EP1117930B1 - Verfahren zum elektronischen trimmen einer einspritzvorrichtung - Google Patents

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EP1117930B1
EP1117930B1 EP98955495A EP98955495A EP1117930B1 EP 1117930 B1 EP1117930 B1 EP 1117930B1 EP 98955495 A EP98955495 A EP 98955495A EP 98955495 A EP98955495 A EP 98955495A EP 1117930 B1 EP1117930 B1 EP 1117930B1
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EP
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polynomial
control signal
injection pump
values
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Wolfram Hellmich
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Bombardier Motor Corp of America
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Definitions

  • the invention relates to a method for electronic minimization until eliminating nominal power deviations (trimming) a fluid injection device, in particular a fuel injection device, primarily a fuel injector with several injection pumps of an internal combustion engine.
  • the control signal is calculated in an electronic control module and generated and sent to the electronic and / or electrical Devices of the injection device or the injection pump forwarded where it corresponds to the control signal Ejection of e.g. Fuel initiated and can run.
  • the generation of the control signal is complex and includes in usually a special tax strategy. Be taken into account a variety of influencing factors, e.g. engine operation based, related to the engine environment, fuel type and / or fuel condition are. Data are usually used for these influencing factors determined by sensors and delivered to the control module. For example, the engine speed, the crankshaft position, the engine coolant temperature, the engine exhaust pressure, the throttle position, the outside temperature, air pressure, or the like detected at a certain point in time, fed to the control module and processed or offset in the form of data in the control module, The calculation results in a factor with which a in the control module for the engine, the nominal power of the engine corresponding control signal proportional to the quantity multiplied becomes.
  • influencing factors e.g. engine operation based, related to the engine environment, fuel type and / or fuel condition are.
  • Data are usually used for these influencing factors determined by sensors and delivered to the control module. For example, the engine speed, the crankshaft position, the engine coolant temperature, the engine exhaust
  • the individual injection pumps are used to substantiate this idea into certain trim categories of similar deviations divided and a matching factor for each category Control signal set.
  • EP 391 573 A2 becomes a method and a device for the so-called "closed-loop" injection quantity control method in which the relationship between the basic injection pulse width and injection quantity based on an experimentally determined Polynomial is calculated.
  • a piston displacement of the pump by means of sensors converted into a signal which is the amount of fuel injected represents.
  • This signal is used as a feedback signal for a "closed loop PID" which uses the injected amount compared with the required amount and for the next injection an adapted drive pulse for the injector delivers the error size of the hosed amount compared to the amount needed.
  • a disadvantage of this type of injection control is that the change in the delivery rate of the injection system only on the Let the injection process follow that follows the injection process, at which the error was found.
  • the object of the invention is a method for electronic Trimming an injector to create that without consuming constructional measures regarding the injection pump more precise adjustment of the control signal due to the injection pump the nominal injection power initiated by the control signal enables.
  • injection pump type is essential. used becomes an electromagnetically operated injection pump, which according to the energy storage principle works and for example in the WO 92/14925 and WO 93/18297.
  • the injection pumps used according to the invention can be structurally set up so that their injection characteristics as close as possible to at least a third curve Degrees follows.
  • the spray characteristics of most known System storage injection pumps follow from the system approximates a curve of third or higher degree, so that this Pumps do not need any structural changes.
  • the acceleration distance of the armature of the Extend pump for storing kinetic energy or shorten and / or the saturation behavior of the electromagnet of the electromagnetic drive of the injection pump adapt are so simple and require just such a small effort that they are almost ins Weight drop.
  • These measures also favor usability of the full performance potential of the pumps and thus their efficiency in terms of both 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 (e.g. at 20 ° C and normal atmospheric pressure), whereby measured values of the so-called flow curve or delivery characteristic curve are determined and processed in sufficient numbers, for example in the form of a signal duration / spray quantity 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 e.g. linked to a serial number of the injection pump, electronically managed and represent the exact mathematical description of each point on the funding curve this individual injection pump.
  • the electronic Control module of the electronic control system uses the If necessary, these parameters and calculate that for these individual Pump required switch-on duration signal for exact achievement of the requested injection quantity.
  • the four parameters are expediently known per se Marked detectable on or on the injection pump and accompany the injection pump until it is used and when it is used Use.
  • the measurement of a delivery curve of the injection pump is expedient due to time constraints on a limited number of individual measurements limited.
  • each individual measurement can only be done with of finite accuracy, which results in that the measuring points correspond to the deviation tolerance Scatter the measuring device around the actual curve.
  • a mathematically performed determination of the polynomial course not only interpolates between measurement errors and decreases their size but it also automatically leads to a non-linear Interpolation between the individual measuring points. This guaranteed according to the invention with a minimum of effort Maximum achievable precision in the reproduction of the injection quantity by means of an electrical signal duration.
  • 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 is calculated also in particular before each injection operation for the system-specific trimming a necessary for the respective injection pump electrical drive signal Y.
