EP1117930A1 - Verfahren zum elektronischen trimmen einer einspritzvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum elektronischen trimmen einer einspritzvorrichtung

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EP1117930A1
EP1117930A1 EP98955495A EP98955495A EP1117930A1 EP 1117930 A1 EP1117930 A1 EP 1117930A1 EP 98955495 A EP98955495 A EP 98955495A EP 98955495 A EP98955495 A EP 98955495A EP 1117930 A1 EP1117930 A1 EP 1117930A1
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EP
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control signal
injection pump
polynomial
influence
parameters
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Ficht GmbH and Co KG
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    • F02D41/2477—Methods of calibrating or learning characterised by the method used for learning

Definitions

  • the invention relates to a method for electronically minimizing to eliminating nominal power deviations (trimming) of a fluid injection device, in particular a fuel injection device, primarily a fuel injection device with a plurality of injection pumps of an internal combustion engine.
  • the control signal is calculated and generated in an electronic control module and passed on to the electronic and / or electrical devices of the injection device or the injection pump, where it receives the spray corresponding to the control signal, e.g. Fuel initiated and can be executed.
  • the generation of the control signal is complex and usually includes a special control strategy.
  • a large number of influencing variables are taken into account, which are related, for example, to engine operation, engine circumference, fuel type and / or fuel condition.
  • data are usually determined by means of sensors and supplied to the control module.
  • the engine speed, the crankshaft position, the engine coolant temperature, the engine exhaust pressure, the throttle position, the outside temperature, the air pressure or the like are detected at a specific point in time to the control module and processed or offset in the form of data in the control module.
  • the calculation results in a factor by which a control signal proportional to the quantity stored in the control module for the motor and corresponding to the nominal output of the motor is multiplied.
  • the individual injection pumps are divided into certain trim categories of similar deviations and an adjustment factor for the control signal is defined for each category.
  • the object of the invention is to provide a method for electronically trimming an injection device which enables a more precise injection pump-related adaptation of the control signal to the nominal injection power initiated by the control signal without complex structural measures relating to the injection pump.
  • injection pump type is essential.
  • An electromagnetically operated injection pump is used, which works on the energy storage principle and is described, for example, in WO 92/14925 and WO 93/18297.
  • the injection pumps used according to the invention can be structurally set up in such a way that their injection Characteristic follows a curve of at least third degree as closely as possible.
  • the spray characteristics of most known energy storage injection pumps inherently follow a curve of third or higher degree, so that these pumps do not require any structural changes.
  • These measures are so simple and only require such little effort that they are almost insignificant.
  • These measures also promote the usability of the full performance potential of the pumps and thus their efficiency both with regard to the delivery rate and with regard to the manufacturing effort for the respective application.
  • the spray characteristics of each individual manufactured injection pump are determined under normal conditions (for example at 20 ° C. and normal atmospheric pressure), measured values of the so-called flow curve or delivery characteristic being determined and processed in sufficient numbers, for example in the form of a signal duration / spray quantities Diagram.
  • the function is calculated from the measured values, which corresponds to the curve of the third or higher degree which can be determined from the measured values.
  • Y is the control signal duration to be determined and X is the amount of fluid to be sprayed.
  • the four parameters are stored electronically and, if necessary, linked to a serial number of the injection pump, electronically managed and represent the exact mathematical description of each point on the delivery characteristic of this individual injection pump. If necessary, the electronic control module of the electronic control system uses these parameters and calculates the switch-on time signal required for this individual pump in order to exactly achieve the requested injection quantity.
  • the four parameters are expediently marked in a manner known per se on or on the injection pump and accompany the injection pump until they are used and during their use.
  • the measurement of a delivery curve of the injection pump is expediently limited to a limited number of individual measurements for reasons of time.
  • each individual measurement can only be carried out with a finite accuracy, which results in the measurement points scattering around the actual curve shape in accordance with the deviation tolerance of the measuring device.
  • a mathematically performed determination of the polynomial curve not only interpolates between the measurement errors and reduces their size, but also automatically leads to a non-linear interpolation between the individual measurement points. According to the invention, this guarantees, with a minimum of effort, a maximum of achievable precision in the reproduction of the injection quantity by means of an electrical signal duration.
  • the parameters of each injection pump are transferred to a memory of the electronic control and assigned to the respective injection pump.
  • the engine is driven by a map in which the quantity of fuel to be injected or an engine-specific correction value proportional to it is stored as a function of speed, load and some other commonly used engine operating parameters.
  • the processor of the control system also calculates in particular in front of everyone Injection process for system-specific trimming an electrical control signal Y necessary for the injection pump in question.
  • an alternative method is provided according to the invention.
  • the delivery characteristics are recalculated once each time the engine is started and stored digitally in a latent memory. Reading out memory data requires far less power from the processor than complex arithmetic operations. Even if a high storage capacity for finely resolved characteristic curves is selected, the overall costs can be kept lower with this method due to the simpler processor.
  • an electronic engine control system usually also recognizes changing environmental influences relevant to engine operation, e.g. Temperature and pressure of the intake air and adjusts the injection quantity during the engine-specific correction to these conditions.
  • the corrections are usually carried out as a factor as a percentage change in the control variables entered in the map before they are passed on to the injection pump system.
  • the stored injection quantities or the quantities proportional to them are multiplied by a corresponding factor greater or less than 1 in order to adapt them to the current environmental conditions.
  • the delivery characteristic of which, under normal conditions, follows a curve of at least a third degree or approximately a curve of a third or higher degree it is also possible, surprisingly, to have some significant changing influences on the injection pump or on an injection equipped with several injection pumps - systems that influence the delivery rate of the injection pump, by correcting the control signal very precisely and without taking into account any special effort (system-specific trimming).
