EP1516112A1 - Verfahren, computerprogramm, und steuer- und/oder regelgerät zum betreiben einer brennkraftmaschine, sowie brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren, computerprogramm, und steuer- und/oder regelgerät zum betreiben einer brennkraftmaschine, sowie brennkraftmaschine

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Publication number
EP1516112A1
EP1516112A1 EP03759818A EP03759818A EP1516112A1 EP 1516112 A1 EP1516112 A1 EP 1516112A1 EP 03759818 A EP03759818 A EP 03759818A EP 03759818 A EP03759818 A EP 03759818A EP 1516112 A1 EP1516112 A1 EP 1516112A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal combustion
calibration
combustion engine
piezo actuator
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03759818A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Graf
Andreas Huber
Marco Gangi
Andreas-Juergen Rohatschek
Udo Schulz
Jens-Holger Barth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1516112A1 publication Critical patent/EP1516112A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464—Characteristics of actuators
    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/12—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration
    • F02D41/123—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2477—Methods of calibrating or learning characterised by the method used for learning

Definitions

  • the invention initially relates to a method for operating an internal combustion engine, in which the fuel is injected directly into an combustion chamber by an injector, which has a piezo actuator, and in which an electrical charge supplied to and / or discharged by the piezo actuator is produced by a method it is determined which is calibrated at least once during an operating period of the internal combustion engine.
  • the object of the present invention is to develop the above-mentioned method in such a way that the electrical charge supplied to or discharged from the piezo actuator can be determined with even greater precision.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that the method for determining the electrical charge supplied to and / or discharged by the piezo actuator is calibrated during at least one pause in actuation of the piezo actuator during operation of the internal combustion engine.
  • the advantage of the method according to the invention lies in the fact that not only before the internal combustion engine starts, but also during its normal operation, the method with which the electrical charge transferred to the piezo actuator or discharged by it is determined can be compared. For this purpose, the control pauses of the piezo actuator that also occur during normal operation of the internal combustion engine are used.
  • the piezo actuator is only activated during the actual change in length of the piezo actuator. For such a length change, a specific one is applied to the piezo actuator transfer electrical charge or a certain electrical charge is discharged from the piezo actuator. Between these controls of the piezo actuator there are control pauses in which the piezo actuator and the power stage which generally controls it "rest".
  • Piezoactuator transferred or the charge discharged by it is determined.
  • the actuator temperature can be determined more precisely by determining the actuator capacity more precisely according to the invention. However, this has an immediate effect on the
  • the calibration take place with the injector open during the control pause between the end of an opening control and the start of a closing control.
  • An open injector is present every time fuel is injected into the combustion chamber. This means that the calibration can be carried out for almost every working cycle of a cylinder of the internal combustion engine (except when the internal combustion engine is overrun, in which the injector remains closed).
  • Such a frequent calibration can also react to short-term fluctuations in the temperature of the control unit, which increases the accuracy of the
  • the method by which the charge supplied to or discharged from the piezo actuator is determined is considerably improved.
  • Calibration with the injector open also has the advantage that the calculations required for this can be carried out relatively easily shortly before the injection. If one wanted to use the free phases between two injections for the calibration instead, this would have to be calculated laboriously, since the end of an injection is only known shortly before the actual injection and the start of the subsequent injection should already be known. This is usually not the case. In addition, reserves were necessary because of the dynamics of the internal combustion engine, since the respective start of an injection is related to the crank angle, whereas the duration of an injection has a time reference. This whole problem is avoided if the calibration is carried out with the injector open.
  • Torque of the internal combustion engine is mainly formed and therefore the main injection is usually always carried out (except in overrun operation or the like).
  • the duration of the main injection is relatively long compared to the other types of injection (pre-injection, post-injection, etc.), so that comparatively much time is available for calibration.
  • the control duration is usually calculated in such a dynamic interrupt immediately before the injection.
  • the activation period is defined here as the period between the start of the charging of the piezo actuator and the start of the discharge of the piezo actuator. If you subtract the maximum possible charging time from the start of charging, i.e. from the start of control, you get the remaining time for calibration Time. Carrying out the test in the speed-synchronous interrupt proposed according to the invention thus makes it possible to carry out this test at the latest possible time and thus with high accuracy.
  • the calibration itself is particularly accurate if it comprises a plurality of individual calibration actions. To determine whether the trigger duration of the piezo actuator calculated in the dynamic interrupt is sufficient for one or more calibration actions, the following procedure could be followed:
  • the advantages according to the invention are already achieved when a calibration action is not planned regularly at short distances, but at least when the temperature of a control device has changed by at least a certain value since the last calibration action. This reduces the computing load on the control device and takes into account the fact that the temperature response of the control device has a considerable influence on the accuracy of the determination of the electrical charge supplied to or discharged from the piezo actuator.
  • a calibration action is planned at least after a specific time interval has elapsed, the duration of the time interval increasing in a predetermined manner after the internal combustion engine has started. This takes into account the fact that the temperature of the control unit changes relatively strongly after the internal combustion engine starts, whereas after a certain time it remains quasi stationary. During this quasi-stationary phase, calibrations are only required relatively rarely, which relieves the control device.
