektromagnetischen Einspritzdüse dieses Kraftstoffs in einem der Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung herrscht, wobei die den Zylindern zugeordneten Einspritzdüsen über eine gemeinsame Versorgungsleitung mit Kraftstoff versorgt werden und ihre Öffnungszeit durch einen Rechner berechnet und gesteuert wird.
• In der 1 der angehängten Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung dargestellt, von einem bekannten Typ und umfassend einen Kraftstofftank 1, eine Pumpe 2, die durch den Tank 1 gespeist wird und mit einem Druckregler 3 verbunden ist, um Kraftstoff an eine zweite Pumpe 5 zu liefern, durch einen Filter 4 hindurch, wobei der durch die Pumpe 2 gelieferte Kraftstoff auf ein erstes Druckniveau gebracht wird, das höher ist als der atmosphärische Druck, aber relativ niedrig, von wo sich der Name "Niedrigdruckpumpe" ableitet, welcher der Pumpe 2 gegeben ist. Die zweite Pumpe 5 erhöht den Kraftstoffdruck noch auf ein zweites Niveau, das höher als das erste und geeignet zur Versorgung der Kraftstoffeinspritzdüsen 6₁ , 6₂ , 6₃ , 6₄ ist, die auf einer Leitung 7 zur Kraftstoffversorgung der Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung (nicht dargestellt) montiert sind.
• Der Kraftstoffdruck, der durch die Pumpe 5 geliefert wird, "Hochdruckpumpe" genannt, wird durch einen elektromagnetischen Regler 8 bestimmt, wie z.B. ein Magnetventil, das durch einen Rechner 9 gesteuert wird. In diesem letzteren Fall, liefert ein Sensor 10 dem Rechner 9 ein Signal, das für den Druck des in der Leitung 7 enthaltenen Kraftstoffs repräsentativ ist, um es dem Rechner zu ermöglichen, die Regelung des Kraftstoffdrucks in dieser Leitung auf einem erforderlichen vorbestimmten Niveau sicherzustellen. Der Rechner 9 besteht herkömmli cher Weise aus einem Rechner zur Steuerung des Betriebs des Motors, der unter anderem die Einspritzdüsen 6_i (i von 1 bis 4 im dargestellten Beispiel) steuert, und insbesondere deren Öffnungszeit.
• Der Kraftstoff, der durch die Einspritzdüsen 6_i nicht geliefert wird, wird zum Tank durch eine Leitung 11, 12 zurückgeführt, auf den Druck der Atmosphäre gebracht.
• Die Menge an Kraftstoff, die durch eine einzelne Einspritzdüse in den dem Motor zugeordneten Zylinder eingespritzt werden muss, wird durch den Rechner 9 in Abhängigkeit einer gewissen Anzahl von wohlbekannten Parametern berechnet. Der Rechner bestimmt auch die Öffnungszeit der Einspritzdüse, die geeignet ist, den Einlass einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff in den Zylinder sicherzustellen. Diese Öffnungszeit hängt von dieser Menge ab, aber auch vom Kraftstoffdruck, der in der Leitung 7 herrscht und der sich mit der Zeit trotz der Anwesenheit des Reglers 8 verflüchtigt.
• Wie man oben gesehen hat, kann dieser aus einem Magnetventil bestehen, das durch einen Rechner 9 gesteuert wird, um einen unterbrochenes Auslass von Kraftstoff herzustellen, das geeignet ist, die Regelung des Kraftstoffdrucks auf einem vorbestimmten Niveau sicherzustellen.