  • These influences are, for example, different temperatures in the fuel, different temperatures at the injection nozzle, different battery voltages, different driver output signals.
  • delivery characteristics are determined by measuring, for example, the delivery rate in some specific different states of an influence type and, for example, determining the four parameters of the respective corresponding third-degree curve. A factor is then mathematically determined for each parameter, which describes its individual change under the different states of the relevant type of influence. These factors are stored in the same way and made available to the control module.
  • ⁇ X and ⁇ Y values are determined and stored instead of the polynomial or curve parameters for the displacements of the conveying characteristic under certain different conditions of an influence type and made available to the control module. This procedure significantly reduces the storage data and the computing power to be provided.
  • control module which, for intermediate states, carries out a corresponding linear interpolation between either the parameters, if these are stored, or in the case that ⁇ X or ⁇ Y values are stored, between the stored ⁇ X and ⁇ Y Values.
  • ⁇ X and ⁇ Y values are used, an arithmetic operation is used for the control signal formation, after which the corresponding point on the normal conditions corresponds to the fuel quantity-proportional control signal value (engine-specific correction) that takes environmental influences into account Funding characteristic (Normal polynomial or normal characteristic curve), for example of the third degree of the injection pump, and then the ⁇ X value is assigned to the individualized injection pump trim correction by addition or subtraction, corresponding to a previously determined state of an influence.
  • the control module calculates the Y value of the third degree polynomial, which is shifted by the value ⁇ X.
  • the ⁇ X value is assigned by addition or subtraction, which results in a point which lies on a correspondingly two-dimensionally shifted, but coincidentally correct third-degree correction polynomial, which results in a signal duration which depends on the state of the type of influence is required for the required injection quantity of the individualized injection pump.
  • This state-corrected signal duration is determined by the simplest and fastest-performing operation for microprocessors, namely the addition or subtraction of two values.
  • the choice of the type of influence to be corrected is arbitrary, the respective correction being equally simple. According to the number of influencing variables to be corrected, a corresponding number of assignments can be made simultaneously.
  • each engine control is subjected to an electrical function test in which reactive loads are connected to the output channels instead of the injection pumps.
  • the current rise curve of a single current pulse is recorded on each channel and the integral below is mathematically formed. This integral corresponds to the electrical work performed. If the measured integral value deviates from a predefined target variable, a corresponding pair of addition or subtraction values is selected, assigned to the relevant output channel and stored in the control. Regardless of the later controlled injection element, each output channel receives the correction for its characteristic shortcoming or excess electrical work.
  • the amount of fuel delivered in a unit of time is, among other things, a result of the pressure difference between the pressure inside the nozzle of the injection pump and outside it, taking into account the flow resistance of the nozzle.
  • the control method according to the invention therefore provides a programmable threshold value in the engine map, from which no more fuel quantity corrections with regard to air temperature and air pressure are carried out. In order to achieve a smooth transition between the corrected and uncorrected map area, the correction values are interpolated to zero. This interpolation starts from a further programmable threshold value, which is above the former.
  • FIG. 1 shows a signal duration / injection quantity diagram with delivery characteristics of a specific injection pump
  • Fig. 2 is a signal duration / injection quantity diagram with delivery characteristics of a particular injection pump at different back pressures.
  • FIG. 3 schematically shows a control strategy operating according to the method according to the invention.
  • Fig. 1 the injection quantity V e is plotted on the abscissa and the signal duration ti is plotted on the ordinate.
  • a standard funding characteristic curve 1 is drawn in as a third degree curve, its parameters are indicated in box 2 (flow curve under normal conditions).
  • a correction curve 3 of the same shape is drawn in with a ⁇ X / ⁇ Y shift.
  • the third degree curve 3 is a flow curve or delivery characteristic of the injection pump in a specific state of a specific type of influence, possible types of influence being listed, for example, in box 4.
  • the fuel quantity proportional V e value S which has already been corrected for engine operation, is used, which results from the nominal value from the engine-specific correction.
  • the correction value is added .DELTA.X the injection operation correction.
  • the corresponding ⁇ X-shifted third-degree polynomial is calculated by the control module.
  • the correction value ⁇ Y is added to the injection pump operating correction and a point T 2 is determined which lies on the state-related X / Y-shifted third-degree 3 polynomial, the parameters of which are indicated in box 5.
  • the point T 2 lying on the polynomial 3 represents a corresponding state-related corrected time period of ti in ms for the injection of the required amount of fuel.
  • Fig. 2 illustrates the influence of a back pressure in the map diagram.
  • the polynomials of the third degree 6 to 10 are determined at correspondingly higher counterpressures.
  • the position of these polynomials gives rise to distortions which can be mathematically determined with F * X and ⁇ Y values, based on the standard polynomial 1.
  • a corresponding back pressure correction is carried out with the F * X and ⁇ Y values, which in turn only requires multiplication and addition or subtraction.
  • the described invention is not restricted to the examples given. Further types of influence can be determined, the third or higher degree polynomials shifted from the norm polynomial or correspondingly distorted third or higher polynomials higher degree.
  • the invention can also be implemented if only approximate third or higher degree polynomials result, because the simple correction method described can still be used.
  • the polynomials of a higher degree than a third degree are used whenever the measured values for the standard polynomial do not follow a third degree curve precisely enough. It has been shown that in this case the measured values generally correspond to a curve of a higher degree. In any case, within the scope of the invention, the higher degree curve can be determined which corresponds most precisely to the measured values.
  • a third-degree curve is preferably defined because fewer parameters need to be defined and stored in comparison to higher-degree curves.
  • FIG. 3 illustrates a control strategy according to the method according to the invention.
  • the outlined fields with the asterisk indicate multiplication and the outlined fields with the + sign indicate addition or subtraction.
