DE69701738T2

DE69701738T2 - Kalibrierungsverfahren für ein elektronisches kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE69701738T2
Application number: DE69701738T
Authority: DE
Inventors: Luigi Di Leo; Mario Palazzetti; Cesare Ponti
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2017-07-16
Also published as: ITTO960623A1; WO1998003783A1; EP0912824B1; US6085142A; ES2147021T3; ITTO960623A0; EP0912824A1; IT1284681B1; DE69701738D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Kalibrierungsverfahren für ein mit einer Mehrzahl von Einspritzdüsen für einen Verbrennungsmotor versehenes Kraftstoffeinspritzsystem, welches mit Hilfe eines mit der Regelung des Motors betrauten elektronischen Steuerwerks implementiert wird. Genauergesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit welchem Probleme aufgrund der Produktionstoleranzen von Einspritzdüsen ausgeschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere für Einspritzdüsen für Benzinmotoren entwickelt, ihr Einsatz kann aber gegebenenfalls auch auf Motoren anderer Typen, beispielsweise Dieselmotoren, ausgeweitet werden.
Es ist bekannt, dass heutzutage praktisch alle Benzin-Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge mit elektronischen Einspritzsystemen und Katalysatoreinrichtungen zur Verringerung der in den Auspuffgasen enthaltenen Verunreinigungen ausgestattet sind, um den derzeitigen Gesetzesnormen betreffend Abgasemissionen zu entsprechen und gleichzeitig eine optimale Leistung zu gewährleisten. Motoren dieser Art besitzen also Einspritzsysteme mit einem oder mehr Einspritzdüsen zur Zuführung von Kraftstoff zu den Ansaugleitungen des Motors.
Zur Erreichung der gewünschten Ziele hinsichtlich Abgasemissionen und Motorleistung ist es von vorrangiger Bedeutung, die Menge an in jeden Zylinder des Motors eingespritzem Kraftstoff genau kontrollieren zu können. Aus diesem Grund finden sogenannte Mehrpunkt-Einspritzsysteme mit zeitlich gesteuerter sequenzieller Einspritzung immer mehr verbreitet Anwendung. In der Praxis sind dies Einspritzsysteme mit einer Einspritzdüse für jeden Zylinder des Motors, wobei das elektronische Steuerwerk jede Einspritzdüse einzeln ansteuert.
Es stellt sich allerdings ein technisches Problem aufgrund der Merkmale der derzeit am Markt erhältlichen Einspritzdüsen. Es ist nämlich bekannt, dass die erzeugten Einspritzdüsen beträchtliche Durchsatztoleranzen aufweisen. Durchsatz bedeutet die Menge an Kraftstoff, die pro Zeiteinheit bei einem gegebenen Kraftstoffdruck durch die Einspritzdüse fließt.
Da sämtliche Einspritzdüsen eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff unter demselben Druck (der auch im wesentlichen konstant ist) versorgt werden, hängt die von jeder Einspritzdüse pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge von der Durchsatzcharakteristik der einzelnen Einspritzdüse ab.
Diese Durchsatzcharakteristik jeder einzelnen Einspritzdüse kann aufgrund des Verfahrens, mit dem die Einspritzdüsen erzeugt werden, von dem in der Konstruktions beschreibung einer Einspritzdüse einer gegebenen Type vorgesehenen nominalen Durchsatz um plus oder minus 20% abweichen.
So kann, auch wenn das elektronische Steuerwerk die Öffnungszeit jeder einzelnen Einspritzdüse genau steuert, die Menge an von jeder einzelnen Einspritzdüse eingespritztem Kraftstoff aufgrund der Unterschiede in den Durchsatzcharakteristika, auf die man bei Einspritzdüsen in ein- und demselben Einspritzsystem stoßen kann, nicht genau gesteuert werden.
Das erforderte die Einführung von Steuerungs- und Kontrollverfahren, um Einspritzdüsen mit geringeren Durchsatztoleranzen zu erzeugen. So ist die Erzeugung von Einspritzdüsen mit einer Durchsatztoleranz von plus oder minus 4% möglich geworden, doch zum Preis einer bedeutenden Erhöhung der Produktionskosten.
Auch ist eine Toleranz von plus oder minus 4% zur Verwendung in modernen elektronischen Einspritzsystemen immer noch ziemlich hoch.
Der Trend zu immer strengeren Normen betreffend Abgasemissionen und die Forderung nach einem System zur Verringerung derselben, das ohne Schaden bis zu 100.000 Meilen (etwa 160.000 km) funktioniert, machen es notwendig Techniken zu finden, die sich zur Verwirklichung dieser Zielsetzungen besser eignen.
Zu diesem Zweck verlangt beispielsweise die Amerikanische Norm CARB (California Air Resources Board) - OBD II (On Board Diagnostics), die in Kürze auch in Europa zur Anwendung gelangen wird, u. a. die Detektion von Fehlzündungen im Fahrzeug während des normalen Gebrauchs.
Die Identifikation dieser Anomalie muss durch Aufleuchten eines im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordneten Anzeigelichts angezeigt werden, das, sobald es einmal aufleuchtet, nur durch Eingreifen einer zur Wartung des Fahrzeugs autorisierten technischen Werkstätte abgeschaltet werden kann. Durch diese Maßnahme wird der Katalysator oder katalytische Konverter geschützt, der aufgrund der Bildung von durch Fehlzündungen bedingten Kaltfronten, die seine aktiven Teile zerstören können, rasch beschädigt würde. Die Anwendung der OBD-II-Norm in dieser Form könnte den Benützer unangenehmerweise in Angst versetzen, da er dann gezwungen wäre, jedes Mal, wenn sich das Warnlicht einschaltet, die technische Werkstätte aufrusuchen.
Es ist daher notwendig, diese Funktion in Steuerungsystemen zu integrieren, die nicht nur den Katalysator schützen, sondern auch den Motor unter solchen Bedingungen halten können, dass die Erzeugung von Fehlzündungen verringert oder ausgeschaltet wird.
Ein Verfahren zum Kalibrieren eines Einspritzsystems gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in der EP-A-0 416 270 geoffenbart. Dieses Verfahren ermöglicht eine Reduktion der Auswirkungen der Durchsatztoleranzen von Einspritzdüsen. Es berücksichtigt aber nicht die Auswirkungen von Ungleichgewichten bei der Kompression der Zylinder aufgrund von beispielsweise Undichtigkeiten an den Ventilen oder Kolbenringen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kalibrierungsverfahrens der obenbeschriebenen Art und eines neuen Kraftstoffeinspritzsystems.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel mit einem Kalibrierungsverfahren, das die in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist, und mit einem Einspritzsystem gemäß Anspruch 13 erreicht.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden beispielhaft und nicht einschränkend angegebenen, detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen hervor, worin:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Einspritzsystems ist, welches zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist,
Fig. 2 drei Kartesische Diagramme umfasst, die die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführte Nullpunktverschiebungs-Kalibrierung der Einspritzdüsen veranschaulichen,
Fig. 3 ein Kartesisches Diagramm umfasst, das die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführte Nullpunktverschiebungs-Kalibrierung der Einspritzdüsen veranschaulicht,
Fig. 4 bis 9 ein Blockdiagramm darstellen, das eine mögliche Ausführungsform der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten Durchsatzverstärkungs-Kalibrierung veranschaulicht.
Fig. 10 bis 15 ein Blockdagramm darstellen, das die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführte Nullpunktverschiebungs-Kalibrierung veranschaulicht,
Fig. 16 bis 18 ein Blockdagramm darstellen, das die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführte Kalibrierung der Winkelfenster veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung beruht grundlegend auf der Verwendung eines Fehlzündungs-Detektionsverfahrens, das über eine dynamische Drehmomentmessung realisiert wird und bietet neben dieser Funktion (die von der Anmelderin sowohl an einem theoretischen Modell als auch durch Tests auf verschiedenen Fahrbahnen verifiziert wurde) die Möglichkeit, die Einspritzdüsen sowohl für geringe Zuführzeiten (Nullpunktverschiebung) als auch für lange Zuführzeiten (Durchsatzverstärkung) zu kalibrieren oder neu abzustimmen.
Eine kurze Zuführzeit bedeutet, dass die Zeit, während welcher die Einspritzdüsen offen sind, kurz ist, beispielsweise weil sich der Motor im Leerlauf befindet. Eine lange Zuführzeit bedeutet hingegen, dass die Zeit, während der die Einspritzdüsen offen sind, lang ist, was bedeutet, dass die Menge an den Zylindern zugeführtem Kraftstoff groß ist, weil der Motor eine hohe Leistung erbringen muss, beispielsweise während der Beschleunigung.