• Jedes Mal, wenn sich einer der Einspritzdüsen 6_i öffnet, um Kraftstoff in den zugeordneten Zylinder einzubringen, erzeugt diese Öffnung in der Leitung 7 ein zweites Entweichen von Kraftstoff, dessen Folgen in der 2 dargestellt sind. In dieser Figur ist mit 6_i ein Zeitdiagramm der Öffnung der betrachteten Einspritzdüse 6_i dargestellt, während einer Zeit T_i, und mit P der Graph des Kraftstoffdrucks P in der Leitung, beobachtet während und um die Öffnung dieser Einspritzdüse herum. Wie dargestellt, fällt nach dem Moment t₀ der Öffnung der Einspritzdüse der Druck P in der Leitung auf Grund des so erzeugten Entweichens von Kraftstoff und dies eventuell bis zum Zeitpunkt t_f = t₀ + T_i des Schließens der Ein- spritzdüse, wobei sich der Druck auf seinem vorhergehenden stabilen Niveau erst nach einem zusätzlichen Zeitintervall wieder einstellt.
• Um diesem Druckabfall Rechnung zu tragen, wird im französischen Patent Nr. 2 715 440 auf den Namen der Anmelderin vorgeschlagen, kontinuierlich den Druck zu messen, der in einer Kraftstoffeinspritzdüse während dessen Öffnungszeit herrscht, damit der Rechner daraus durch Integrierung die Menge des tatsächlich in die Zylinder während dieser Öffnung der Einspritzdüse eingespritzten Kraftstoffs ableiten kann, und das Schließen dieser Einspritzdüse anordnen, wenn die einzuführende Kraftstoffmenge erreicht ist.
• Diese Maßnahme erfordert es jedoch, dass man eine kontinuierliche Messung des Kraftstoffdrucks in der Leitung betreibt, oder wenigstens, dass diese Messung mit einer sehr hohen Probenfrequenz realisiert wird, die mit der sehr kurzen Öffnungszeit der Einspritzdüsen (einige ms) kompatibel ist.
• Darüber hinaus verlangt die Öffnung einer elektromagnetischen Einspritzdüse einen elektrischen Strom von großer Intensität, was starke elektromagnetische Störungen verursacht, die das durch den Drucksensor 10 während der Öffnung ausgegebene Messsignal verfälschen können.
• Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren zu liefern, dass es erlaubt, mit hoher Präzision den Kraftstoffdruck zu messen, der in einer Einspritzdüse dieses Kraftstoffs in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung herrscht, wobei das Verfahren nicht die Nachteile der bekannten Verfahren des Standes der Technik aufweisen, die oben dargestellt wurden.
• Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zur Aufgabe, ein derartiges Verfahren zu liefern, das die Verwendung einer Druckmessung mit gängiger Probenfrequenz erlaubt und dabei gegenüber elektromagnetischen Störungen unempfindlich ist, die in der Umgebung des verwendeten Drucksensors herrschen.
• Man löst dieses Aufgabe der Erfindung, so wie weitere, die bei der Lektüre der Beschreibung, die folgen wird, offensichtlich werden, mit einem Verfahren zur Messung des Kraftstoffdrucks, der in einer elektromagnetischen Einspritzdüse dieses Kraftstoffs in einem der Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung herrscht, wobei die dem Zylinder zugeordneten Einspritzdüsen über eine gemeinsame Versorgungsleitung mit Kraftstoff versorgt werden und ihre Öffnungszeit durch einen Rechner berechnet und gesteuert wird, wobei das Verfahren bemerkenswert darin ist, dass a) man ein eventuelles Überlappen der Öffnungszeiten von mindestens zwei der Einspritzdüsen detektiert, b) man in Abwesenheit eines solchen Überlappens den Kraftstoffdruck in der Leitung außerhalb der Öffnungszeit der betrachteten Einspritzdüse bestimmt, c) bei Vorhandensein einer solchen Überlappung man den Kraftstoffdruck bei der Öffnung der betrachteten Einspritzdüse bestimmt und d) man die bestimmte Messung in Abhängigkeit einer vorbestimmten Änderung des Kraftstoffdrucks korrigiert, bewirkt durch die Öffnung des oder der Einspritzdüsen.