  • the basic characteristic diagram fuel supplies a signal value that is proportional to the fuel quantity and that is multiplied by signal values of the engine-specific correction.
  • the engine-specific correction - as can be seen from the dashed field and the lined fields contained therein - e.g. a threshold load that takes air temperature and air pressure into account in the usual way.
  • the system-specific trimming for an injection pump is shown on the right-hand side of FIG. 3.
  • types of influence are shown in lined fields, on the basis of which the polynomial is corrected.
  • the position of the asterisk field and the position of the + fields in FIG. 3 with respect to the thick solid signal 1 cylinder line indicates when which correction for trimming is carried out.
  • the influence type "cylinder counterpressure" it follows that the multiplication is carried out in advance and the ⁇ Y value is only added or subtracted after the polynomial calculation.
  • Vertical, thin arrow lines indicate that the corresponding values can also be used for other cylinders if the relevant conditions are met.
  • control strategy shown in FIG. 3 can of course also provide a different order of addition and subtraction with regard to the types of influence, but it is essential that a signal value proportional to the fuel quantity is assumed, which already has the engine-specific corrections.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektronischen Trimmen mindestens einer Fluideinspritzpumpe, wobei von einem Steuermodul einer elektronischen Steuereinrichtung ein einspritzpumpenbetriebskorrigiertes Steuersignal und vorzugsweise auch ein motorbetriebskorrigiertes Steuersignal ermittelt und für die Betätigung der Fluideinspritzpumpe verwendet wird und wobei ferner eine nach dem Energiespeicherprinzip arbeitende Fluideinspritzpumpe verwendet wird, deren Förderkennlinie einem Polynom mindestens dritten Grades identisch oder zumindest weitgehend angenähert folgt und die Parameter bei vorbestimmten Normbedingungen für ein Normpolynom mindestens dritten Grades ermittelt, gespeichert und bei der Ermittlung der erforderlichen Fluideinspritzmenge verwendet werden.

Description

Verfahren zum elektronischen Trimmen einer Einspritzvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektronischen Minimieren bis Eliminieren von Nennleistungsabweichungen (Trimmen) einer Fluideinspritzvorrichtung, insbesondere einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, vornehmlich einer Kraftstoffeinspritzvor- richtung mit mehreren Einspritzpumpen eines Verbrennungsmotors.
Zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ist es bekannt, ein Steuersignal zu erzeugen, das eine Einspritzpumpe veranlaßt, zu einem bestimmten Zeitpunkt und innerhalb einer bestimmten Zeitdauer möglichst genau die Kraftstoffmenge in einen Motorzylinder einzuspritzen, die der Motor braucht, um eine geforderte, vorbestimmte Arbeitsleistung zu erbringen.
Das Steuersignal wird in einem elektronischen Steuermodul errechnet und erzeugt und an die elektronischen und/oder elektrischen Einrichtungen der Einspritzvorrichtung bzw. der Einspritzpumpe weitergeleitet, wo es die dem Steuersignal entsprechende Abspritzung von z.B. Kraftstoff initiiert und ausführen läßt.
Die Erzeugung des Steuersignals ist komplex und beinhaltet in der Regel eine besondere Steuerstrategie. Berücksichtigt werden eine Vielzahl von Einflußgrößen, die z.B. motorbetriebsbezogen, motorumfeidbezogen, kraftstoffartbezogen und/oder kraftstoff- zustandbezogen sind. Für diese Einflußgrößen werden Daten meist mittels Sensoren ermittelt und an das Steuermodul geliefert . Z.B. wird die Motordrehzahl, die Kurbelwellenposition, die Motorkühlmitteltemperatur, der Motorabgasdruck, die Drosselposition, die Außentemperatur, der Luftdruck oder dergleichen zu einem bestimmten Zeitpunkt detektiert, dem Steuermodul zugeführt und in Form von Daten im Steuermodul verarbeitet bzw. verrechnet. Die Verrechnung ergibt einen Faktor, mit dem ein im Steuermodul für den Motor abgelegtes, der Nennleistung des Motors entsprechendes mengenproportionales Steuersignal multipliziert wird.
Bekannt ist zudem, daß auch z.B. die Konstruktion, der Betriebszustand und die Betriebsbedingungen der Einspritzpumpen den Zeitpunkt und die Dauer der Abspritzung erheblich beeinflussen, wobei insbesondere auch Einspritzpumpen identischer Bauart unterschiedliche Leistungen erbringen und ein unterschiedliches Abspritzverhalten aufweisen.
Bekannte Lösungen für dieses Problem werden in der DE 195 20 037 AI beschrieben, wobei als weitere neue Lösung angedeutet wird, die Abspritzcharakteristik jeder Einspritzpumpe einzeln festzustellen durch Messung des Abspritzverhaltens bei einer Vielzahl von Betriebsbedingungen und Betriebszuständen und Anpassung des Steuersignals auf der Basis der gemessenen Daten.
Zur Konkretisierung dieser Idee werden die einzelnen Einspritzpumpen in bestimmte Trimm-Kategorien ähnlicher Abweichungen eingeteilt und für jede Kategorie ein Abgleichfaktor für das Steuersignal festgelegt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß derart festgelegte kate- gorisierte Trimmfaktoren durch die Einspritzpumpe verursachte Abweichungen von der Nennleistung nicht ausreichend reduzieren.
Bei der Konstruktion von Einspritzpumpen ist man bestrebt z.B. die Größe und Art der Bauteile und die Raumform derart auszuwählen, daß die Einspritzpumpe ein lineares Abspritzverhalten bezüglich unterschiedlicher Abspritzmengen und Abspritzzeiten aufweist, die den unterschiedlichen Nennleistungen eines Motors entsprechen, so daß der jeweilige Steuersignalanpassungsfaktor einfach ermittelbar ist. Geringe erforderliche Kraftstof mengen werden bei entsprechend geringer Zeitdauer und größere bzw. große Mengen bei entsprechend größerer bzw. großer Zeitdauer abgespritzt, wobei das Abspritzmengen/Abspritzdauer-Verhältnis in einem Diagramm einer Geraden entsprechen soll.