Manche Verfahren, die zum Detektieren und Messen der durch die im Motor stattfindenden Explosionen mitgeteilten Drehmomentimpulse verwendet werden können, sind einschlägig bekannt. Beispielsweise beschreibt die Europäische Patentanmeldung Nr. EP-A- 0 637 738 der Anmelderin, eingereicht am 2. August 1994, ein Verfahren zum dynamischen Messen des Drehmoments in einer Welle eines Verbrennungsmotors.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist es einfach, ein elektronisches Steuerwerk herstellen, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer dieser Verfahren zum Detektieren und Messen der Drehmomentimpulse im Motor implementiert werden kann.
Gemäß einem Verfahren dieser Art ist es durch Messen der von jedem Zylinder des Motors auf die Motorwelle übertragenen Drehmomentimpulse möglich, die Menge an in jeden Zylinder eingespritzem Kraftstoff indirekt zu bestimmen. Da die Öffnungszeit jeder Einspritzdüse bekannt ist, ist die in jeden Zylinder eingespritzte Krafistoffinenge proportional zur Durchsatzcharakteristik der dem Zylinder zugeordneten Einspritzdüse. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher die Detektion dieser Messung mittels des vorgenannten dynamischen Drehmomentverfahrens in Bezug auf die Durchsatzcharakteristika der im Verbrennungsmotor vorgesehenen Einspritzdüsen.
Diese Informationen können daher in der Folge zum Kalibrieren des Einspritzsystems oder genauergesagt des zur Steuerung des Einspritzsystems eingesetzten elektronischen Steuerwerks als Funktion der Durchsatzcharakteristik jeder Einspritzdüse des Systems verwendet werden. In der Praxis steuert das elektronische Steuerwerk nach der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mehr alle Einspritzdüsen des Motors mit der gleichen Öffnungszeit an, um eine gegebene Menge Kraftstoff einzuspritzen, sondern steuert jede einzelne Einspritzdüse mit einer unterschiedlichen Öffnungszeit an, so dass in sämtlichen Betriebszuständen jede Einspritzdüse dieselbe Menge Kraftstoff (oder jedenfalls die vom Steuerwerk genau berechnete Menge) dem ihr zugeordneten Zylinder zuführt. Der Betrieb des Verbrennungsmotors ist somit viel regelmäßiger, da die Verbrennung in den verschiedenen Zylindern ausgeglichen wird.
Auf Befehl einer Bedienungsperson werden die Einspritzdüsen kalibriert und so die Verbrennung, wenn das Fahrzeug mit dem Getriebe im Leerlauf steht, mittels eines elektronischen Prozessors (beispielsweise eines Personal Computers), der über eine Serienleitung an eine Diagnosebuchse eines elektronischen Steuerwerks des Motors angeschlossen ist, ausgeglichen. Unter diesen Bedingungen führt das Steuerwerk einen. Messzyklus aus, nach dessen Beendigung die Elemente zum Kalibrieren der Öffnungszeiten der Einspritzdüsen zwecks Minimierung von Verbrennungsungleichgewichten sowohl im Leerlauf als auch im Betrieb zur Verfügung stehen.
Diese Informationen machen es möglich, das Einspritzsystem zylinderweise nachzustellen oder neu zu kalibrieren, wobei auch ein erheblicher Beitrag zur Motordiagnose sowohl in der Werkstätte als auch "an Bord" geleistet wird.
Das vorliegende Verfahren kann in der Fabrik zur Durchführung gelangen, wobei nicht kalibrierte Einspritzdüsen oder Einspritzdüsen mit großen Toleranzen eingestellt werden können, wodurch ihre Produktionskosten erheblich reduziert werden, oder von einer technischen Servicestelle (beispielsweise während periodischer Überprüfungen) ausgeführt werden und kann dann durch einen ähnlichen Vorgang ergänzt werden, der im normalen Gebrauch des Fahrzeugs vom Benützer durchgeführt wird.
Das vorliegende Verfahren kann auch auf die Produktion von Motoren ausgeweitet werden, die zwecks Verringerung des Verbrauchs durch eine auf 600-650 rpm reduzierte Leerlaufgeschwindigkeit gekennzeichnet sind, ergänzt durch die entsprechende Redimensionierung einiger Komponenten und Optimierung der Systemeffizienz.
Das vorgeschlagene Verfahren kann auch in Abwesenheit von Zeitsteuersignalen funktionieren, da es die zeitliche Steuerung der Eingabe des Geschwindigkeits- und Synchronitätssignals (TDC) beim gewünschten Zylinder synchronisieren kann, indem jedes Mal, wenn der Motor gestartet wird, eine Fehleinspritzung generiert wird. Ein Synchronisationsverfahren in Abwesenheit eines zeitlichen Steuersignals ist beispielsweise in der Europäischen Anmeldung Nr. EP 96119352.1 der Anmelderin, eingereicht am 3.
Dezember 1996, beschrieben (EP-A-0 780 227).
Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren der Einspritzdüsen wird nunmehr genauer beschrieben.
Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Fig. 1 ein Einspritzsystem, welches so ausgelegt ist, dass es die Implementierung des Verfahrens ermöglicht.
Wie einschlägig bekannt ist, ist das Einspritzsystem natürlich mit einem Verbrennungsmotor M kombiniert bzw. integrierender Bestandteil desselben. Wie aus dem Voranstehenden klar hervorgeht, dient das Verfahren zur Verwendung in Verbrennungsmotoren mit Einspritzsystemen, die eine Mehrzahl von individuell gesteuerten Einspritzdüsen umfassen. Diese Systeme die heutzutage noch weiter verbreitet sind, sind als Vielpunktzeitgesteuerte sequentielle Einspritzsysteme bekannt.
Typischerweise umfassen diese Systeme eine Einspritzdüse für jeden Zylinder des Motors M. Der häufigste Fall ist der eines Motors M mit vier Zylindern, der somit vier Einspritzdüsen aufweist, die allgemein mit I bezeichnet sind wie in der Zeichnung dargestellt. Diese Einspritzdüsen I werden, wie ausgeführt, von einem Steuerwerk ECU, welches zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems des Motors M eingesetzt ist, gesteuert.
Typischerweise ist das Steuerwerk ECU ein elektronisches Steuerwerk, das zur Gesamtregelung des Motors M eingesetzt wird, so dass es neben dem Einspritzsystem auch die Zündung und gegebenenfalls andere Funktionen des Motors M steuert. Das Steuerwerk ECU ist daher über elektrische Leitungen mit im Motor M angeordneten Stellantrieben wie den Einspritzdüsen I und auch mit ebenfalls im Motor M angeordneten Sensoren zum Detektieren seiner Betriebsgrößen zwecks Ermöglichung der Durchführung eigener Steuerfunktionen verbunden.
Einer dieser Sensoren ist, wie ausgeführt, ein phonischer Radsensor RF, der typischerweise aus einem elektromagnetischen Detektor (oder Pick-up) besteht, kombiniert mit einem Rad, das entweder ein Zahnrad oder auf jeden Fall mit Kerben versehen und auf der Antriebswelle des Motors M aufgekeilt ist. Dieser phonische Radsensor RF kann eine Gruppe von zur Regelung des Motors M nützlichen Daten wie beispielsweise die Geschwindigkeit oder die Umdrehungszahl rpm und ein Synchronisations- oder oberes Totpunktsignal (TDC) detektieren.
Wie oben ausgeführt, kann dieser phonische Radsensor RF mittels des obengenannten dynamischen Drehmoment-Messverfahrens auch die Drehmomentimpulse detektieren und messen, die bei jeder in den Zylindern des Motors M stattfindenden Explosion auf die Motorwelle übertragen werden.
Das Steuerwerk ECU hat auch eine Diagnosebuchse PD, mit Hilfe derer es an externe Verarbeitungseinrichtungen mit beispielsweise Diagnose-, Detektions- oder Steuerfunktionen angeschlossen werden kann. Physikalisch gesehen, besteht diese Diagnosebuchse PD im wesentlichen aus einem Verbindungsstecker und ist typischerweise in allen modernen elektronischen Steuerwerken vorhanden. Während der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher möglich, einen externen Prozessor, beispielsweise einen Personal Computer PC, mittels einer Serienverbindungsleitung LS an die Diagnosebuchse PD des Steuerwerks ECU anzuschließen.
Es sei daher bemerkt, dass vom Gesichtspunkt der physikalischen Bestandteile aus betrachtet das in Fig. 1 gezeigte Einspritzsystem nahezu identisch mit einem herkömmlichen, nach dem Stand der Technik ausgebildeten Einspritzsystem ist. Die Unterschiede im Vergleich zu Einspritzsystemen gemäß dem Stand der Technik bestehen im wesentlichen in den zusätzlichen Arbeitsgängen, die das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet und die im elektronischen Steuerwerk ECU und/oder im Prozessor PC programmiert werden müssen.
Wie für dem Fachmann klar erkennbar, müssen diese Arbeitsgänge nicht unbedingt vom Prozessor PC oder vom Steuerwerk ECU ausgeführt werden, sondern können entweder von dem einen oder dem anderen oder zum Teil von einem und zum Teil vom anderen ausgeführt werden. Entscheidungen, welches Gerät (der Prozessor PC und/oder das Steuerwerk ECU) diese Arbeitsgänge ausführen soll, hängen im wesentlichen von konstruktiven Auswahlaspekten ab.