• Wie man später im Detail sehen wird, erlaubt es dieses Verfahren, ausgehend von einer verlässlichen Messung des Drucks, da sie nicht gestört ist, mit Präzision den durchschnittlichen Druck zu kennen, der in einer Kraftstoffeinspritzdüse herrscht, wenn dieser Kraftstoff zuführt. Man kann also mit Präzision die Öffnungszeit der Einspritzdüse regeln, die geeignet ist in eine durch den Rechner vorbestimmte Menge an Kraftstoff zuführen zu lassen.
• Gemäß einer anderen Eigenschaft des Verfahrens gemäß der Erfindung zieht man im obigen Schritt d) von der festgestellten Messung ein Dekrement ab, das vom gemessenen Druck abhängt und/oder einer Schätzung der Öffnungszeit der Einspritzdüse.
• Gemäß einer anderen Eigenschaft des Verfahrens, wenn es zur Berechnung der Öffnungszeit der Einspritzdüsen des Motors angewendet wird, fügt man der auf Basis des festgestellten Drucks berechneten Öffnungszeit ein Inkrement hinzu, das von der berechneten Öffnungszeit und dem festgestellten Kraftstoffdruck abhängt.
• Andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei der Lektüre der Beschreibung, die folgt, offensichtlich werden, und bei der Prüfung der angehängten Zeichnung, in der:
• 1 ein Schema einer Vorrichtung zur Zuführung von Kraftstoff an einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung ist, wie er auf Grund des Oberbegriffs der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist, und geeignet zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und
• 2 und 3 Graphen sind, die dieses Verfahren darstellen.
• Nur als illustrierendes und nicht-beschränkendes Beispiel wird die Erfindung in ihrer Anwendung auf eine Steuerung eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung beschrieben werden, der vier Zylinder hat, die jeweils von den Einspritzdüsen 6₁ , 6₂ , 6₃ und 6₄ versorgt werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet man zwei Situationen je nach dem, ob während der Öffnung von einem dieser Einspritzdüsen nur dieser allein geöffnet ist, oder ob im Gegenteil mindestens noch ein weiterer der Einspritzdüsen geöffnet ist.
• Die erste Situation ist in der 2 dargestellt, bereits teilweise in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung beschrieben und man findet sie vor allem, wenn die Drehzahl des Motors niedrig oder mittel, und die Belastung des Motors schwach oder gemäßigt ist. Die Einspritzzeit T_i ist dann kurz und der Kraftstoffdruck, der mit einem Absinken bei der Öffnung der Einspritzdüse variiert, kann sich nicht vor seinem Schließen unter Einwirkung des Reglers 8 wiederherstellen.
• Wie man oben schon gesehen hat, liefert der Sensor 10 dem Rechner 9 ein elektrisches Signal, das eine Messung des Kraftstoffdrucks in der Leitung 7 beinhaltet. Während der Öffnung der betrachteten Einspritzdüse 6_i , klassischer Weise angeordnet durch das Schicken eines starken Stroms in eine elektrischen Spule, kann das elektromagnetische Feld, das daraus resultiert, jedoch das relativ schwache vom Sensor ausgegebene elektrische Signal stören und dadurch die Messung des Drucks verfälschen, die durch den Rechner 9 berücksichtigt wird, um die Öffnungszeit T_i der Einspritzdüse zu regeln, in Abhängigkeit einer vorbestimmten Menge von Benzin, die in den dem Motor zugeordneten Zylinder einzuspritzen ist, wobei diese Menge natürlich vom Kraftstoffdruck und der Öffnungszeit abhängt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kommt man diesem Nachteil bei, indem man bei der Auswertung des Kraftstoffdrucks die so verfälschten Messungen nicht berücksichtigt, und indem man bei dieser Auswertung durch eine Korrektur einer verlässlichen Messung vorgeht.