Dieses Bestreben der Linearisierung der Durchflußcharakteristik erfordert in der Regel eine Überdimensionierung der Bauteile und/oder die Verwendung relativ teurer Funktionsteile. Zudem erfordert die überdimensionierte Bauart erheblich mehr elektrische Betriebsenergie .
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum elektronischen Trimmen einer Einspritzvorrichtung zu schaffen, das ohne aufwendige bauliche Maßnahmen bezüglich der Einspritzpumpe eine genauere einspritzpumpenbedingte Anpassung des Steuersignals an die durch das Steuersignal initiierte Abspritznennleistung ermöglicht .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Wesentlich ist die Auswahl des Einspritzpumpentyps. Verwendet wird eine elektromagnetisch betriebene Einspritzpumpe, die nach dem Energiespeicherprinzip arbeitet und beispielsweise in der WO 92/14925 und der WO 93/18297 beschrieben wird.
Derartige Einspritzpumpen arbeiten systembedingt grundsätzlich nicht linear, weshalb deren Auswahl nicht ohne weiteres nahelag. Es ist zwar nicht unmöglich, durch bauliche Maßnahmen eine lineare Abspritzcharakteristik zu gewährleisten, jedoch würden die oben beschriebenen nachteiligen Maßnahmen in besonders übertriebenem Maße im Vergleich zu anderen Einspritzpumpentypen erforderlich.
Die erfindungsgemäß verwendeten Einspritzpumpen, die im folgenden auch als Energiespeichereinspritzpumpen bezeichnet werden, können baulich derart eingerichtet werden, daß ihre Einspritz- Charakteristik möglichst genau einer Kurve mindestens dritten Grades folgt. Die Abspritzcharakteristik der meisten bekannten Energiespeichereinspritzpumpen folgt systembedingt von Hause aus angenähert einer Kurve dritten oder höheren Grades, so daß diese Pumpen keine bauliche Veränderung benötigen. In den Fällen, in denen eine bauliche Veränderung anzustreben ist, reicht es in der Regel z.B. aus, die Beschleunigungsstrecke des Ankers der Pumpe für die Speicherung der kinetischen Energie zu verlängern oder zu verkürzen und/oder das Sättigungsverhalten des Elektromagneten des elektromagnetischen Antriebs der Einspritzpumpe anzupassen. Diese Maßnahmen sind derart einfach und erfordern lediglich einen derart geringen Aufwand, daß sie fast nicht ins Gewicht fallen. Diese Maßnahmen begünstigen außerdem die Nutzbarkeit des vollen Leistungspotentials der Pumpen und somit deren Wirkungsgrad sowohl bezüglich der Förderleistung als auch bezüglich des Herstellungsaufwandes für die jeweilige Anwendung.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abspritz- Charakteristik jeder einzelnen fabrizierten Einspritzpumpe unter Normalbedingungen (z.B. bei 20 °C und Normalatmosphärendruck) festgestellt, wobei Meßwerte der sogenannten Durchflußkurve oder Förderkennlinie in einer ausreichenden Anzahl ermittelt und verarbeitet werden, z.B. in Form eines Signaldauer/Abspritzmengen-Diagramms. Aus den Meßwerten wird die Funktion errechnet, die der aus den Meßwerten bestimmbaren Kurve dritten oder höheren Grades entspricht. Die Funktion für die Kurve dritten Grades, die bekanntlich allgemein lautet: Y = A + B-,X + B2X2 + B3X3, enthält die Parameter A, Bl r B2, B3, mit denen die individuelle Kurve dritten Grades der mit den Parametern individuell erfaßten Einspritzpumpe eindeutig festgelegt ist. Dabei ist Y die zu ermittelnde Steuersignaldauer und X die abzuspritzende Fluidmen- ge.
Die vier Parameter werden elektronisch gespeichert und gegebenenfalls z.B. mit einer Seriennummer der Einspritzpumpe verknüpft, elektronisch verwaltet und repräsentieren die exakte mathematische Beschreibung eines jeden Punktes auf der Förder- kennlinie dieser individuellen Einspritzpumpe. Das elektronische Steuermodul der elektronischen Steueranlage bedient sich im Bedarfsfall dieser Parameter und errechnet das für diese individuelle Pumpe nötige Einschaltdauersignal zur exakten Erzielung des jeweils angeforderten Einspritzmenge.
Zweckmäßigerweise werden die vier Parameter in an sich bekannter Weise auf oder an der Einspritzpumpe erfaßbar markiert und begleiten die Einspritzpumpe bis zu ihrer Verwendung und bei ihrer Verwendung .
Die Messung eines Förderverlaufs der Einspritzpumpe wird zweckmäßigerweise aus Zeitgründen auf eine begrenzte Anzahl von Einzelmessungen beschränkt. Jede Einzelmessung kann jedoch nur mit einer endlichen Genauigkeit durchgeführt werden, woraus resultiert, daß die Meßpunkte entsprechend der Abweichungstoleranz des Meßgerätes um den tatsächlichen Kurvenverlauf herum streuen. Eine mathematisch durchgeführte Bestimmung des Polynomverlaufs interpoliert nicht nur zwischen den Meßfehlern und verringert deren Größe sondern sie führt auch automatisch zu einer nicht- linearen Interpolation zwischen den einzelnen Meßpunkten. Dies garantiert nach der Erfindung bei einem Minimum an Aufwand ein Maximum an erzielbarer Präzision bei der Reproduktion der Einspritzmenge mittels einer elektrischen Signaldauer.