Es gibt jedoch einige Merkmale, hinsichtlich derer sich das zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegte Einspritzsystem von Systemen des Standes der Technik unterscheiden kann. Beispielsweise sieht das Verfahren in einer derzeit bevorzugten Ausführungsform vor, die Werte zum Ausgleichen der unterschiedlichen Durchsätze der Einspritzdüsen, welche Werte im Verlauf der Kalibrierung erhalten werden, in einem (nicht dargestellten) Permanent-Lese- und Schreibspeicher, beispielsweise einem im Steuerwerk ECU vorgesehenen und mit einem (nicht dargestellten) die Verarbeitungseinheit des Steuerwerks ECU bildenden Mikroprozessor verbundenen EEPROM-Speicher, zu speichern. Besitzt das Steuerwerk ECU keinen Permanentspeicher, muß man es daher mit einem derartigen Speicher ausrüsten, damit das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung gelangen kann.
Es ist jedoch bekannt, dass ein zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Einspritzsystem zu Kosten produziert werden kann, die im wesentlichen jenen eines Einspritzsystems gemäß dem Stand der Technik gleichkommen. Die Durchsatzcharakteristik einer Einspritzdüse innerhalb der normalen Einsatzbereiche (etwa 3 bis 20 ms Öffnungszeit) kann auf einer Geraden angenähert werden, da die vorübergehenden Öffnungs- und Schließzustände des Absperrorgans der Einspritzdüse zu Zeiten eintreten, die im Vergleich zur Gesamtbetriebszeit marginal sind. Wie man weiß, kann eine Gerade dann identifiziert werden, wenn mindestens zwei aus Gründen der Genauigkeit vorzugsweise in einem Abstand befindliche Punkte, die zur Geraden gehören, bekannt sind.
Um die Zuführcharakteristik, d. h. den Durchsatz einer Einspritzdüse, genau zu identifizieren, genügt es daher, die Abweichung von Null, d. h. die Zuführwerte der Nullpunktverschiebung im Leerlauf, und den bei maximalen Zuführwerten errechneten Winkelkoeffizient zu kennen.
Daher sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Kalibrierung der Einspritzdüsen I in zwei separaten Schritten erfolgt:
1. Kalibrierung der Durchsatzverstärkung (findet bei voller Zufuhr mit einer Reihe von Beschleunigungen unbelastet statt);
2. Kalibrierung der Nullpunktverschiebung (findet durch Einwirken auf den Motor bei Leerlaufgeschwindigkeit [etwa 900 rpm] statt).
Bei einem Motor M mit einem katalytischen Konverter bringt die Kalibrierung der Nullpunktverschiebung und der Durchsatzverstärkung der Einspritzdüsen I die folgenden Vorteile:
- sie ermöglicht eine Erweiterung der Produktionstoleranzen (unter Verringerung von Ausschuss sowie Verarbeitungs- und Kalibrierungskosten) der Einspritzdüsen I;
- sie verlängert die Lebensdauer des Katalysators (das Steuerwetk ECU des Einspritzsystems arbeitet mit Lamda-Sondensignalen, die besser reproduzierbar und vorhersagbar sind);
- sie verbessert die Leistung des Motors M (Verbrauch, Verschmutzung, Unebenheit).
Um dieses Verfahren reproduzierbar zu machen, wird die Kalibrierung nur dann aktiviert, wenn die Kühlmitteltemperatur 90ºC erreicht hat und gleichzeitig das Drosselventil des Motors M geschlossen ist.
Während der beiden Kalibrierungsschritte muss das Magnetventil zum Kühlen des Radiators des Motors M inaktiv sein, um Störungen bei der Geschwindigkeit aufgrund seiner Aktivierung/Deaktivierung zu verhindern. Dieses Phänomen verlängert die Zeit, die man zur Durchführung der Kalibrierung braucht, da es notwendig ist, eine Detektion, die bei laufendem Ventilator erfolgte, zu verwerfen und zu wiederholen.
Zur richtigen Kalibrierung der Einspritzdüsen I müssen die zwei Schritte in der folgenden Reihenfolge nacheinander ausgeführt werden:
1. Kalibrierung der Durchsatzverstärkung,
2. Kalibrierung der Nullpunktverschiebung.
Der erste Verfahrensschritt (Kalibrierung der Durchsatzverstärkung) liefert die Kalibrierung der Einspritzdüsen I bei voller Zufuhr. Während dieses Schritts werden einige Größen, die zur korrekten Ausführung der Zeitsteuerungs-Verschiebungskalibrierung wesentlich sind, berechnet, nämlich: die richtigen Winkelbasen, die Schwellenwerte für die Detektion von Fehlzündungen in den vier Zylindern und der Verschiebungskalibrierungs- Ausstiegsschwellenwert. Nach Beendigung der Verstärkungskalibrierung schaltet sich der Motor M automatisch ab. Nach neuerlichem Starten desselben ist es notwendig, den zweiten Schritt des Verfahrens (Kalibrierung der Nullpunktverschiebung) auszuführen, um die Kalibrierung der Einspritzdüsen I zu komplettieren.
Nach Beendigung dieser beiden Schritte werden die Einspritzzeit-Korrekturfaktoren identifiziert und im Steuerwerk ECU gespeichert.
Die Kalibrierungsschritte werden nachstehend im Detail beschrieben. Diese Schritte sind auch durch die Blockdiagramme in den Fig. 4 bis 18 veranschaulicht.
In diesen Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung werden aus Gründen der Kürze die folgenden Referenzbezeichnungen verwendet:
TJ: Öffnungszeit der Einspritzdüse;
NREP: Anzahl der Beschleunigungen, die für jeden einzelnen Kalibrierungsschritt ausgeführt werden müssen;
TIT: Prozent Verringerung von TJ an jedem einzelnen Zylinder pro Kalibrierungsschritt während der Untersuchung von THRTJ % (Prozent der nominalen TJ, die den Ausstieg aus der Fehlzündungsbedingung gestatten);
ANG1-2: zur Verschiebung korrigierte Winkelfenster;
THROFFS: Verschiebungskalibrierungs-Ausstiegsschwellenwert;
OFFSmsf : Fehlzündungsschwellenwert jedes Zylinders;
RPMREF: Referenz-Motorgeschwindigkeit;
TIT: Prozent Verringerung/Erhöhung der pro Kalibrierungsschritt am einzelnen Zylinder angelegten TJ;
%TJCYL [0,1,2,3]: Prozent der im einzelnen Zylinder implementierten nominalen TJ; die Korrekturprozent leiten sich von diesem Wert ab;
VmTor: mittlerer Drehmomentwert;
max,min. maximaler und minimaler mittlerer Drehmomentwert, extrapoliert aus den VmTors der vier Zylinder;
RPMmed: mittlerer Motorgeschwindigkeitswert;
DTor: aktuelle Drehmomentstreuung;
FINANG: tatsächlicher Winkelfenster-Wert;
RPMmin
RMPmax: Motorgeschwindigkeitsbereich, innerhalb welchem die Winkelkalibrierung durchzuführen ist;
STEP_CAL: Erweiterungs/Verkleinerungs-Schritt der zu korrigierenden Winkelfenster;
FINANG14: Winkelfenster ZYL. 1 und 4;
FINANG32: Winkelfenster ZYL. 3 und 2;
delta: Unterschied zwischen den mittleren Widerstandsdrehmomentwerten von ZYL. 1 und 4 und von ZYL. 3 und 2;
Vm14: mittlerer Widerstandsdrehmomentwert ZYL. 1 und 4;
Vm32: mittlerer Widerstandsdrehmomentwert ZYL. 3 und 2.
Es wird nun der Kalibrierungsschritt zur Durchsatzverstärkung beschrieben.
Das Verfahren zum Kalibrieren der Durchsatzverstärkung beruht auf der Detektion der Zünd-"Grenzen", die die einzelnen Zylinder hinsichtlich der nominalen Kraftstoff- Zuführwerte haben, u. zw. unter der Annahme, dass sie die Fehlzündungsbedingung beim gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreichen.
Die Durchsatzverstärkungskalibrierung erfolgt bei stillstehendem Fahrzeug mit dem Motor M im Leerlauf und wird auf Wunsch der Bedienungsperson mit Hilfe eines Personal Computers PC aktiviert, welcher über eine Serienleitung LS mit der Diagnosebuchse PD des elektronischen Steuerwerks ECU des Motors M verbunden ist.
Nach Erhalt der Freigabe zur Durchführung der Kalibrierung (d. h. nach Überprüfung, dass sich der Motor M auf normaler Lauftemperatur und das Drosselventil im geschlossenen Zustand befinden), muss die Bedienungsperson die Beschleunigungseinrichtung vollständig niederdrücken und in dieser Position halten, bis die Kalibrierung beendet ist, was durch Abschalten des Motors M angezeigt wird.
Es sei bemerkt, dass die komplette Kalibrierung in einer offenen Schleife ausgeführt wird, um korrektive Interventionen durch die Lambda-Sonde während des Vorgangs zu verhindern.
An dieser Stelle werden eine Reihe von Beschleunigungen unbelastet bei vollständig geöffnetem Drosselventil ausgeführt, im Zuge derer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Mischung innerhalb eines begrenzten Geschwindigkeitsbereichs, beispielsweise zwischen 1200 und 3600 rmp, progressiv angehoben wird, bis eine Fehlzündung bewirkt und mittels des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens detektiert wird.
Die Reduktion erfolgt immer an einem Zylinder (entsprechend der Zündfolge) durch Verringerung der nominalen Öffnungszeiten der Einspritzdüsen I für einen einzigen Motorzyklus auf 2200 bis 2700 rpm.
Die Beschleunigungen unbelastet erfolgen automatisch, da das Steuerwerk ECU durch Modifizieren der für den Maximumbegrenzer kartierten Werte zu Beginn die Geschwindigkeitsbereiche erstellt. Dieser Bereich liegt zwischen 1200 und 3600 rpm. Die Kalibrierung der Durchsatzverstärkung ist in vier Stufen unterteilt:
1.1. Identifikation von Nullpunktverschiebungs-Kalibrierungsparametern
2.1. Identifikation des Fehlzündungsschwellenwerts des einzelnen Zylinders
3.1. Untersuchung der Zündungsgrenzen des einzelnen Zylinders
4.1. Berechnung und Speicherung der Korrekturprozent, welche nunmehr beschrieben werden.