  • an electronic engine control recognizes usually also relevant for engine operation changing environmental influences such as Temperature and pressure of the sucked in air and adjusts the injection quantity at the engine specific Correct these conditions. Usually will the corrections as a percentage change in the Map entered control variables made before these to Injection pump system are forwarded. For the influences which directly affect the engine and its work process, are therefore the stored injection quantities or the addition proportional sizes with a corresponding factor larger or multiplied less than 1 to reflect the current environmental conditions adapt.
  • characteristic curves through measurement e.g. the delivery rate at some certain different States of an influence type determined and e.g. the four parameters of the respective corresponding third degree curve.
  • a factor is then mathematically determined for each parameter, which its individual change among the different States of the relevant type of influence.
  • Procedures are used for the shifts in the funding curve certain different states of an influence type ⁇ X- and ⁇ Y values determined instead of the polynomial or curve parameters and saved and made available to the control module. This procedure reduces the memory data and the computing power to be provided to a considerable extent.
  • ⁇ X and ⁇ Y values uses an arithmetic operation for control signal generation, after which the environmental influences relevant for engine operation taking into account the fuel signal proportional control signal value (engine-specific correction) the corresponding Point on the funding curve corresponding to normal conditions (Normal polynomial or normal characteristic) e.g. third degree of Injection pump determined and then the ⁇ X value of the individualized, a previously determined state of a Injection pump trim correction according to the type of influence Addition or subtraction is assigned.
  • Control signal value X is the Y value of the control module
  • Third degree polynomial is calculated, which is shifted by the value ⁇ X is.
  • the ⁇ X value is obtained by adding or subtracting assigned, resulting in a point on a corresponding two-dimensional shift, but in the course third degree coincidence correction polynomial, where a signal duration results from this point, which is below the relevant state of the type of influence for the required injection quantity the individualized injection pump required is.
  • This condition-corrected signal duration is determined through the simplest and quickest for microprocessors Operation, namely the addition or subtraction of two Values.
  • the choice of the type of influence to be corrected is arbitrary, the respective correction is equally simple. It can according to the number of influencing factors to be corrected correspondingly many assignments made at the same time become.
  • each motor control becomes an electrical one Functional test, at which reactive loads instead of Injection pumps can be connected to the output channels.
  • the Current rise curve of a single current pulse is on each Channel recorded and mathematically formed the integral below. This integral corresponds to the electrical performed Job. Does the measured integral value deviate from a given one If the target size decreases, a corresponding pair of addition or subtraction values is created selected, assigned to the relevant output channel and stored in the control. Independent of Each output channel is given the later controlled injection element the correction for his characteristic shortcoming or its excess of electrical work.
  • the amount of fuel delivered in a unit of time is below among other things, a result of the pressure difference between the pressure inside the nozzle of the injection pump and outside of it taking into account the flow resistance of the nozzle.
  • the control method according to the invention therefore sees a programmable one Threshold in the engine map before which none Fuel quantity corrections more regarding air temperature and Air pressure can be carried out.
  • a programmable one Threshold in the engine map before which none Fuel quantity corrections more regarding air temperature and Air pressure can be carried out.
  • Fig. 1 the injection quantity V e is plotted on the abscissa and the signal duration t i on the ordinate.
  • a standard delivery characteristic curve 1 is drawn in as a 3rd degree curve, the parameters of which are indicated in box 2 (flow curve under normal conditions).
  • a correction curve 3 of the same shape with a ⁇ X / ⁇ Y shift is shown above curve 1.
  • Curve 3 of the third degree 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 correction according to the invention is based on the V e value S, which has already been corrected for the engine operation and is proportional to the fuel quantity and 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 then 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 polynomial 3, 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 t i in ms for the injection of the required fuel quantity.
  • Fig. 2 illustrates the influence of a back pressure in the map diagram.
  • the polynomials become third Grades 6 to 10 set at correspondingly higher back pressures.
  • the position of these polynomials results in distortions, those with F * X and ⁇ Y values, based on norm polynomial 1 mathematically can be grasped exactly.
  • a corresponding back pressure correction is made again only one multiplication and one addition or subtraction required.
  • the described invention is not based on the examples given limited. Further types of influence can be determined the third or polynomials shifted from the norm polynomial higher degree or correspondingly distorted third or polynomials higher degree. The invention can also be implemented if only approximate third or higher polynomials Degrees arise because then still the simple described Correction procedure is applicable.
  • the polynomials of higher degree than third degree are then always used when the measurement values for the norm polynomial are not exact enough to follow a third degree curve. It has shown, that in this case the measured values are usually higher on a curve Degrees. In any case, within the scope of the invention the higher degree curve can be determined, which the measured values on corresponds most precisely.
  • a curve is preferably third Degree determined because compared to higher degree curves fewer parameters need to be set and saved.
  • Fig. 3 illustrates a control strategy according to the invention Method.
  • the outlined fields with the asterisk indicate a multiplication and the outlined fields with the + sign indicate an addition or subtraction.