Bei der Montage von Einspritzpumpen, z.B. an einem Motor werden die Parameter einer jeden Einspritzpumpe in einen Speicher der elektronischen Steuerung übertragen und der jeweiligen Einspritzpumpe zugeordnet.
Der Motor wird wie üblich von einem Kennfeld gefahren, in welchem als Funktion von Drehzahl, Last und einiger weiterer üblicherweise verwendeter motorbetriebsseitiger Größen die einzuspritzende Kraftstoffmenge bzw. ein hierzu proportionaler motorspezifischer Korrekturwert gespeichert ist. Zur präziseren Erzielung der jeweiligen programmierten Nenn-Einspritzmenge errechnet der Prozessor der Steuerung zudem insbesondere vor jedem Einspritzvorgang für das systemspezifische Trimmern ein für die betreffende Einspritzpumpe notwendiges elektrisches Ansteuersi- gnal Y. Hierzu wird die gewünschte Kraftstoffmenge X nach der Gleichung Y = A + B±X + B2X2 + B3X3 sowie die Zahlenwerte für die Parameter A, B1 , B2 und B3 der entsprechenden Einspritzpumpe verwertet .
Um die notwendige Rechengeschwindigkeit des Prozessors klein zu halten, ist nach der Erfindung ein alternatives Verfahren vorgesehen. Hierbei werden die Förderkennlinien bei jedem Start des Motors einmalig neu errechnet und digital in einem latenten Speicher abgelegt. Das Auslesen von Speicherdaten erfordert weit weniger Leistung vom Prozessor als komplexe Rechenoperationen. Selbst wenn eine hohe Speicherkapazität für feinst aufgelöste Kennlinien gewählt wird, können bei diesen Verfahren die Gesamt- kosten durch den einfacheren Prozessor geringer gehalten werden.
Wie oben bereits beschrieben, erkennt eine elektronische Motorsteuerung üblicherweise auch für den Motorbetrieb relevante wechselnde Umwelteinflüsse wie z.B. Temperatur und Druck der angesaugten Luft und paßt die Einspritzmenge bei der motorspezifischen Korrektur diesen Verhältnissen an. Üblicherweise werden die Korrekturen faktormäßig als prozentuale Änderung der im Kennfeld eingetragenen Steuergrößen vorgenommen, bevor diese zum Einspritzpumpensystem weitergeleitet werden. Für die Einflüsse, welche auf den Motor und seinen Arbeitsprozeß direkt einwirken, werden daher die gespeicherten Einspritzmengen bzw. die dazu proportionalen Größen mit einem entsprechenden Faktor größer oder kleiner als 1 multipliziert, um sie den aktuellen Umweltbedingungen anzupassen.
Durch die Verwendung einer Energiespeichereinspritzpumpe, deren Förderkennlinie unter Normalbedingungen einer Kurve mindestens dritten Grades bzw. angenähert einer Kurve dritten oder höheren Grades folgt, ist es in überraschender Weise auch möglich, einige wesentliche wechselnde Einflüsse auf die Einspritzpumpe bzw. auf eine mit mehreren Einspritzpumpen ausgerüstete Einspritz- anläge, die die Fördermenge der Einspritzpumpe beeinflussen, durch Korrektur des Steuersignals sehr genau und ohne besonderen Aufwand zu berücksichtigen (systemspezifisches Trimmen) . Diese Einflüsse sind z.B. unterschiedliche Temperaturen im Kraftstoff, unterschiedliche Temperaturen an der Einspritzdüse, unterschiedliche Batteriespannungen, unterschiedliche Treiberausgangssignale.
Es konnte in überraschender Weise festgestellt werden, daß die meisten relevanten Einflüsse lediglich eine Verschiebung der einer Kurve dritten oder höheren Grades entsprechenden Normal- Förderkennlinie verursachen, ohne daß die Kennlinie selbst in ihrer individuellen Form verändert wird. Die jeweilige auf einem relevanten Einfluß beruhende Verschiebung der Förderkennlinie verläuft zweidimensional, nämlich in X- und Y-Richtung, was zur Folge hat, daß eine übliche Korrektur mit nur einem Faktor nicht möglich ist . Vielmehr erfolgt dieses erfindungsgemäße systemspezifische Trimmen mit zwei Rechenwerten pro Einflußart, woraus in überraschender Weise eine hohe Trimmgenauigkeit resultiert.
Nach der Erfindung werden wie bei der Ermittlung der Normförderkennlinie unter Normalbedingungen Förderkennlinien durch Messen z.B. der Fördermenge bei einigen bestimmten unterschiedlichen Zuständen einer Einflußart ermittelt und z.B. die vier Parameter der jeweiligen entsprechenden Kurve dritten Grades festgelegt. Mathematisch wird sodann ein Faktor für jeden Parameter bestimmt, welcher dessen individuelle Veränderung unter den unterschiedlichen Zuständen der betreffenden Einflußart beschreibt. Diese Faktoren werden in gleicher Weise gespeichert und dem Steuermodul zur Verfügung gestellt . Beispielsweise werden in diesem Zusammenhang Förderkennlinien und deren einer Kurve dritten Grades entsprechenden Parameter für bestimmte unterschiedliche Temperaturen (Zustände) der Düsentemperatur (Einflußart) , bestimmte unterschiedliche Spannungen (Zustände) der Versorgungsspannung (Einflußart) , bestimmte unterschiedliche Stromverläufe (Zustände) der Treiberausgangssignale (Einflußart) , bestimmte unterschiedliche Temperaturen (Zustände) der Kraftstoff- temperatur (Einflußart) , bestimmte unterschiedliche Dichtwerte (Zustände) der Kraftstoffdichte (Einflußart) ermittelt.