1.1. Identifikation von Nullpunktverschiebungs-Kalibrierungsparametern

Diese Stufe umfasst die ersten beiden Beschleunigungen unbelastet in zeitmäßiger Aufeinanderfolge, ausgeführt in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 800 und 3600 rpm.
In der Verzögerungsstufe der ersten Beschleunigung werden die zur Kalibrierung der Nullpunktverschiebung zu verwendenden Parameter berechnet und gespeichert:
ANG1, ANG2: Winkelbasen, korrigiert für die Geschwindigkeitsablesung zur Berechnung der dynamischen Drehmomentmessung. Der nominale Wert der Winkelbasis beträgt 90º.
OFFSmsf[0,1,2,3]: adaptiver Schwellenwert für die Detektion von Fehlzündungen in den vier Zylindern, bezogen auf das Widerstandsdrehmoment im Leerlauf.
THROFFS: Ausstiegsschwellenwert der Nullpunktverschiebungs-Kalibrierung entsprechend 8% des Widerstandsdrehmoments gemessen bei der Referenzgeschwindigkeit (RPMREF = 900 rpm).
Die zweite Beschleunigung, die als Synchronisationsbeschleunigung bezeichnet werden kann, ermöglicht eine Abänderung des verwendeten Geschwindigkeitsbereichs (800- 3600 rpm) auf den Voreinstellungsbereich (1200-3600 mm), der bis zur Beendigung der Kalibrierung aufrechtzuerhalten ist.
In dieser Stufe werden die nominalen Einspritzzeiten keinerlei Änderungen unterzogen.

2.1. Identifikation des Fehlzündungsschwellenwerts des einzelnen Zylinders

Diese Stufe wird mit drei Beschleunigungen durchgeführt und identifiziert den Fehlzündungsschwellenwert des Zylinders (THRMSF), auf den anschließend zur Detektion der Zündungsgrenzen eingewirkt wird (beginnend mit Zylinder Nr. 1).
Während jeder Beschleunigung wird eine Einspritzzeit von 1% des Nominalwerts (angezeigte TJCYL% = 100) in dem im Test befindlichen Zylinder für einen einzigen Motorzyklus zwischen 2200 und 2700 rpm zur Erzeugung einer einzigen Fehleinspritzung implementiert.
Der Fehlzündungsschwellenwert (THRMSF) des im Test befindlichen Zylinders wird aus dem Mittelwert des gemessenen Drehmoments (TMSF) entsprechend den drei erzeugten Fehlzündungen berechnet.

3.1. Untersuchung der Zündungsgrenze des einzelnen Zylinders

Nach Beendigung der soeben beschriebenen ersten beiden Kalibrierungsstufen, die als Vorbereitungsstufen definiert werden können, wird die Zündungsgrenze des einzelnen Zylinders identifiziert.
Diese letzte Kalibrierungsstufe umfasst drei separate Schritte:
3.1.1. Verringerung der nominalen Einspritzzeit (TJCYL% = 100), beginnend mit anfänglichen 30% (REDTJ% = 30), so dass:
TJCYL% = TJCYL% - REDTJ% = 70 mit aufeinanderfolgenden 10%igen Senkungen (REDTJ% = 40, 50, ...) bis zur Detektion einer Fehlzündung.
3.1.2. Erhöhung der aktuellen nominalen Einspritzzeit (d. h. der reduzierten Zeit des vorherigen Schritts TJCYL% = 100 - REDTJ%) mit aufeinanderfolgenden 10%igen Steigerungen (REDTJ = 50, 40, 30, ...), die einen Ausstieg aus der Fehlzündungsbedingung gestatten.
3.1.3. Progressive Verringerung der aktuellen nominalen Einspritzzeit (d. h. jener, die aus den im vorherigen Schritt vorgenommenen Änderungen resultiert) um 2% (TIT), bis der Prozentwert der nominalen Einspritzzeit, zu der die Fehlzündung beginnt, mit größerer Genauigkeit identifiziert wird.
Nach Beendigung dieser Stufe werden die Prozent der nominalen Einspritzzeit berechnet, die einen Ausstieg aus der Fehlziindungsbedingung (TIIRTJ% [0, ...] = TJCYL% + TIT) gestatten, was wesentlich für die Berechnung der Korrekturprozent ist.
Es ist wichtig anzumerken, dass auch in diesem Teil der Kalibrierung jede Erhöhung/Verringerung der nominalen Einspritzzeit (TJCYL%) während der Beschleunigungsstufe in dem im Test befindlichen Zylinder für einen einzigen Motorzyklus zwischen 2000 und 2700 rpm durchgeführt wird. Die soeben beschriebenen Schritte 3.1.2. und 3.1.3 werden entsprechend der Zündfolge für alle Zylinder wiederholt.