  • the basic map fuel delivers a signal value proportional to the amount of fuel, which Signal values of the motor-specific correction is multiplied.
  • Engine-specific correction - as is evident from the dashed field and the lined fields contained therein results - e.g. a threshold load, the air temperature and the air pressure taken into account in the usual way.
  • Fig. 3 On the right side of Fig. 3 is the system specific trimming shown for an injection pump.
  • influence types in lined fields due to which the polynomial is corrected.
  • the location of the asterisk field and the position of the + fields in Fig. 3 with respect to the thickly drawn Signal duration cylinder 1 line indicates when which correction to Trimming is done.
  • the influence type "cylinder counter pressure” that the multiplication in advance is carried out and only after the polynomial calculation of the ⁇ Y value is added or subtracted.
  • control strategy shown in FIG. 3 can of course be used also a different order of addition and subtraction provide for the types of influence, but it is essential that assumed a signal value proportional to the amount of fuel that 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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektronischen Minimieren bis Eliminieren von Nennleistungsabweichungen (Trimmen) einer Fluideinspritzvorrichtung, insbesondere einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, vornehmlich einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 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, motorumfeldbezogen, kraftstoffartbezogen und/oder kraftstoffzustandbezogen 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 A1 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 kategorisierte 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 Kraftstoffmengen 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.
Aus der EP 391 573 A2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für das sog. "Closed-Loop"-Einspritzmengenregelungsverfahren offenbart, bei dem der Zusammenhang zwischen Basis-Einspritzpulsweite und Einspritzmenge anhand eines experimentall bestimmten Polynoms berechnet wird.
Hierbei wird eine Kolbenverschiebung der Pumpe mittels Sensoren in ein Signal verwandelt, welches die eingespritzte Kraftstoffmenge repräsentiert. Dieses Signal wird als Rückmeldesignal für ein "Closed-Loop-PID" verwendet, welches die eingespritzte Menge mit der benötigten Menge vergleicht und für die nächste Einspritzung einen angepaßten Ansteuerungsimpuls für die Einspritzeinrichtung abgibt, um die Fehlergröße der abgespritzten Menge im Vergleich zur benötigten Menge zu reduzieren.
Nachteilig bei dieser Art von Einspritzsteuerung ist, daß sich die Änderung der Fördermenge der Einspritzanlage nur auf den Einspritzvorgang anwenden läßt, der dem Einspritzvorgang folgt, bei dem der Fehler festgestellt wurde.
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 Einspritzcharakteristik 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 Abspritzcharakteristik 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 + B1X + B2X2 + B3X3, enthält die Parameter A, B1, 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 Fluidmenge.
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 Förderkennlinie 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 nichtlinearen 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 Trimmen ein für die betreffende Einspritzpumpe notwendiges elektrisches Ansteuersignal Y. Hierzu wird die gewünschte Kraftstoffmenge X nach der Gleichung Y = A + B1X + 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 Gesamtkosten 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 Einspritzanlage, 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 Kraftstofftemperatur (Einflußart), bestimmte unterschiedliche dichte Werte (Zustände) der Kraftstoffdichte (Einflußart) ermittelt.
Nach einer vereinfachten Ausführungsform 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 Ausführungsform 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 Ausgangskanal 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 Kraftstoffmenge 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 Fördermengen 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 Oridinatenwert. 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 oberhalb 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 aufgetragen. Eingezeichnet ist eine Normförderkennlinie 1 als Kurve 3. 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 T1 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 (9)

  1. 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,
    dadurch gekennzeichnet, 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 fluideinspritzpumpenspezifisch bei vorbestimmten Normbedingungen für ein Normpolynom mindestens dritten Grades ermittelt und gespeichert werden;
    c) mindestens ein weiteres einflußartspezifisches Korrekturpolynom mindestens dritten Grades einer bestimmten, auf die Fluideinspritzpumpe wirkenden Einflußart ermittelt und dessen Parameter gespeichert werden und
    d) die Parameter des Normpolynoms und der/des Korrekturpolynome(s) für die Ermittlung eines korrigierten Steuersignals zur Betätigung der Fluideinspritzpumpe verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das einflußartspezifische Korrekturpolynom im Vergleich zum Normpolynom X-Y verschoben und vorzugsweise formgleich ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, 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 werden, woraus ein korrigiertes fluidmengenproportionales Steuersignal resultiert.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, 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,
    dadurch gekennzeichnet, daß für das korrigierte Steuersignal vom Steuermodul ein Zeitdauersteuersignal ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die ΔX-Werte der Einflußarten und anschließend nach Berechnung der Polynome die ΔY-Werte dieser Einflußarten bei der Erzeugung des Steuersignals verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, 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.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß für die Verschiebungen der Förderkennlinie bei bestimmten unterschiedlichen Zuständen einer Einflußart ΔX- und ΔY-Werte anstelle der Polynomparameter festgestellt und gespeichert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, 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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