Nach einer vereinfachten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für die Verschiebungen der Förderkennlinie bei bestimmten unterschiedlichen Zuständen einer Einflußart ΔX- und ΔY-Werte anstelle der Polynom- bzw. Kurven-Parameter festgestellt und gespeichert und dem Steuermodul zur Verfügung gestellt. Diese Verfahrensweise reduziert die Speicherdaten und die zu erbringende Rechenleistung in erheblichem Umfang.
In beiden Fällen wird eine Rechenoperation im Steuermodul vorgesehen, die für Zwischenzustände eine entsprechende lineare Interpolation vornimmt zwischen entweder den Parametern, falls diese abgelegt sind, oder für den Fall, daß ΔX- oder ΔY-Werte abgelegt sind, zwischen den abgelegten ΔX- und ΔY-Werten.
Die erfindungsgemäße Auswahl einer Kurve dritten oder höheren Grades für die Förderkennlinie einer Einspritzpumpe hat in überraschender Weise zur Folge, daß die meisten Einflußgrößen bzw. Einflußarten sich ebenfalls entsprechend einer X-Y-verschobenen Kurve dritten bzw. höheren Grades verhalten. Bei linearisierten Einspritzelementen kann zwar die Linearisierung für die Normkenngeraden erreicht werden, die unterschiedlichen Einflußarten bewirken aber keine Parallelverschiebung oder anderweitig leicht erfaßbare Verschiebung der Geraden; sie weisen vielmehr verschiedenartige Kurvenformen auf, so daß deren Erfassung und Verwendung einen sehr großen elektronischen Aufwand für Korrekturwerte erfordert .
Nach einer weiteren besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung wird im Falle der Verwendung von abgelegten ΔX- und ΔY-Werten eine Rechenoperation für die Steuersignalbildung verwendet, wonach zunächst zum für den Motorbetrieb relevanten, Umwelteinflüsse berücksichtigenden kraftstoffmengenproportionalen Steuersignalwert (motorspezifische Korrektur) der entsprechende Punkt auf der Normalbedingungen entsprechenden Förderkennlinie (Normalpolynom bzw. Normalkennlinie) z.B. dritten Grades der Einspritzpumpe festgestellt und anschließend der ΔX-Wert der individualisierten, einem vorher festgestellten Zustand einer Einflußart entsprechenden Einspritzpumpen-Trimmkorrektur durch Addition oder Subtraktion zugeordnet wird. Mit dem derart gewonnenen Steuersignalwert X wird vom Steuermodul der Y-Wert des Polynoms dritten Grades errechnet, welches um den Wert ΔX verschoben ist. Danach wird der ΔX-Wert durch Addition oder Subtraktion zugeordnet, wodurch sich ein Punkt ergibt, der auf einem entsprechend zweidimensional verschobenen, aber im Verlauf deckungsgleichen Korrekturpolynom dritten Grades liegt, wobei sich aus diesem Punkt eine Signaldauer ergibt, welche unter dem betreffenden Zustand der Einflußart für die geforderte Einspritzmenge der individualisierten Einspritzpumpe erforderlich ist .
Die Ermittlung dieser zustandskorrigierten Signaldauer erfolgt durch die für Microprozessoren einfachste und schnellst zu vollziehende Operation, nämlich die Addition bzw. Subtraktion zweier Werte. Die Wahl der zu korrigierenden Einflußart ist beliebig, wobei die jeweilige Korrektur gleichermaßen einfach ist. Es können entsprechend der Anzahl der zu korrigierenden Einflußgrößen entsprechend viele Zuordnungen gleichzeitig vorgenommen werden .
Zweckmäßigerweise ist auch vorgesehen, die Toleranzen, die zwangsläufig bei der Herstellung der elektrischen Leistungsendstufe auftreten, zu korrigieren. Es handelt sich dabei zwar nicht um eine Größe, die bei geänderten Umweltbedingungen variiert; aber ihr Einfluß auf die Förderkennlinie hat - wie in überraschender Weise festgestellt werden konnte - auch zweidimensional verschiebenden Effekt auf das Normpolynom und läßt sich daher durch ein Wertepaar ΔX und ΔY ebenfalls wie oben beschrieben korrigieren.
Die Vorgehensweise zur Ermittlung und Speicherung dieser Korrekturgröße ist wie folgt : Jede Motorsteuerung wird nach Fertigstellung einem elektrischen Funktionstest unterzogen, bei welchem Blindlasten anstelle der Einspritzpumpen an die Ausgangskanäle angeschlossen werden. Die Stromanstiegskurve eines einzelnen Strompulses wird an jedem Kanal aufgezeichnet und mathematisch das Integral darunter gebildet . Dieses Integral entspricht der verrichteten elektrischen Arbeit. Weicht der gemessene Integralwert von einer vorgegebenen Soll-Größe ab, so wird ein entsprechendes Additions- bzw. Subtraktionswertepaar gewählt, dem betreffenden Ausgangskanal zugeordnet und in der Steuerung abgespeichert . Unabhängig vom späteren angesteuerten Einspritzelement bekommt so jeder Aus- gangskanal die Korrektur für sein charakteristisches Manko bzw. seinen Überschuß an elektrischer Arbeit.
Die geförderte Kraftstoffmenge in einer Zeiteinheit ist unter anderem ein Ergebnis der Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb der Düse der Einspritzpumpe und außerhalb derselben unter Berücksichtigung des Durchflußwiderstandes der Düse. Das bedeutet, daß vor allem bei Direkteinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eine Abhängigkeit der geförderten K- raftstoffmenge vom Gegendruck bzw. der Stellung des Motorkolbens vor dem oberen Totpunkt zum Zeitpunkt der Einspritzung besteht. Diese Abhängigkeit ist besonders stark zu verzeichnen, wenn, wie bei den erfindungsgemäß ausgewählten Energiespeichereinspritzpumpen der Fall, die Förderleistung auf einem Kräfteverhältnis zwischen Magnetkraft auf den Pumpkolben und allen dagegen stehenden Kräften basiert. Für eine gut kontrollierbare Direkteinspritzung wird erfindungsgemäß daher auch eine Kompensation des im Brennraum herrschenden Druckes vorgenommen.