4.1. Berechnung und Speicherung der Korrekturprozent

Nach Beendigung der obenbeschriebenen Schritte werden die vier Korrekturprozentwerte (einer pro Zylinder, VERSTÄRKUNG [0,1,2,3] der nominalen Einspritzung, die die Kalibrierung der Durchsatzverstärkung ermöglichen, berechnet und in einem Permanentspeicher, beispielsweise vom EEPROM-Typ wie oben ausgeführt, gespeichert. Die Ableitung dieser Parameter bedingt die Berechnung:
- des mittleren Werts (VmTHRTJ%) der Prozent der nominalen Einspritzzeit jedes Zylinders, die einen Ausstieg aus der Fehlzündungsbedingung gestatten (THRTJ%[0,1,2,3]);
- der Abweichung jedes Prozents vom mittleren Wert.
Die Korrekturprozent werden somit als Summe (mit Vorzeichen) der nominalen Einspritzzeit (TJCYL% = 100) und der Abweichung pro Zylinder errechnet.
Der Multiplikationsfaktor zum Korrigieren der nominalen Einspritzzeit wird dann zum Zeitpunkt der Verwendung als Verhältnis zwischen den Korrekturprozent des einzelnen Zylinders und 100 abgeleitet.

Beispiel:

Prozent der Einspritzzeiten der 4 Zylinder, die ein Aussteigen aus der Fehlzündungsbedingung gestatten:
THRTJ%[0] = 60
THRTJ%[1] = 75
THRTJ%[2] = 70
THRT3%[3] = 75
VmTHRTJ% = 70
- Berechnung der Abweichung jedes Prozentwerts vom Mittelwert:
Abw.%[0] = THRTJ%[0 - VmTHRTJ = -10
Abw.%[1] = THRTJ%[1] - VmTHRTJ = +5
Abw.%[2] = THRTJ%[2] - VmTHRTJ = 0
Abw.%[3] = THRTJ%[3] - VmTHRTJ = +5
- Berechnung der Korrekturprozentwerte:
VERSTÄRKUNG[0] = TJCYL% + Abw.%[0] = 90
VERSTÄRKUNG[1] = TJCYL% + Abw.%[1] = 105
VERSTÄRKUNG[2] = TJCYL% + Abw.%[2] = 100
VERSTÄRKUNG[3] = TJCYL% + Abw.%[3] = 105
Es wird nun der Schritt des Kalibrierens der Nullpunktverschiebung im Leerlauf beschrieben.
Der Schritt der Kalibrierung der Nullpunktverschiebung folgt zwar zeitmäßig auf den Schritt der Kalibrierung der Durchsatzverstärkung, was aber seine Bedeutung anbelangt, so ist dieser Arbeitsschritt sicherlich der am häufigsten anzuwendende, weil die Verschiebung einer größeren Abweichung unterliegt als die Verstärkung.
Die Kalibrierung der Nullpunktverschiebung wird auch bei stehendem Fahrzeug mit dem Motor M im Leerlauf ausgeführt. Die Aktivierung erfolgt wieder durch die Bedienungsperson mit Hilfe eines Personal Computers PC, der über eine Serienleitung LS an die Diagnosebuchse PD des elektronischen Steuerwerks ECU angeschlossen ist.
Auch in diesem Fall wird die Kalibrierung freigegeben, nachdem überprüft worden ist, dass der Motor M die normale Lauftemperatur erreicht hat und sich das Drosselventil in der geschlossenen Stellung befindet. Diese Warteperiode ist praktisch Null, wenn die Verschiebungskalibrierung unmittelbar auf die Verstärkungskalibrierung folgt.
Zu Beginn erfolgt die Sperre der Leerlaufgeschwindigkeits-Kontrollstrategien durch Drücken des Drosselventils mit Hilfe des Programms in eine Position ungleich Null und die Sperre der Lambda-Sonde (Leerlaufschaltung). Dieser Vorgang verhindert unerwünschte Eingriffe während der Durchführung des Verfahrens. Die Motorgeschwindigkeit wird beispielsweise auf 900 rpm (als RPMREF bezeichnet) gebracht, u. zw. durch Beaufschlagung eines vom Steuerwerk ECU gesteuerten Luftventils (das das Drosselventil umgeht), wobei die Zündvorverstellung z. B. bei 15º festgelegt und blockiert ist. Wenn die angezeigte Referenzgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Arbeitszyklus (als DCVAE bezeichnet) des angesteuerten Luftventils gespeichert.
Die Zündvorverstellung und der Arbeitszyklus DCVAE des Luftventils werden über die Dauer der Kalibrierung unabhängig von den Betriebsbedingungen des Motors M fixiert gehalten.
Nach Beendigung der Vorbereitungsstufe sieht die Kalibrierung der Nullpunktverschiebung mindestens vier Hauptstufen vor (die genauer durch die Blockdiagramme in den Fig. 10 bis 15 beschrieben sind), von denen die ersten drei für jeden einzelne Kalibrierungsstufe wiederholt werden:
1. Implementierung der korrigierten Einspritzzeiten,
2. Anwendung des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens,
3. Vergleich der Drehmomentstreuungs mit dem Kalibrierungs-Ausstiegsschwellenwert,
4. Speicherung der Korrekturprozent,
und nunmehr beschrieben werden.
1. Implementierung der korrigierten Einspritzzeiten
Die erste Stufe der Kalibrierung wird durchgeführt, wenn die nominalen Einspritzzeiten (%TJCYL[0,1,2,3] = 100) unter den obenbeschriebenen Arbeitsbedingungen des Motors M (RPMREF, Vorverstellung und DCVAE) vom Steuerwerk implementiert sind.
Während der Durchführung der Kalibrierung werden die Zuführzeitwerte um einen bekannten Prozentsatz auf Basis der durchgeführten Reduktions-/Erhöhungsschritte geändert.

2. Anwendung des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens

Nach Beendigung des vorherigen Schritts wird eine dynamische Messung des Drehmoments über einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt. Nach Beendigung der Messung wird das dynamische Drehmoment-Messverfahren für folgende Berechnungen verwendet:
- des mittleren Drehmomentwerts jedes Zylinders (VmTor[0, I, 2, 3]) in Bezug auf die korrigierte Drehmomentmessung für etwaige Fehlzündungen (durch Vergleich der mit dem Schwellenwert OFFSmsf[0,1,2,3] berechneten Einzelwerte);
- der mittleren Motorgeschwindigkeit (RPMmed), bei der die Messung durchgeführt wurde;
- der Drehmomentstreuung (DTor).
Die Zylinder, die das höchste Antriebs-Drehmoment (CYLhigh) und das niedrigste Drehmoment (CYLlow) liefern, werden ebenfalls identifiziert.

3. Vergleich der Drehmomentstreuung mit dem Kalibrierungs-Ausstiegsschwellenwert

Das Hauptziel der Kalibrierung liegt in der Minimierung der Zündungleichgewichte zwischen den Zylindern. Aus diesem Grund wird nach jedem Eingriff an den Einspritzzeiten und Drehmomentmessungen DTor mit dem THROFFS-Schwellenwert verglichen.

1. DTor kleiner als THROFFS

In dem Versuch zu bestätigen, was gefunden wurde, werden die vorherigen Punkte (1- 2) wiederholt. Wird dasselbe Ergebnis ein zweites Mal erzielt, d. h. ist DTor nach wie vor kleiner als THROFFS, so bedeutet dies, dass die kleinstmögliche Drehmomentstreuung zwischen den Zylindern erreicht worden ist (abgesehen von eigenen Zündungleichgewichten des Motors M). Die Nullpunktverschiebungs-Korrekturprozent werden dann gespeichert und die Kalibrierung wird unterbrochen.