  • the calibration can also be carried out during overrun operation of the internal combustion engine. During such a push operation is the
  • Injector closed, so it is not activated, so that a relatively long period of time is available for calibration.
  • the invention also relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method when it is executed on a computer. It is preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
  • the invention relates to a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, which comprises a memory on which a computer program of the above type is stored.
  • the present invention also relates to an internal combustion engine, with at least one combustion chamber, with at least one injector which injects the fuel directly into the combustion chamber and at least one piezo actuator having .
  • an internal combustion engine it is advantageous if it comprises a control and / or regulating device of the above type.
  • Fig. 2 a diagram in which the state of charge of the
  • Piezo actuator of Figure 1 shown over a crank angle st.
  • Fig. 3 is a diagram showing which one
  • 5 shows a flowchart according to which it is determined whether a calibration of a method is to be planned with which the electrical charge supplied to or discharged from the piezo actuator of FIG. 1 is determined; 6: a block diagram of a method for
  • an internal combustion engine bears the reference number 10 overall. It has several cylinders, of which only the one with the reference number 12 is shown in FIG. 1. It comprises a combustion chamber 14, to which combustion air is supplied through an inlet valve 16 and via an intake pipe 18. A throttle valve 20 controls the amount of intake air supplied, which in turn is detected by an HFM sensor 22.
  • An exhaust valve 24 directs the exhaust gases into an exhaust pipe 26, where they are cleaned by a catalytic converter 28, which has a La bda probe 30.
  • Fuel is supplied to the combustion chamber 14 by an injector 32, the valve element (not shown) of which is actuated by a piezo actuator 33.
  • the fuel is provided to injector 32 by a very high pressure fuel system 34.
  • An ignition system 36 controls a spark plug 38.
  • the speed of a crankshaft 40 is tapped by a speed sensor 42, which delivers a corresponding signal to a control and regulating device 44.
  • the HFM sensor 22 and the lambda probes 30 also supply signals to the control and regulating device 44.
  • the control and regulating device 44 controls, among other things, the piezo actuator 33, the ignition system 36 and the throttle valve 20.
  • the stroke behavior of the piezo actuator 33 depends on its temperature.
  • the accuracy of the opening and closing behavior of the injector 32 thus also depends on the temperature of the piezo actuator 33. This in turn has an effect on the emission and consumption behavior of the internal combustion engine 10.
  • the precise knowledge of the temperature of the piezo actuator 33 is therefore advantageous.
  • One possibility for determining the temperature of the piezo actuator 33 is based on knowledge of the capacitance of the piezo actuator 33. This in turn can be determined by determining the electrical charge supplied to or discharged from the piezo actuator 33.
  • FIG. 2 shows the current voltage U of the piezo actuator 33 during a working cycle of the cylinder 12. A change in the voltage U causes a length change in the piezo actuator 33 and thus an opening or closing movement of the valve element of the injector 32. As can be seen from FIG.
  • the fuel from injector 32 is introduced into combustion chamber 14 in the case considered here by a total of three individual injections.
  • the piezo actuator 33 In order to open the injector 32 for an injection, the piezo actuator 33 must change its length. To open the injector 32, the charge state of the piezo actuator 33 is changed from a potential Ui to a potential U 2 . The potential is changed in the reverse order in order to close the injector 32 and end the injection.
  • a first pre-injection has the reference symbol 46 in FIG. 2
  • a main injection has the reference symbol 50
  • a first post-injection has the reference symbol 52.
  • the number of possible injections depends on various factors, including the fuel pressure p in the fuel system 34 and the speed n of the crankshaft 40 (see FIG. 3). Because of the energy balance of the control unit 44 and because of the quantity balance of the high-pressure fuel pump (not shown in FIG. 1), high values occur
  • Main injection 50 is shown enlarged in FIG. 4. It can be seen from this that at a crank angle o in a dynamic interrupt, which bears the reference symbol 60 in FIGS. 2 and 4, for the duration of the Main injection 50 relevant data can be determined. This includes the beginning of the discharge process of the piezo actuator 33, which in the present case is at a crank angle i. The start of the charging process of the piezo actuator 33 is determined in a static interrupt, which is before the dynamic interrupt and is not designated in the figures.
  • the start of the discharging process of the piezo actuator 33 results from a control duration dtA, which is determined in the dynamic interrupt 60 at the crank angle o. This is the time which lies between the start of the charging process 62 and the beginning of an unloading process 64 of the piezo actuator 33. If the maximum possible charging time dtL of the piezo actuator 33 is subtracted from the control duration dtA, a period dtK is obtained which is available for other actions.
  • Calibration actions 66, 68 and 70 can be carried out was previously determined by an action coordinator, the sequence of which will now be explained with reference to FIG. 5.
  • Reference numeral 72 refers to FIG. 5 to enable the number of injections that is optimal for the current operating state (driver's desired torque, speed, etc.). Each of these 74 is given an individual priority. In block 75 the the maximum number of injections specified under the given operating conditions. This is done by making a minimum selection depending, among other things, on the charge level of an output stage (block 76) and on the delivery rate or delivery pressure of the fuel system 34 (block 78).