• Genauer liefert der Drucksensor eine Probenmessung des Drucks mit einem geeigneten Zeitraum, von 4 ms z.B., die kompatibel mit der Präzision ist, die über die Regelung der Öffnungszeit der Einspritzdüsen zu erhalten ist. Der Rechner 9 eliminiert aus diesen Berechnungen die Messungsproben des Drucks, die während der Öffnungszeit T_i der Einspritzdüse erhoben wurden. Vorzugsweise eliminiert man ebenfalls die Proben, die unrmittelbar nach der Öffnung der Einspritzdüse genommen wurden, während einem zusätzlichen Zeitintervall Δt, das geeignet ist, es dem Sensor 10 zu erlauben, erneut Druckproben zu liefern, die nicht gestört und wiederhergestellt sind.
• Der zu berücksichtigende Druck wird also durch den Rechner 9 ausgehend von einer erhaltenen Druckprobe berechnet, z.B. vor dem Augenblick t₀ der Öffnung der Einspritzdüse, und korrigiert, indem zweckmäßiger Weise der so erhaltene Wert der inkrementiert wird, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass während der Öffnungszeit T_i der Einspritzdüse der durchschnittliche Kraftstoffdruck im Verhältnis zum vor der Öffnung der Einspritzdüse gemessenen Druck abgesenkt ist. Die Amplitude des auf die Messung anzuwendenden Dekrements kann durch Messungen am Messstand evaluiert werden. Sie ist insbesondere vom Niveau des Drucks P abhängig, der vor der Öffnung gemessen wird und/oder von einer Schätzung der Öffnungszeit der Einspritzdüse, die z.B. erhalten wird, indem man eine Basisöffnungszeit beim Anweisungsdruck berechnet, der im Regler 8 angewendet wird.
• Wenn der Motor bei einer hohen Drehzahl und/oder unter starker Last dreht, kann sich daraus eine Überlappung von mehreren Öffnungszeiten von Einspritzdüsen 6_i des Motors ergeben, wie es in der 3 gezeigt ist, welche das Zeitdiagramm der Öffnung dieser Einspritzdüsen und die folgende Entwicklung des Kraftstoffdrucks P in der Leitung 7 darstellt.
• In diesem Fall lassen die aufeinanderfolgenden Öffnungen verschiedener Einspritzdüsen jede den Druck abfallen, der dazu neigt nachfolgend wieder anzusteigen, unter der Beeinflussung des Reglers 8, um bei der folgenden Öffnung einer Einspritzdüse von Neuem abzusinken. Man beobachtet jedoch in der Praxis, dass zu jedem Augenblick maximal zwei Einspritzdüsen gleichzeitig geöffnet sind, was den kumulativen Effekt der Störungen des Drucks, die durch ihre aufeinanderfolgenden Öffnungen hervorgerufen werden, begrenzt wird.
• Der Rechner 9 detektiert eine Situation der Öffnung mit Überlappung von mindestens zwei Einspritzdüsen einfach, indem er die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten (P.M.H.) vergleicht, bekannt aus der Drehzahl des Motors, mit der Öffnungszeit der entsprechenden Einspritzdüse. Wenn diese Öffnungszeit größer ist als die Dauer eines Intervalls zwischen 2 PMH, diagnostiziert der Rechner 9 eine Überlappung der Öffnungszeiten von mindestens zwei Einspritzdüsen.
• Es ist also nicht mehr möglich, die Proben des Kraftstoffdrucks auszuschließen, die während der Öffnungszeiten der Einspritzdüsen ausgegeben wurden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung setzt der Rechner 9 in dieser Situation für die Messung des Kraftstoffdrucks in einer Einspritzdüse, wobei eine Probe dieser Messung synchron mit der Öffnung dieser Einspritzdüse ist, durch, dass diese Öffnung allein eintritt oder während der Öffnungszeit einer anderen Einspritzdüse, und korrigiert die ausgewählte Probe, indem er sie dekrementiert, um den durchschnittlichen Druckabfall Rechnung zu tragen, der aus der Öffnung der betrachteten Einspritzdüse resultiert.