2. DTor größer als THROFFS

Es gibt drei Methoden zur Bestimmung der nach der Kalibrierung durchzuführenden Arbeitsgänge, jenachdem, ob die erste, die zweite oder anschließende Kalibrierungsstufen zum Tragen kommen.
In der ersten Kalibrierungsstufe, die bei vom Steuerwerk ECU implementierten nominalen Einspritzzeiten durchgeführt wird, werden diese Werte gleichzeitig in allem Zylindern um 10% reduziert (%TJCYL[0,1,2,3] = 90). Dieser Arbeitsgang wird wie in der ersten Kalibrierungsstufe zur Überprüfting ausgeführt, dass der das niedrigste Drehmoment liefernde Zylinder nicht durch zu viel Kraftstoff beeinträchtigt wird, weil dieser Zylinder (CYLlow) dazu tendieren würde, sich bei fortschreitender Kalibrierung anzureichern. In der zweiten Kalibrierungsstufe sowie in den nachfolgenden Stufen kommt das Verfahren zuerst in dem Zylinder zur Anwendung, der das niedrigste Antriebs-Drehmoment (CYLlow) liefert, u. zw. mit einer 2%igen Reduktion (TIT) der aktuellen nominalen Einspritzzeit (%TJCYL[0,1,2,3] = 90).
Es sei bemerkt, dass diese 2%ige Reduktion immer als erster Arbeitgsgang nach jedem Wechsel von einem Zylinder zum anderen durchgeführt wird.
In anschließenden Prüfungen, ob DTor größer als THROFFS ist, geht das Verfahren direkt über zu einer gleichzeitigen Überprüfung von DTor und der mittleren Geschwindigkeit (als RPMmed bezeichnet), da eine Verringerung in der Drehmomentstreuung zwischen den Zylindern einen konsequenten Anstieg der Motorgeschwindigkeit nach sich ziehen sollte. Somit:
- bedeutet, wenn DTor reduziert wird und/oder RPMmed ansteigt, dies, dass die Kalibrierung in die richtige Richtung geht (CONVERGEnce).
Die Messungen, die in dieser Situation vorgenommen werden können, sind dreierlei Art:
- hat sich CYLlow nicht verändert, dann erfolgt ein Eingriff an der Einspritzzeit von CYLlow ähnlich dem vorhergehenden Eingriff (Reduktion oder Erhöhung);
- hat sich CYLlow verändert, dann erfolgt der erste Eingriff am neuen Zylinder, wiederum mit einer 2%igen Reduktion (-TIT);
- liefert CYLhigh ein zu hohes Antriebs-Drehmoment (d. h. VmTor von CYLhigh ist größer als 62,5% von DTor), dann ist eine Verringerung der Zuführzeit dieses Zylinders um weitere 10% notwendig;
- steigt DTor und sinkt RPMmed, so bedeutet dies, dass der vorgenommene Eingriff nicht den gewünschten Erfolg (CONVERGEnce) brachte und die Kalibrierung daher in die falsche Richtung (DIVERGEnce) geht. Unter dieser Bedingung gibt es zwei Betriebsarten:
- hat sich CYLlow nicht verändert, ist es notwendig, die an diesem Zylinder angewendete Strategie von der Reduktion zur Erhöhung oder umgekehrt umzukehren;
- hat sich CYLlow verändert, wird die Situation vor der an der Einspritzzeit von CYLlow vorgenommenen Veränderung wiederhergestellt.
Die verschiedenen in diesen drei Stufen aufgezeigten Arbeitsgänge werden auch mehrmals an den verschiedenen Zylindern durchgeführt, bis DTor unter dem THROFFS- Schwellenwert liegt.

4. Speicherung der Korrekturprozent

Nach Beendigung der Kalibrierung werden die vier Korrekturprozentwerte (einer pro Zylinder) OFFSET[0,1,2,3] der nominalen Einspritzzeit, die die Kalibrierung der Nullpunktverschiebung ermöglichen, in dem Permanentspeicher gespeichert.
In der Praxis stellen diese Parameter die nach Beendigung der Kalibrierung abgeleiteten Prozent der nominalen Einspritzzeit jedes Zylinders (%TJCYL[0,1,2,3]) dar. Der Multiplikationsfaktor zum Korrigieren der nominalen Einspritzzeit wird dann zum Zeitpunkt der Verwendung als Verhältnis zwischen den Korrekturprozent des einzelnen Zylinders und 100 abgeleitet.

Implementierung der Kalibrierung

Nach Beendigung der beiden Kalibrierungsschritte (Verstärkung und Verschiebung) sind die Einspritzzeit-Korrekturprozent in dem mit dem Mikroprozessor des Steuerwerks ECU verbundenen Permanentspeicher gebrauchsfertig gespeichert.
Die Implementierung der Kalibrierung während des Normalgebrauchs des Fahrzeugs erfolgt durch Aktualisieren der vom Steuerwerk ECU aus den im Speicher vorhandenen Karten errechneten Einspritzzeiten durch Interpolation.
Es ist somit möglich, die korrigierten Durchsätze der Einspritzdüsen I sogar an den Zuführ-Zwischenwerten (gedrosselter Betrieb des Motors M) der gesamten Kartierung des Motors M zu berechnen.
Die während der Kalibrierung durchgeführten Messungen erfordern eine hohe Präzision beim Schneiden der Räder, die für den phonischen Radsensor RF verwendet werden, welcher das Synchronisations- oder obere Totpunktsignal TDC (4 oder 60 - 2 Impulse pro Umdrehung) erzeugt.
Um Winkelfehler beim Schneiden der Räder über die Produktionsstreuung auszugleichen, kommt ein Verfahren zur Anwendung - siehe in diesem Zusammenhang das Blockdiagramm für die Kalibrierung der Winkelfenster der Fig. 16 bis 18 -, das automatisch die beiden Lesebasen (ANG1, ANG2) während der Freigabestufe errechnet, in welcher die Geschwindigkeit abfallen darf, durchgeführt in der Stufe der Verstärkungskalibrierung (Stufe 1.1. - Identifikation der Nullpunktverschiebungs-Kalibrierungsparameter).
Die Geschwindigkeitsmessungen müssen über Winkeln von 90º vorgenommen werden. Bei Verwendung eines Rads mit 60-2 Zähnen ist es daher notwendig, während der Verarbeitung eine Division vorzunehmen, um die Winkelbasen auf vier pro Umdrehungen zu bringen, zeitlich abgestimmt wie für ein Rad mit 4 Impulsen.
Das hierin beschriebene Kalibrierungsverfahren gilt für die Realisierung an einem Motor M, der keinen Kompressionsungleichgewichten unterliegt. Gibt es derartige Anomalien, so müssen diese auf jeden Fall durch eine weitere Messstufe identifiziert werden, die Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wie nachstehend beschrieben ist.
Die zylinderweise Messung der Kompressionsdichtung mittels der Drehmoment- Messmethode spielt eine wichtige Rolle bei der Motordiagnose. Diese Messung, die mit herkömmlichen Verfahren ziemlich schwierig durchzuführen ist, besteht in dem ersten Schritt, der zur Einstellung oder Kalibrierung des Einspritzsystems durchzuführen ist. Wenn nämlich ein niedriges Drehmoment für einen gegebenen Zylinder detektiert wird, kann die Ursache dafür einer unzureichenden KraftstoffZufuhr zugeschrieben werden, während die eigentliche Anomalie aber tatsächlich auf eine schlechte Kompression aufgrund von beispielsweise undichten Ventilen oder Kolbenringen zurückzuführen ist. In diesem Fall würde das Kalibrierungsverfahren die Einspritzzeit eher erhöhen und damit der Kraftstoff, der einem bereits unter Luftmangel arbeitenden Zylinder zugeführt wird, die Arbeitsbedingungen des Zylinders noch weiter verschlechtern.
Wird ein Fahrzeug durch Korrelation seiner Leistung mit den Abgasen charakterisiert oder eingestellt, trifft man oft auf die Schwierigkeit, sogar bei scheinbar richtig eingestellten Motoren die Grenzen der verschiedenen ausgestoßenen Schadstoffe innerhalb der Norm zu halten. Dabei zeigt die Detektion von Unregelmäßigkeiten bei der Kompression oft kleine Anomalien bei der Dichtheit der Ventile auf, die zwar die Leistung nicht beeinträchtigen, aber ausreichen, um die Abgabe von unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu verursachen, die innerhalb kurzer Zeit einen Schaden am Katalysator herbeiführen.
Durch den Kompressionstest ist es möglich, die Anomalie eindeutig dem betreffenden Zylinder zuzuschreiben, wodurch die Bedienungsperson vor dem Auftreten eines Problems beim Füllen des Zylinders gewarnt ist.
Die Charakterisierung von Kompressionsungleichgewichten kann beispielsweise während der unbelasteten Beschleunigungen in Zusammenhang mit der Verstärkungskalibrierung durch Prüfung des Bereichs von 1500-1200 rpm bei jeder Verzögerung erfolgen.