  • the maximum number of actions that can be processed by the control and regulating device 44 between two identical static interrupts is provided in 81 (in this case a separate static interrupt is assigned to the pre-injection on the one hand and the main and post-injection on the other hand; the number of static interrupts is within two crankshaft revolutions So equal to the number of cylinders of the internal combustion engine multiplied by a factor of two). In the present exemplary embodiment, it is six.
  • the number of actions that are still possible for the calibration is now defined, which in the present case is three, corresponding to the calibration actions 66, 68 and 70 of FIG. 4. This ensures that the injection actions take priority over the adjustment - or have calibration actions and still the maximum number of calibration actions that can be carried out under the given circumstances.
  • FIG. 6 shows a method according to which it is determined in which cases calibration actions are to be carried out at all.
  • the basis for this is an assumed temperature of the control and regulating unit 44, which is determined by a characteristic curve 84.
  • the time elapsed since the start of the internal combustion engine 10 (block 86) is fed into the characteristic curve 84.
  • the characteristic curve 84 delivers the temperature of the control and regulating unit 44 as an initial value, assuming a certain starting temperature.
  • the difference is formed between the temperature determined by means of the characteristic curve 84 and a temperature determined and stored during the last calibration, which is provided in block 90.
  • Calibration action is planned after a certain time interval.
  • the duration of the time interval after the start of the internal combustion engine should increase in a corresponding manner.

Landscapes

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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff direkt von einem Injektor, der einen Piezoaktor aufweist, in einen Brennraum eingespritzt. Eine dem Piezoaktor zugeführte (62) und/oder von ihm abgeführte (64) elektrische Ladung wird durch ein Verfahren ermittelt, welches mindestens einmal während eines Betriebszeitraums der Brennkraftmaschine kalibriert wird (66-70). Um die Kalibrierung möglichst oft durchführen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zur Ermittlung der dem Piezoaktor zugeführten (62) und/oder von ihm abgeführten (64) elektrischen Ladung während mindestens einer Ansteuerpause (dtK) des Piezoaktors im Betrieb der Brennkraftmaschine kalibriert wird (66-70).

Description

Verfahren, Computerproqramm, und Steuer- und/oder Reqelqerat zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrα fft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff direkt von einem Injektor, der einen Piezoaktor aufweist, in einen Brennraum eingespritzt wird, und bei dem eine dem Piezoaktor zugefuhrte und/oder von ihm abgeführte elektrische Ladung durch ein Verfahren ermittelt wird, welches mindestens einmal wahrend eines Betriebszeitraums der Brennkraf maschine kalibriert wird.
Ein solches Verfahren ist aus der EP 1 138 915 AI bekannt. In ihr wird ein Verfahren beschrieben, mit dem wahrend des Ladens eines Piezoaktors eines Injektors die übertragene elektrische Ladungs enge bestimmt werden kann. Ebenso kann wahrend des Entladens des Piezoaktors die entsprechende übertragene elektrische Ladungsmenge ermittelt werden. Dies erfolgt durch eine Integration eines Stromsignals. Um den Fehler bei der Integration des Stromsignals zu reduzieren und hierdurch die Präzision bei der Ermittlung der übertragenen Ladungsmenge zu erhohen, wird ein Abgleich des Integrationsprozesses vorgeschlagen, der zu bestimmten Zeitpunkten erfolgen soll. Insbesondere soll dieser Abgleich beim Start der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Grund hierfür ist offenbar, dass übliche Steuergeräte- und Endstufenkonzepte nur sequentiell arbeiten können, so dass während der Ansteuerung der
Endstufe bzw. des Piezoaktors kein Abgleich erfolgen kann.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, dass die dem Piezoaktor zugeführte bzw. von ihm abgeführte elektrische Ladung mit noch höherer Präzision bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Ermittlung der dem Piezoaktor zugeführten und/oder von ihm abgeführten elektrischen Ladung während mindestens einer Ansteuerpause des Piezoaktors im Betrieb der Brennkraftmaschine kalibriert wird.
Vorteile der Erfindung
Der Vorteil des er indungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass nicht nur vor dem Start der Brennkraftmaschine, sondern auch während ihres normalen Betriebs das Verfahren, mit dem die an den Piezoaktor übertragene bzw. die von ihm abgeführte elektrische Ladung ermittelt wird, abgeglichen werden kann. Hierzu werden die auch im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Ansteuerpausen des Piezoaktors verwendet.
Im Gegensatz beispielsweise zu Magnetaktoren findet eine Ansteuerung des Piezoaktors nämlich nur während der eigentlichen Längenänderung des Piezoaktors statt. Für eine solche Längenänderung wird an den Piezoaktor eine bestimmte elektrische Ladung übertragen oder eine bestimmte elektrische Ladung vom Piezoaktor abgeführt. Zwischen diesen Änsteuerungen des Piezoaktors liegen Ansteuerpausen, in denen der Piezoaktor und die ihn im Allgemeinen ansteuernde Endstufe "ruhen".