• Es ist in der Tat aufgetreten, dass es bei der Öffnung der Einspritzdüse ist, dass die gelieferte Druckprobe am wenigstens gestört ist und daher die geeigneteste ist, nach einer geeigneten Dekrementierung, sich dem durchschnittlichen Druck in der betrachteten Einspritzdüse während dessen Öffnung zu nähern.
• Wenn man nun unter allen Bedingungen diesen durchschnittlichen Druck kennt, kann der Rechner 9 vorteilhafterweise die Öffnungsdauer T_i einer jeden Einspritzdüse einstellen, indem er den Moment seines Schließens anordnet.
• Anstatt den Druck zu dekrementieren, der aus einer ausgewählten Messprobe des Drucks, wie oben angezeigt ist, gezogen wird, kann der Rechner 7, um diesen durchschnittlichen Druck und dann die Öffnungszeit der Einspritzdüse zu berechnen, direkt diese Öffnungszeit berechnen, indem er zu einer Öffnungszeit T_i, berechnet auf Basis des festgestellten Drucks, ein Inkrement ΔT_i hinzufügt, das von der berechneten Öffnungszeit und dem festgestellten Druck abhängt. Dieses Inkrement kompensiert den beobachten Druckabfall in der Einspritzdüse in der Folge von dessen Öffnung.
• Es wird nun deutlich, dass es die Erfindung erlaubt, die angekündigte Aufgabe gut zu lösen, insbesondere eine präzise Steuerung der Öffnungszeit der Einspritzdüsen sicherzustellen, ausgehend von der Einholung einer nicht-gestörten Probe des Kraftstoffdrucks und einer angemessenen Korrektur dieser Probe.

Claims (6)

1. Verfahren zur Berechnung des Kraftstoffdrucks, der in einer elektromagnetischen Einspritzdüse (6i) dieses Kraftstoffs in einem der Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung herrscht, wobei die den Zylindern zugeordneten Einspritzdüsen (6i) durch eine gemeinsame Versorgungsleitung (7) versorgt werden und ihre Öffnungszeit (Ti) durch einen Rechner (9) berechnet und gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass: a) man eine eventuelle Überlappung der Öffnungszeit von mindestens zwei der Einspritzdüsen (6i) ermittelt, b) man in Abwesenheit einer solchen Überlappung den Kraftstoffdruck in der Leitung (7) außerhalb der Öffnungszeit der betrachteten Einspritzdüse feststellt, c) man bei Anwesenheit einer solchen Überlappung den Kraftstoffdruck bei der Öffnung der betrachteten Einspritzdüse feststellt, und d) man die festgestellte Messung in Abhängigkeit einer vorbestimmten Änderung des Kraftstoffdrucks korrigiert, bewirkt durch die Öffnung des oder der Einspritzdüsen (6i), um den Wert des Kraftstoffdrucks zu erhalten, der im Einspritzdüse (6i) herrscht.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man im Schritt d) von der festgestellten Messung ein Dekrement abzieht, das vom gemessenen Drucks und/oder einer Schätzung der Öffnungszeit (Ti) abhängt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, angewendet auf die Berechnung der Öffnungszeit (Ti) der Einspritzdüsen des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass man zu der auf der Basis des festgestellten Drucks berechneten Öffnungszeit eine Inkrement (ΔTi) hinzufügt, das von der berechneten Öffnungszeit und dem festgestellten Kraftstoffdruck abhängt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man im Schritt b) den Kraftstoffdruck durch Auswahl einer Probe der Messung dieses Drucks feststellt, ausgewählt aus einer Folge von solchen Proben, wobei die während der Öffnungszeit der Einspritzdüsen genommenen Proben eliminiert werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum der Probenentnahme ungefähr zwischen 4 und 10 ms liegt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man im Schritt c) eine Probeentnahme durchsetzt, die synchron zur Steuerung der Öffnung der Einspritzdüse ist.