Testverfahren

Es werden die Kompressionsleckagen pro Zylinder durch Messungen ermittelt, die mittels des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens durchgeführt werden, indem in einer derzeit bevorzugten Ausführungsform die Geschwindigkeit in der Freigabestufe bei abgeschaltetem Motor M, d. h. in Abwesenheit von Einspritzung, über einen Geschwindigkeitsbereich von beispielsweise zwischen 900 und 350 rmp erfasst wird.
Über einen solchen begrenzten Geschwindigkeitsbereich reduziert sich die Anzahl von nützlichen Messungen, die insgesamt an den vier Zylindern vorgenommen werden können, auf 6-10 Werte bei jedem Abschalten des Motors M; es ist daher notwendig, die Geschichte von mindestens 10 Abschaltungen im Speicher zu belassen.
Der mittlere Widerstandsdrehmomentwert pro Zylinder wird mit den Leckageabschnitten der verschiedenen Zylinder in Korrelation gebracht.
Zur Erzielung dieses Parameters müssen die erhaltenen Daten verarbeitet werden, da eine schlechte Dichtung eines Zylinders auch die Daten betreffend den vorherigen Zylinder in der Zündreihenfolge beeinträchtigt, der dann Kompressionsarbeit leisten muss, die durch den Leckageabschnitt des nachfolgenden Zylinders reduziert wird.
Der Leckageabschnitt und der resultierende Kompressionsverlust haben eine deutlichere Wirkung auf die Widerstandsdrehmoment-Kurven jedes Zylinders bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, da bei hohen Geschwindigkeiten, wenn der Leckagefluss nicht stark ist, die Wirkung auf die Füllung und damit den Betrieb des Motors M nicht merkbar ist. Die Verarbeitung der Daten betreffend die Widerstandsdrehmoment-Kurven kann gefährlich sein, wenn nicht genügend Abtastwerte bei mehreren Abschaltungen unter ähnlichen thermischen Bedingungen erfasst werden.
Das Widerstandsdrehmoment des Motors M ist nämlich besonders empfindlich auf die Temperatur des Schmiermittels (und damit des Motorblocks), so dass ein Vergleich der während Abschaltungen bei verschiedenen Temperaturen erfassten Daten zu falschen Schlussfolgerungen hinsichtlich des Zustands des Motors M führen würde.
Es ist daher notwendig, dass die Erfassung der Daten betreffend Gruppen von Abschaltungen durch Ermöglichung der Messungen auf Basis der Anzeige des Kühlmittel- Temperatursensors vom thermischen Zustand des Motors M abhängig gemacht wird.

Fahrzeugvorbereitung und durchgeführte Tests

Die experimentelle Auswertung des Verfahrens erfolgte an einem LANCIA DEDRA 2000 i. e. (8 Ventile) mit Katalysator (IAW-Einspritzsystem von MAGNETI MARELLI S. p.A.) durch Erfassung des elektromagnetischen Totpunktsensors TDC sowie von zur Durchführung von Messungen mittels des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens notwendigen Zeitsteuersignalen bei normaler Lauftemperatur des Kühlmittels (88ºC bis 92º C) zwecks Homogenität der Daten, wobei das Signal für den Beginn der Erfassung geliefert wird, wenn der Motor M abgeschaltet ist (Spannung am Steckerstift 20 des IAW-Steuerwerks bei 0 Volt).
Der 900-350-rpm-Bereich wurde somit unter Berücksichtigung von mehreren unter gleichen Bedingungen vorgenommenen Messungen untersucht, um die Drehmomentkurven jedes Zylinders dichter zu machen. Zur Ausschaltung des durch das Reaktionsdrehmoment an den Lagerblöcken des Motors M erzeugten Messgeräusches wurden die Berechnungen an den im 600-350-rpm-Bereich erfassten Daten durchgeführt.
Leckagen wurden simuliert, indem an einem Zylinder ein Stöpsel mit einem Loch angebracht wurde, dessen Durchmesser allmählich vergrößert wurde, um die Leckage zu erhöhen; dann erfolgten Messungen ohne Leckage und mit Null-Kompression durch vollständiges Entfernen des Stöpsels von einem der Zylinder.

Erzielte Resultate

Die Drehmomentkurven im Leerlauf wurden ohne Leckagen und mit einer kalibrierten Leckage entsprechend einem Durchgang von 0,02 mm gemessen. Es war möglich, einen deutlichen Unterschied zwischen der Drehmomentkurve des der Leckage ausgesetzten Zylinders und den Kurven der anderen Zylinder wahrzunehmen und dass dieser Unterschied bei zunehmender Leckage auseinanderging.
Die durchgeführten Tests zeigten, dass es möglich ist, durch Analyse mittels des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens einen Faktor zu bestimmen, der die Kompressionsleckagen als Funktion des Leckageabschnitts anzeigt, der in seiner angenehmsten experimentellen Form eine Anzeige betreffend jeden Zylinder im Vergleich zu den anderen lieferte.
Diese Anzeige ermöglichte es, die Entscheidung zu treffen, auf den Motor M einzuwirken, da ein Motor M mit identischen Leckagen in sämtlichen Zylindern sehr unwahrscheinlich ist und auf jeden Fall durch die Analyse mittels des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens (Messung des mittleren Widerstandsdrehmoments) aufgezeigt würde.
Die vorgenommenen Messungen zeigten, dass es möglich ist, Leckageabschnitte entsprechend einem Durchgang eines Ventils in der Größenordnung von 0,01 mm auf reproduzierbare Weise zu identifizieren.
Durchzuführende Messungen (alle über den Stecker des Steuerwerks ECU):
- TDC momentane Geschwindigkeit (4 Abtastwerte pro Motorzyklus),
- Phasensynchronismus mit bekanntem Zylinder,
- Kühlmittelmessung aktiviert, wenn 88ºC < Tc (Kühlmitteltemperatur) < 92ºC,
- Steckerstift 20 Messung aktiviert bei Spannung V = 0 Volt.

Verarbeitung der erfassten Daten

1. Messung von 30 Abschaltungen des Motors M von 900 rpm bis 0 immer unter denselben Messbedingungen:
- Tc zwischen 88ºC und 92ºC,
- MOTORGESCHWINDIGKEIT etwa 900 rpm.
2. Anwendung des dynamischen Drehmoment-Messverfahrens zur Berechnung des Drehmoments. Sämtliche Werte innerhalb des Bereichs zwischen 500 und 200 rpm wurden in vier verschiedenen temporären Dateien (Archiven) pro Zylinder gespeichert:
Zylinder 1 -> Datei: 0.TMP
Zylinder 3 -> Datei: 1.TMP
Zylinder 4 -> Datei: 2.TMP
Zylinder 2 -> Datei: 3.TMP
3. Berechnung des mittleren Widerstandsdrehmomentwerts pro Zylinder (Vmed). Es wurden die in den vier "*.TMP"-Dateien gespeicherten Daten verwendet:
VmedX = Summe der aus der Datei X.TMP gelesenen Werte / Anzahl der in der Datei X.TMP vorhandenen Daten
worin X = [0 für Zyl. 1], [1 für Zyl. 3], [2 für Zyl. 4], [3 für Zyl. 2].
4. Berechnung des Mittelwerts (Valmed) der Vmeds der 4 Zylinder, der den Schwellenwert darstellt, der zur Identifikation des anormalen Zylinders in Betracht zu ziehen ist:
sumved = Vmed0 + Vmed1 + Vmed2 + Vmed3
Valmed = sumved / 4
5. Identifikation des Zylinders mit Kompressionsleckage. Immer unter Ausschluss eines Zylinders wurden die Mittelwerte der drei verbleibenden Vmeds errechnet und mit Valmed verglichen. So wurde ein Koeffizient (coefX) erhalten, der die Detektion einer Kompressionsleckage im Zylinder X ermöglichte:
worin X = [0 für Zyl. 1], [1 für Zyl. 3], [2 für Zyl. 4], [3 für Zyl. 2].
Zylinder X war von einer Kompressionsleckage betroffen, wenn:
coefX < 0,99
andererseits bei:
coefX ≥ 0,99
wurde keine Anomalie im Zylinder X detektiert.