Es hat sich gezeigt, daß bei den erfindungsgemäß verwendeten Einspritzpumpen bei unterschiedlichen Gegendrücken mit zunehmendem Gegendruck eine Verzerrung der Förderkennlinie zu geringeren Fδrdermengen bei gleichzeitiger Verschiebung zu größeren Steuersignalzeitwerten auftritt. Dieser Effekt läßt sich mathematisch beschreiben durch eine Multiplikation des Abszissenwertes mit einem entsprechenden Faktor und einer Addition zum Oridinaten- wert. Hierbei ist es in überraschender Weise wiederum nicht notwendig, die bei einem Normzustand aufgenommenen Parameterwerte für die Einspritzpumpe zu verändern. Die Multiplikation des Abszissenwertes wird von der Polynomkalkulation vollzogen und die Addition auf der Ordinate erfolgt danach.
Handelt es sich bei der Anwendung der Einspritzanlage um einen direkt eingespritzten Motor, so liegt meist auch der Fall einer Auslegung für ungedrosselten oder zumindest in der Teillast wenig gedrosselten Betrieb vor. Ein Vorteil ungedrosselter bzw. wenig gedrosselter Motoren ist die weitestgehende Unabhängigkeit der Gemischbildung von Umwelteinflüssen im Teillastbetrieb. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren sieht daher einen programmierbaren Schwellwert im Motorkennfeld vor, ab welchem keine Kraftstoffmengenkorrekturen mehr bezüglich Lufttemperatur und Luftdruck durchgeführt werden. Um einen sanften Übergang zwischen korrigiertem und nicht korrigiertem Kennfeldbereich zu erzielen, ist eine Interpolation der Korrekturwerte zu Null vorgesehen. Diese Interpolation beginnt ab einem weiteren programmierbaren Schwellwert, der oberhald des ersteren liegt.
Aus der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erkennbar. Es zeigen:
Fig. 1 ein Signaldauer/Einspritzmengen-Diagramm mit Förderkennlinien einer bestimmten Einspritzpumpe;
Fig. 2 ein Signaldauer/Einspritzmengen-Diagramm mit Förderkennlinien einer bestimmten Einspritzpumpe bei unterschiedlichen Gegendrücken.
Fig. 3 schematisch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Steuerstrategie.
In Fig. 1 ist auf der Abszisse die Einspritzmenge Ve und auf der Ordinate die Signaldauer ti abgetragen. Eingezeichnet ist eine Normförderkennlinie 1 als Kurve dritten Grades, deren Parameter im Kasten 2 angedeutet sind (Durchflußkurve unter Normalbedingungen) . Oberhalb der Kurve 1 ist eine Korrekturkurve 3 gleicher Form mit einer ΔX/ΔY-Verschiebung eingezeichnet . Die Kurve 3 dritten Grades ist eine Durchflußkurve bzw. Förderkennlinie der Einspritzpumpe bei einem bestimmten Zustand einer bestimmten Einflußart, wobei mögliche Einflußarten beispielsweise im Kasten 4 aufgeführt sind. Zur erfindungsgemäßen Korrektur wird vom bereits motorbetriebskorrigierten kraftstoffmengenproportionalen Ve-Wert S ausgegangen, der sich, ausgehend von einem Nennwert aus der motorspezifischen Korrektur ergibt. Zu dem auf dem Normpolynom 1 liegenden, zum Ve-Wert S gehörenden Punkt Υ1 wird der Korrekturwert ΔX der Einspritzpumpenbetriebskorrektur addiert. Für die daraus resultierenden Koordinaten des Punktes P im Diagramm wird das entsprechende ΔX-verschobene Polynom dritten Grades vom Steuermodul errechnet . Anschließend wird der Korrekturwert ΔY der Einspritzpumpenbetriebskorrektur zuaddiert und ein Punkt T2 ermittelt, der auf dem zustandsbezogenen X/Y-verschobenen Polynom dritten Grades 3 liegt, dessen Parameter im Kasten 5 angedeutet sind. Der auf dem Polynom 3 liegende Punkt T2 repräsentiert eine entsprechende zustandsbezogene korrigierte Zeitdauer von ti in ms zur Abspritzung der erforderlichen Kraftstoffmenge .
Fig. 2 verdeutlicht den Einfluß eines Gegendrucks im Kennfelddiagramm. Ausgehend von dem Normpolynom 1 dritten Grades, aufgenommen bei atmosphärischem Gegendruck, werden die Polynome dritten Grades 6 bis 10 bei entsprechend höheren Gegendrücken festgelegt. Aus der Lage dieser Polynome ergeben sich Verzerrungen, die mit F*X- und ΔY-Werten, bezogen auf das Normpolynom 1 mathematisch exakt erfaßt werden können. Mit den F*X- und ΔY-Werten wird eine entsprechende Gegendruckkorrektur vorgenommen, die wiederum lediglich jeweils eine Multiplikation und eine Addition oder Subtraktion erfordert.
Die beschriebene Erfindung ist nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt. Es können weitere Einflußarten festgestellt werden, die vom Normpolynom verschobene Polynome dritten oder höheren Grades oder entsprechend verzerrte Polynome dritten oder höheren Grades ergeben. Die Erfindung kann auch verwirklicht werden, wenn lediglich angenäherte Polynome dritten oder höheren Grades sich ergeben, weil dann immer noch das beschriebene einfache Korrekturverfahren anwendbar ist .