Mit dem vorgeschlagenen Abgleich- und Ansteuer konzept kann trotz sequentieller Abarbeitung der einzelnen Aktionen während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine ein Abgleich des Verfahrens erfolgen, mit dem die an den
Piezoaktor übertragene bzw. die von ihm abgeführte Ladung ermittelt wird.
Da auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine der Abgleich erfolgen kann, können Drifterscheinungen, beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen eines Steuergerätes, auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine kompensiert werden. Die Präzision bei der Durchführung des ' Verfahrens zur Ermittlung der an den Piezoaktor abgegebenen oder von ihm abgeführten elektrischen Ladung wird somit deutlich verbessert.
Durch die erfindungsgemäß präzisere Bestimmung der Aktorkapazität kann die Aktortemperatur genauer ermittelt werden. Diese wirkt sich jedoch unmittelbar auf das
Hubverhalten des Piezoaktors und damit auf die Genauigkeit des Öffnungs- und Schließverhaltens eines mit dem Piezoaktor ausgestatteten Injektors aus. Die genaue Kenntnis der Äktorkapazität ermöglicht somit letztlich auch einen emissions- und verbrauchsopti aleren Betrieb der Brennkraftmaschine .
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen sowohl bei Benzin- als auch bei Diesel- Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann. Auch die Verwendung beispielsweise eine Abgasturboladers und/oder einer Abgasrückführung steht dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht entgegen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Kalibrierung bei geöffnetem Injektor in der Ansteuerpause zwischen dem Ende einer Öffnungsansteuerung und dem Beginn einer Schließansteuerung erfolgt. Ein geöffneter Injektor liegt bei jeder Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum vor. Somit bietet sich bei fast jedem Arbeitszyklus eines Zylinders der Brennkraftmaschine (außer im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, in dem der Injektor geschlossen bleibt) die Möglichkeit, die Kalibrierung durchzuführen. Durch eine solchermaßen häufige Kalibrierung kann auch auf kurzzeitige Schwankungen der Temperatur des Steuergeräts reagiert werden, was die Genauigkeit des
Verfahrens, mit dem die dem Piezoaktor zugeführte bzw. die von ihm abgeführte Ladung bestimmt wird, erheblich verbessert .
Die Kalibrierung bei geöffnetem Injektor hat auch noch den Vorteil, dass die hierzu erforderlichen Berechnungen relativ einfach kurz vor der Einspritzung durchgeführt werden können. Wollte man stattdessen die freien Phasen zwischen zwei Einspritzungen für die Kalibrierung verwenden, müsste dies aufwendig berechnet werden, da das Ende einer Einspritzung erst kurz vor der eigentlichen Einspritzung bekannt ist und dazuhin der Beginn der nachfolgenden Einspritzung bereits bekannt sein müsste. Dies ist meist nicht der Fall. Darüber hinaus waren Vorhalte wegen der Dynamik der Brennkraftmaschine erforderlich, da der jeweilige Beginn einer Einspritzung auf den Kurbelwinkel bezogen ist, wohingegen die Dauer einer Einspritzung einen Zeitbezug hat. Diese ganze Problematik wird umgangen, wenn die Kalibrierung bei geöffnetem Injektor erfolgt.
Vorgeschlagen wird auch, dass pro Arbeitstakt eines Zylinders der Brennkraftmaschine mindestens eine
Nebeneinspritzung und eine Haupteinspritzung vorgesehen sind und dass die Kalibrierung wahrend einer Haupteinspritzung durchgeführt wird. Dieser Typ der Einspritzung tritt häufiger auf als alle anderen Einspritztypen, da durch die Haupteinspritzung das
Drehmoment der Brennkraftmaschine hauptsächlich gebildet wird und daher die Haupteinspritzung im Normalfall immer (außer bei Schubbetrieb o.a.) durchgeführt wird. Außerdem ist die Zeitdauer der Haupteinspritzung im Vergleich zu den anderen Einspritztypen (Voreinspritzung, Nacheinspritzung usw.) relativ lang, so dass für die Kalibrierung vergleichsweise viel Zeit zur Verfugung steht.
Vorteilhafterweise wird vor einer Kalibrierung in einem drehzahlsynchronen, dynamischen Interrupt geprüft, ob die Zeαt zwischen zwe Änsteuerungen für eine Kalibrierung ausreicht. Grundlage hierfür ist, dass die Ansteuerdauer üblicherweise m einem derartigen dynamischen Interrupt unmittelbar vor der Einspritzung berechnet wird. Die Ansteuerdauer ist hier als der Zeitraum zwischen dem Beginn des Ladens des Piezoaktors und dem Beginn des Entladens des Piezoaktors definiert. Zieht man vom Beginn des Ladens, also vom Ansteuerbeginn, die maximal mögliche Ladezeit ab, dann erhalt man die für eine Kalibrierung noch verbleibende Zeit. Die erfmdungsgemaß vorgeschlagene Durchfuhrung der Prüfung im drehzahlsynchronen Interrupt ermöglicht also, diese Prüfung zum spätestens möglichen Zeitpunkt und somit mit hoher Genauigkeit durchzufuhren.