Anwendung des Verfahrens bei den Testmessungen

Messungen an LANCIA DEDRA 2.0 i. e.
1. Messungen während des Abschaltens bei unverändertem Motor von 900 rpm bis 0:
2. Messungen während des Abschaltens mit einem Stöpsel mit Loch in Zyl. 1:
Valmed = -2,362913
3. Messungen während des Abschaltens mit einem Stöpsel mit Loch in Zyl. 3:
Messungen an LANCIA DEDRA 2.0 i. e. TURBO
1. Messungen während des Abschaltens bei unverändertem Motor von 900 rpm bis 0:
Valmed = -2,201725
2. Messungen während des Abschaltens mit einem Stöpsel mit Loch in Zyl. 3:
Valmed = -2,28962 l

Testergebnisse

Fig. 3 zeigt die Kurven von Sondensignalen, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den verschiedenen Zylindern messen, die rein experimentell verwendet wurden, um die korrekte Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bei voranschreitendem Arbeitsablauf zur Kalibrierung der Nullpunktabweichung bei Leerlaufgeschwindigkeit zu überprüfen.
Ausgehend vom Ausgangswert (Schritt 0, durchgeführt mit zwei kalibrierten Einspritzdüsen mit Durchsätzen gleich dem nominalen Wert (Zyl. 1 und 4) und zwei Einspritzdüsen kalibriert auf -10%, bezogen auf den nominalen Durchsatzwert (Zyl. 2 und 3)) wurden die vier Zuführwerte spiegelgleich reduziert, um Bedingungen zu schaffen, die auf nachfolgende Veränderungen im Luft/Kraftstoff-Verhältnis empfindlicher reagieren.
Es sei bemerkt, dass die Kalibrierung auf jeden Fall dazu neigt, die Luft/Kraftstoff- Verhältniswerte einander annähe m zu lassen, um sie auf Niveaus zu bringen, die zum stöchiometrischen Verhältnis hin tendieren, wobei die Streuung zwischen den Zylindern nicht mehr als einen Luft/Kraftstoff-Punkt ausmacht, wie auch immer die Streuung der anfänglichen Gruppe von Einspritzdüsen I aussieht.
Fig. 2 zeigt die folgenden drei Größen, abgetastet über 35 Motorzyklen:
- das momentane Drehmoment Zylinder für Zylinder
- die jedem Zylinder zugeordneten Einspritzzeiten TJ
die momentane Umdrehungsgeschwindigkeit rpm des Motors M
in Bezug auf den letzten Kalibrierungsschritt.
Selbstverständlich können unter Beibehaltung des Prinzips der Erfindung Einzelheiten hinsichtlich Konstruktion und Ausführungsformen stark von den beschriebenen und dargestellten abweichen, ohne dabei vom Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie in den angeschlossenen Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Kalibrieren eines Einspritzsystems, das zu einem von einer elektronischen Verarbeitungseinheit (ECU) gesteuerten Verbrennungsmotor (M) gehört, wobei das Einspritzsystem eine Mehrzahl von Einspritzdüsen (I) zur Zuführung von Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Zylindern des Motors (M) aufweist und das Verfahren ermöglicht, dass die Verarbeitungseinheit (ECU) die Einspritzdüsen (I) derart betätigt, dass in Anwesenheit von Einspritzdüsen (I) mit unterschiedlichen Durchsätzen jeder Zylinder mit einer genau bekannten Menge an Kraftstoff beaufschlagt wird, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Betätigen des Motors (M) mit den mit identischen Öffnungszeiten betriebenen Einspritzdüsen (I),

- Detektieren eines von jedem Zylinder des Motors (M) gelieferten Drehmomentimpulses;

- Bestimmen des Durchsatzes jeder Einspritzdüse (I) auf Basis des detektierten Drehmomentimpulses,

- Speichern von Daten betreffend die Durchsätze der Einspritzdüsen (I) in einem Speicher der Verarbeitungseinheit (ECU),

- Verwenden der gespeicherten Daten betreffend die Durchsätze der Einspritzdüsen (I) während des Normalbetriebs der Motors (M) als Faktor zum Korrigieren der Öffiiungszeiten der Einspritzdüsen (I) zwecks Ausgleichens der unterschiedlichen Burchsätze der Einspritzdüsen (I);

dadurch gekennzeichnet, dass es auch den Schritt des Messens der Kompressionsdichtung jedes Zylinders und Ausgleichens der Drehmomentimpulsmessungen auf Basis der ermittelten Kompressionsdichtungen umfaßt;

wobei die Kompressionsdichtung jedes Zylinders durch Berechnung des Widerstandsdrehmomentwerts für jeden Zylinder als Durchschnitt einer Mehrzahl von Widerstandsdrehmomentwerten, die für jeden Zylinder ermittelt werden, nachdem der Motor (M) abgeschaltet worden ist und während die Motorgeschwindigkeit und die Motortemperatur innerhalb entsprechend vorbestimmter Bereiche liegen, ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsdrehmoment für jeden Zylinder in einer Freigabestufe gemessen wird, die auf einen Schritt folgt, in dem der Motor (M) beschleunigt wird und in dem der Motor (M) in Abwesenheit von Verbrennung langsamer wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Messungen durch Verarbeiten eines Signals, das die Winkelgeschwindigkeit einer Antriebswelle des Motors (M) anzeigt, erfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Betätigens des Motors (M) mit den mit identischen Öffnungszeiten betriebenen Einspritzdüsen (1) die folgenden Schritte umfasst:

- Betätigen des Motors (M) mit den mit langen Öffnungszeiten betriebenen Einspritzdüsen (I),

- Betätigen des Motors (M) mit den mit kurzen Öffiiungszeiten betriebenen Einspritzdüsen (I), und der Schritt des Ermittelns des Durchsatzes jeder Einspritzdüse (I) auf Basis des detektierten Drehmomentimpulses die folgenden Schritte umfasst:

- Messen der von jeder Einspritzdüse (I) für die langen Öffnungszeiten zugeführten Kraftstoffmenge und

- Messen der von jeder Einspritzdüse (I) für die kurzen Öffnungszeiten zugeführten Kraftstoffmenge.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Betätigens des Motors (M) mit den mit langen Öffnungszeiten betriebenen Einspritzdüsen (I) den Schritt des Beschleunigens des Motors (M) unbelastet unter maximaler Öffnung eines in den Ansaugleitungen angeordneten Ventils umfasst und der Schritt des Betätigens des Motors (M) mit den mit kurzen Öffnungszeiten betriebenen Einspritzdüsen (I) den Schritt des Betätigens des Motors (M) unbelastet mit Leerlaufgeschwindigkeit umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verwendens der gespeicherten Daten betreffend die Durchsätze den Schritt des Annäherns der von jeder Einspritzdüse (I) in Abhängigkeit von der Öffnungszeit zugeführten Krafistoffinenge durch eine Gerade, die in Abhängigkeit von der zugeführten Kraftstoffinenge gemessen für die langen Öffnungszeiten und von der zugeführten Kraftstoffmenge gemessen für die kurzen Öffnungszeiten ermittelt wird, umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentmessungen durch Analyse der Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle durchgeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Winkelgeschwindigkeit dieser Welle anzeigende Signal das Signal eines phonischen Rads (RF) ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz jeder Einspritzdüse (I) durch Erhöhen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in jedem Zylinder in aufeinanderfolgenden Schritten und Detektieren der ersten Fehlzündung gemessen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten betreffend die Durchsätze in einem Permanent-Lese- und Schreibspeicher gespeichert werden, der mit der Verarbeitungseinheit (ECU) in Verbindung steht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Voreinstellung, die Einstellung des Luftventils und die Einstellung betreffend eine Lambda-Sonde konstant bleiben.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen wiederholt werden, wenn während der Messungen ein elektrischer Benützer ein- oder ausgeschaltet wird.

13. Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor (M), umfassend ein elektronisches Steuerwerk (ECU), das zur Implementierung eines Kalibrierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgelegt ist.