Die Polynome höheren Grades als dritten Grades werden immer dann verwendet, wenn die Meßwerte für das Normpolynom nicht genau genug einer Kurve dritten Grades folgen. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall die Meßwerte in der Regel einer Kurve höheren Grades entsprechen. In jedem Fall kann im Rahmen der Erfindung die Kurve höheren Grades ermittelt werden, die den Meßwerten am genauesten entspricht . Vorzugsweise wird eine Kurve dritten Grades festgelegt, weil im Vergleich zu Kurven höheren Grades weniger Parameter festgelegt und gespeichert werden müssen.
Fig. 3 verdeutlicht eine Steuerstrategie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die umrandeten Felder mit dem Sternchen deuten eine Multiplikation und die umrandeten Felder mit dem +- Zeichen deuten eine Addition oder Subtraktion an. Auf der linken Seite der Fig. 3 ist erkennbar, daß das Basiskennfeld Kraftstoff einen kraftstoffmengenproportionalen Signalwert liefert, der mit Signalwerten der motorspezifischen Korrektur multipliziert wird. Bei der motorspezifischen Korrektur wird - wie sich aus dem strichlinierten Feld und den darin enthaltenen linierten Feldern ergibt - z.B. eine Schwelllast, die Lufttemperatur und der Luftdruck in üblicher Weise berücksichtigt.
Auf der rechten Seite der Fig. 3 ist das systemspezifische Trimmen für eine Einspritzpumpe dargestellt. Im strichlinierten Feld sind Einflußarten in linierten Feldern angeführt, aufgrund derer das Polynom korrigiert wird. Die Lage des Sternchenfeldes und die Lage der +-Felder in Fig. 3 bezüglich der dick ausgezogenen Signaldauerzylinder-1-Linie deutet an, wann welche Korrektur zum Trimmen vorgenommen wird. Beispielsweise ergibt sich bezüglich der Einflußart "Zylindergegendruck", daß vorab die Multiplikation durchgeführt wird und erst nach der Polynomberechnung der ΔY-Wert addiert oder subtrahiert wird. Mit vertikalen dünnen Pfeillinien wird angedeutet, daß die entsprechenden Werte bei entsprechender Voraussetzung auch für weitere Zylinder verwendbar sind.
Die in Fig. 3 abgebildete Steuerstrategie kann selbstverständlich auch eine andere Reihenfolge der Addition und Subtraktion bezüglich der Einflußarten vorsehen, wesentlich aber ist, daß von einem kraftstoffmengenproportionalen Signalwert ausgegangen wird, der die motorspezifischen Korrekturen bereits aufweist.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum elektronischen Trimmen mindestens einer Fluideinspritzpumpe, wobei von einem Steuermodul einer elektronischen Steuereinrichtung ein einsprit zpumpenbe- triebskorrigiertes Steuersignal und vorzugsweise auch ein motorbetriebskorrigiertes Steuersignal ermittelt und für die Betätigung der Fluideinspritzpumpe verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) eine nach dem Energiespeicherprinzip arbeitende Fluideinspritzpumpe verwendet wird, deren Förderkennlinie einem Polynom mindestens dritten Grades identisch oder zumindest weitgehend angenähert folgt; b) die Parameter bei vorbestimmten Normbedingungen für ein Normpolynom mindestens dritten Grades ermittelt, gespeichert und bei der Ermittlung der erforderlichen Fluideinspritzmenge verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens ein weiteres X-Y-verschobenes, formgleiches Korrekturpolynom mindestens dritten Grades einer bestimmten, auf die Fluideinspritzpumpe wirkenden Einflußart ermittelt und dessen Parameter gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vom
Steuermodul zunächst in üblicher Weise ein motorbetriebskorrigiertes, fluidmengenproportionales Steuersignal errechnet wird und diesem Steuersignal mindestens zwei Steuerwerte einer Einflußart durch Addition oder Subtraktion zugeordnet werden, die vom Steuermodul aus den Parametern des Normpolynoms und des Korrekturpolynoms errechnet wer- den, woraus ein korrigiertes fluidmengenproportionales Steuersignal resultiert.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem motorbetriebskorrigierten, fluidmengenproportionalen Steuersignal ein Steuerwert einer Einflußart durch Multiplikation und ein weiterer Steuerwert dieser Einflußart durch Addition oder Subtraktion zugeordnet werden, die vom Steuermodul aus den Parametern des Normpolynoms und des Korrekturpolynoms errechnet werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für das korrigierte Steuersignal vom Steuermodul ein Zeitdauersteuersignal ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das
Zeitdauersteuersignal für die Betätigung der Fluideinspritzpumpe verwendet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zunächst die ΔX-Werte der Einflußarten und anschließend nach Berechnung der Polynome die ΔY-Werten dieser Einflußarten bei der Erzeugung des Steuersignals verwendet werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei der Ermittlung der Normförderkennlinie unter Normalbedingungen Förderkennlinien durch Messen der Fördermenge bei einigen bestimmten unterschiedlichen Zuständen einer Einflußart ermittelt und die Parameter der jeweiligen entsprechenden Kurve festgelegt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Verschiebungen der Förderkennlinie bei bestimmten unterschiedlichen Zuständen einer Einflußart ΔX- und ΔY-Werte anstelle der Polynomparameter festgestellt und gespeichert werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Rechenoperation im Steuermodul durchgeführt wird, die für Zwischenzustände eine entsprechende lineare Interpolation vornimmt zwischen entweder den Parametern, falls diese abgelegt sind, oder für den Fall, daß ΔX- oder ΔY-Werte abgelegt sind, zwischen den abgelegten ΔX- und ΔY-Werten.
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