Damit ist der dynamische Interrupt auch der ideale Zeitpunkt, um auch gleich die Kalibrierung selbst zu programmieren. Dies schlagt sich in jener Weiterbildung des erfmdungsgemaßen Verfahrens nieder, bei welcher ein für die Kalibrierung erforderlicher Befehl in einem drehzahlsynchronen, dynamischen Interrupt bestimmt wird.
Die Kalibrierung selbst ist besonders genau, wenn sie eine Mehrzahl einzelner Kalibπeraktionen umfasst. Um festzustellen, ob die im dynamischen Interrupt berechnete Ansteuerdauer des Piezoaktors für einen oder mehrere Kalibπeraktionen ausreicht, konnte wie folgt vorgegangen werden:
Modulo (Anzahl der Kalibrieraktionen)
= Ansteuerdauer / maximale Zeit für einen Kalibrierbefehl zuzüglich maximale Ladezeit.
Besonders vorteilhaft ist jene Weiterbildung, bei welcher die Anzahl der pro Arbeitszyklus eines Zylinders möglichen Aktionen auf einen bestimmten Wert begrenzt wird und wahrend eines Arbeitszyklus eines Zylinders nur so viele Kalibrieraktionen zugelassen werden, dass alle vorgesehenen Einspritzaktionen ausgeführt werden können. Bei dieser Weiterbildung wird also von vornherein abhangig von der absoluten Lange eines Arbeitstaktes eine maximal mögliche Anzahl von Aktionen ermittelt, wobei die Einspritzaktionen eine höhere Priorität als die Kalibrieraktionen haben. Realisiert werden kann dies dadurch, dass ein Aktionskoordinator zunächst die Anzahl der in Auftrag gegebenen Einspritzaktionen feststellt und dann die Anzanl der noch möglichen Kalibrieraktionen bestimmt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Betrieb der
Brennkraftmaschine durch die Kalibrieraktionen nicht beeinträchtigt wird. Gleichzeitig wird jedoch auch gewährleistet, dass eine Kalibrierung durchgeführt werden kann, sobald das hierfür erforderliche "Zeitfenster" frei
In gewissem Umfang werden die erfmdungsgemaßen Vorteile bereits dann erzielt, wenn eine Kalibπeraktion nicht regelmäßig m kurzen Abstanden, sondern mindestens dann geplant wird, wenn sich die Temperatur eines Steuergeräts seit der letzten Kalibrieraktion um mindestens einen bestimmten Wert verändert hat. Hierdurch wird die Rechenbelastung des Steuergerätes reduziert und der Tatsache Rechnung getragen, dass der Temperaturgang des Steuergeräts einen erheblichen Emfluss auf die Genauigkeit der Bestimmung der dem Piezoaktor zugefuhrten bzw. von ihm abgeführten elektrischen Ladung hat.
Alternativ oder zusatzlich hierzu ist es auch möglich, dass eine Kalibrn eraktion mindestens nach Ablauf eines bestimmten Zeitmtervalls geplant wird, wobei sich die Dauer des Zeitmtervalls nach einem Start der Brennkraftmaschine in vorgegebener Art und Weise erhöht. Hierdurch wird berücksichtigt, dass sich die Temperatur des Steuergeräts nach dem Start der Brennkraftmaschine relativ stark ändert, wohingegen sie nach einer gewissen Zeit quasi stationär bleibt. Wahrend dieser quasistationaren Phase sind Kalibrierungen nur relativ selten erforderlich, was das Steuergerat entlastet. Alternativ zu dem oben angeführten Kalibriervorgang bei geöffnetem Injektor kann die Kalibrierung auch wahrend eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Wahrend eines solchen Schubbetriebs ist der
Injektor geschlossen, er wird also nicht angesteuert, so dass ein relativ langer Zeitraum für die Kalibrierung zur Verfugung steht.
Bei entsprechender Fahrweise oder entsprechenden
Verkehrsverhaltnissen kann es möglicherweise jedoch nur selten oder überhaupt nicht zu einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine kommen. Zudem werden häufig eine Reihe von Tests, Abgleich- bzw. Lernverfahren (beispielsweise Einspritzmengenkalibrierung) und ein Katalysator- Regenerationsbetrieb wahrend der Schubabschaltung der Brennkraftmaschine durchgeführt, was eine mögliche Kalibrierung erschwert oder unmöglich macht.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchfuhrung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerat zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welches einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.
Auch eine Brennkraftmaschine ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, mit mindestens einem Brennraum, mit mindestens einem Injektor, der den Kraftstoff direkt den Brennraum einspritzt und mindestens einen Piezoaktor aufwe i st . Be i einer solchen Brennkraftmaschine ist es vorte i lhaf t , wenn s ie ein Steuer- und/oder Regelgerat der obigen Art umfas s t .
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im
Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff- Direkteinspritzung, welche einen Injektor mit einem Piezoaktor umfasst;
Fig. 2: ein Diagramm, in dem der Ladezustand des
Piezoaktors von Fig. 1 über einem Kurbelwinkel dargestellt st;
Fig. 3: ein Diagramm, aus dem hervorgeht, bei welchem
Druck n einem KraftstoffSystem und bei welcher Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wie viele Einspritzaktionen durchgeführt werden sollen; und
Fig. 4: ein vergrößerter Ausschnitt des Diagramms von Fig . 2 ;
Fig. 5: ein AblaufSchema, nach dem bestimmt wird, ob eine Kalibrierung eines Verfahrens zu planen ist, mit dem die dem Piezoaktor von Fig. 1 zugefuhrte bzw. von ihm abgeführte elektrische Ladung ermittelt wird; Fig. 6: ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur
Koordinierung verschiedener Aktionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine von Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie weist mehrere Zylinder auf, von denen in Fig. 1 nur jener mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt ist. Er umfasst einen Brennraum 14, dem Verbrennungsluft durch ein Einlassventil 16 und über ein Ansaugrohr 18 zugeführt wird. Eine Drosselklappe 20 steuert die Menge der zugeführten Ansaugluft, welche wiederum von einem HFM- Sensor 22 erfasst wird.
Ein Auslassventil 24 leitet die Abgase in ein Abgasrohr 26, wo sie von einem Katalysator 28 gereinigt werden, welcher über eine La bdasonde 30 verfügt. Kraftstoff wird dem Brennraum 14 von einem Injektor 32 zugeführt, dessen nicht dargestelltes Ventilelement von einem Piezoaktor 33 betätigt wird. Der Kraftstoff wird dem Injektor 32 von einem Kraftstoffsystem 34 mit sehr hohem Druck bereitgestellt. Eine Zündanlage 36 steuert eine Zündkerze 38 an.
Die Drehzahl einer Kurbelwelle 40 wird von einem Drehzahlsensor 42 abgegriffen, welcher ein entsprechendes Signal an ein Steuer- und Regelgerät 44 liefert. Auch der HFM-Sensor 22 und die Lambdasonden 30 liefern Signale an das Steuer- und Regelgerät 44. Das Steuer- und Regelgerät 44 steuert unter anderem den Piezoaktor 33, die Zündanlage 36 und die Drosselklappe 20 an.
Es ist bekannt, dass das Hubverhalten des Piezoaktors 33 von seiner Temperatur abhangt. Somit hangt auch die Genauigkeit des Offnungs- und Schließverhaltens des Injektors 32 von der Temperatur des Piezoaktors 33 ab. Dies hat wiederum Auswirkungen auf das Emissions- und Verbrauchsverhalten der Brennkraftmaschine 10. Die genaue Kenntnis der Temperatur des Piezoaktors 33 ist daher vorteilhaft. Eine Möglichkeit zur Bestimmung der Temperatur des Piezoaktors 33 baut auf der Kenntnis der Kapazität des Piezoaktors 33 auf. Diese kann wiederum über die Bestimmung der dem Piezoaktor 33 zugefuhrten bzw. der von ihm abgeführten elektrischen Ladung ermittelt werden.
Die Bestimmung dieser Ladungsmengen erfolgt üblicherweise durch die Integration eines Stromsignals. Das Ergebnis dieser Integration hangt jedoch auch von sekundären Faktoren ab. Hierzu gehört beispielsweise die Temperaturabhangigkeit der Eigenschaften der elektrischen Schaltungen des Steuer- und Regelgerats 44. Um die Integration mit hoher Genauigkeit durchfuhren zu können, ist daher von Zeit zu Zeit ein Abgleich bzw. eine Kalibrierung erforderlich.
Da der im Steuer- und Regelgerat 44 eingesetzte Prozessor jedoch üblicherweise nur sequentiell arbeiten kann, muss für diesen Abgleich ein Zeitfenster gefunden werden, in dem sichergestellt ist, dass der Prozessor nicht durch andere Aktionen beschäftigt ist. Wie nachfolgend im Detail ausgeführt ist, wird beim vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel vorgeschlagen, als Zeitfenster eine Ansteuerpause zu verwenden, welche bei geöffnetem Injektor 32 vorliegt. Dabei wird berücksichtigt, dass die Kalibrierung eine Mehrzahl einzelner Kalibrieraktionen, vorliegend insgesamt drei, umfasst. In Figur 2 ist die aktuelle Spannung U des Piezoaktors 33 wahrend eines Arbeitszyklus des Zylinders 12 dargestellt. Durch eine Änderung der Spannung U wird eine Langenanderung des Piezoaktors 33 und somit eine Offnungs- oder Schließbewegung des Ventilelements des Injektors 32 bewirkt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Kraftstoff vom Injektor 32 in den Brennraum 14 in dem hier betrachteten Fall durch insgesamt drei einzelne Einspritzungen eingebracht. Um den Injektor 32 für eine Einspritzung zu offnen, muss der Piezoaktor 33 seine Lange andern. Für eine Öffnung des Injektors 32 wird hierzu der Ladezustand des Piezoaktors 33 von einem Potential Ui auf ein Potential U2 verändert. In umgekehrter Reihenfolge wird das Potential verändert, um den Injektor 32 zu schließen und die Einspritzung zu beenden.
Eine erste Voreinspritzung tragt in Fig. 2 das Bezugszeichen 46, eine Haupteinspritzung das Bezugszeichen 50, und eine erste Nacheinspritzung das Bezugszeichen 52. Die Anzahl der möglichen Einspritzungen hangt von verschiedenen Faktoren ab, u.a. vom Kraftstoffdruck p im Kraftstoffsyste 34 und von der Drehzahl n der Kurbelwelle 40 (vgl. Figur 3) . Wegen der Energiebilanz des Steuergeräts 44 und wegen der Mengenbilanz der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ( n Figur 1 nicht dargestellt) erfolgen bei hohen
Drehzahlen (Feld 56 m Fig. 3) weniger Einspritzungen als bei niedrigen Drehzahlen und niedrigem Kraftstoffdruck (Feld 58 in F g. 2 )
Der Verlauf der Spannung u des Piezoaktors 33 der
Haupteinspritzung 50 ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass bei einem Kurbelwinkel o in einem dynamischen Interrupt, welcher in den Figuren 2 und 4 das Bezugszeichen 60 tragt, die für die Dauer der Haupteinspritzung 50 maßgeblichen Daten bestimmt werden. Hierzu gehört der Beginn des Entladevorganges des Piezoaktors 33, welcher im vorliegenden Fall bei einem Kurbelwinkel i liegt. Der Beginn des Ladevorgangs des Piezoaktors 33 wird in einem statischen Interrupt ermittelt, welcher zeitlich vor dem dynamischen Interrupt liegt und m den Figuren nicht bezeichnet ist.
Der Beginn des Entladevorgangs des Piezoaktors 33 ergibt sich aus einer Ansteuerdauer dtA, welche im dynamischen Interrupt 60 beim Kurbelwinkel o ermittelt wird. Bei dieser handelt es sich um die Zeit, welche zwischen dem Beginn des Ladevorgangs 62 und dem Beginn eines Entladevorgangs 64 des Piezoaktors 33 liegt. Zieht man von der Ansteuerdauer dtA die maximal mögliche Ladezeit dtL des Piezoaktors 33 ab, so erhalt man einen Zeitraum dtK, welcher für andere Aktionen zur Verfugung steht.
Grundlage für all dies ist die Tatsache, dass der im Steuer- und Regelgerat 44 eingesetzte Prozessor nur sequentiell arbeiten kann. Im vorliegenden Fall reicht die verbleibende "freie" Zeit dtK zwischen den beiden Änsteuerungen 62 und 64 des Piezoaktors 33 für drei Abgleich- bzw. Kalibrieraktionen 66, 68 und 70 aus. Dass vom Prozessor des Steuer- und Regeigerats 44 diese drei
Kalibrieraktionen 66, 68 und 70 durchgeführt werden können, wurde zuvor von einem Aktionskoordinator ermittelt, dessen Ablauf nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert wird.
Das Bezugszeichen 72 verweist Figur 5 auf die Freigabe der für den gegenwartigen Betriebszustand (Fahrer- Wunschmoment, Drehzahl, etc.) optimalen Anzahl von Einspritzungen. Diese werden 74 jeweils mit einer individuellen Priorität versehen. Im Block 75 wird die unter den gegebenen Betriebsbedingungen höchstzulässige Anzahl der Einspritzungen festgelegt. Dies erfolgt durch eine Minimalauswahl unter anderem abhängig vom Ladezustand einer Endstufe (Block 76) und von der Fördermenge bzw. dem Förderdruck des KraftstoffSystems 34 (Block 78).
Wenn die in 75 definierte höchstzulässige Anzahl von Einspritzungen kleiner ist als die in 72 an sich freigegebene Anzahl der Einspritzungen, werden im Block 80 jene Einspritzungen ausgewählt, welche die höchste
Priorität haben und deren Anzahl der in 75 ermittelten Anzahl entspricht. Nur diese Einspritzungen kommen zur Ausführung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden insgesamt drei Einspritzungen, nämlich die Voreinspritzung 46, die Haupteinspritzung 50 und die Nacheinspritzung 52, zur Ausführung zugelassen.
In 81 wird die vom Steuer- und Regelgerät 44 maximal zwischen zwei gleichartigen statischen Interrupts verarbeitbare Anzahl von Aktionen bereitgestellt (dabei ist einerseits der Voreinspritzung und andererseits der Haupt- und Nacheinspritzung ein eigener statischer Interrupt zugeordnet; die Anzahl der statischen Interrupts innerhalb von zwei Kurbelwellenumdrehungen ist also gleich der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine multipliziert mit dem Faktor Zwei) . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt sie sechs.
Durch Differenzbildung in 82 wird nun die Anzahl der noch für die Kalibrierung möglichen Aktionen definiert, welche im vorliegenden Fall drei ist, entsprechend den Kalibrieraktionen 66, 68 und 70 von Fig. 4. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Einspritzaktionen Priorität vor den Abgleich- bzw. Kalibrieraktionen haben und dennoch die unter den gegebenen Umstanden maximale Anzahl von Kalibrieraktionen durchgeführt werden kann.
In Fig. 6 ist ein Verfahren dargestellt, nach dem bestimmt wird, in welchen Fallen überhaupt Kalibrieraktionen durchgeführt werden sollen. Basis hierfür ist eine angenommene Temperatur des Steuer- und Regeigerats 44, welche durch eine Kennlinie 84 ermittelt wird. In die Kennlinie 84 wird die seit dem Start der Brennkraftmaschine 10 (Block 86) vergangene Zeit eingespeist. Als Ausgangswert liefert die Kennlinie 84 die Temperatur des Steuer- und Regeigerats 44 unter Annahme einer bestimmten Starttemperatur .
In 88 wird die Differenz gebildet zwischen der mittels der Kennlinie 84 ermittelten Temperatur und einer bei der letzten Kalibrierung ermittelten und abgespeicherten Temperatur, welche im Block 90 bereitgestellt wird. In 92 wird abgefragt, ob die m 88 ermittelte Differenz großer ist als eine bestimmte Temperaturdifferenz, vorliegend 10K. Ist dies der Fall, erfolgt eine Kalibrierung und die in der Kennlinie 84 ermittelte Temperatur wird im Speicher 90 abgelegt .
Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass eine
Kalibrieraktion nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls geplant wird. Um der asymptotischen Annäherung der Temperatur des Steuer- und Regeigerats 44 an einen Endwert Rechnung zu tragen, sollte sich die Dauer des Zeitmtervalls nach dem Start der Brennkraftmaschine in einer entsprechenden Art und Weise erhohen.
Im obigen Ausfuhrungsbeispiel wurde der Berieb einer Brennkraftmaschine mit Benzm-Direktemspritzung erläutert. Es versteht sich, dass das angegebene Verfahren jedoch auch bei Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, welche mit Dieselkraftstoff betrieben werden und entsprechend ausgebildet sind. Auch solche Brennkraftmaschinen, welche einen Abgasturbolader und/oder eine Abgasrückführung aufweisen, können mit dem oben beschriebenen Verfahren betrieben werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Kraftstoff direkt von einem Injektor (32), der einen Piezoaktor (33) aufweist, in einen Brennraum (14) eingespritzt wird, und bei dem eine dem Piezoaktor (33) zugefuhrte (62) und/oder von- ihm abgeführte (64) elektrische Ladung durch ein Verfahren ermittelt wird, welches mindestens einmal wahrend eines Betriebszeitraums der Brennkraftmaschine (10) kalibriert wird (66-70), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Ermittlung der dem Piezoaktor (33) zugefuhrten (62) und/oder von ihm abgeführten (64) elektrischen Ladung wahrend mindestens einer Ansteuerpause (dtK) des Piezoaktors (33) im Betrieb der Brennkraftmaschine (10) kalibriert wird (66-70).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung (66-70) bei geöffnetem Injektor (33) in der Ansteuerpause (dtK) zwischen dem Ende einer Offnungsansteuerung (62) und dem Beginn einer anschließenden Schließansteuerung (64) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Arbeitstakt eines Zylinders (12) der Brennkraftmaschine (10) mindestens eine Nebeneinspritzung (46, 52) und eine Haupteinspritzung (50) vorgesehen sind und dass die Kalibrierung (66-70) wahrend einer Haupteinsprit ung (50) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Kalibrierung (66-70) in einem drehzahlsynchronen, dynamischen Interrupt (60) geprüft wird, OD die Zeit zwischen zwei /nsteuerungen (62- 64) für eine Kalibrierung (66-70) ausreicht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Kalibrierung (66- 70) erforderlicher Befehl einem drehzahlsynchronen, dynamischen Interrupt (60) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung eine Mehrzahl einzelner Kalibrieraktionen (66-70) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der pro Arbeitszyklus eines Zylinders (12) möglichen Aktionen auf einen bestimmten Wert begrenzt wird (81) und wahrend eines Arbeitszyklus eines Zylinders (12) nur so viele Kalibrieraktionen (66-70) zugelassen werden, dass alle vorgesehenen Einspritzaktionen (46, 50, 52) ausgeführt werden können.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrieraktion (66-70) mindestens dann geplant wird, wenn sich die Temperatur eines Steuergeräts (44) seit der letzten Kalibrieraktion (66-70) um mindestens einen bestimmten Wert verändert hat.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass eine Kalibrieraktion mindestens nach Ablauf eines bestimmten Zeitmtervalls geplant wird, wobei sich die Dauer des Zeitmtervalls nach einem Start der Brennkraftmaschine in vorgegebener Art und Weise erhöht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung während eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
11. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird
12. Computerprogramm nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist
13. Steuer- und/oder Regelgerat (44) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 11 oder 12 abgespeichert ist.
14. Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einem
Brennraum (14), mit mindestens einem Injektor (32), der den Kraftstoff direkt in den Brennraum (14) einspritzt und mindestens einen Piezoaktor (33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerat (44) nach Anspruch 13 umfasst.
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