EP2518297A2 - Bestimmung und Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern - Google Patents

Bestimmung und Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern Download PDF

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EP2518297A2
EP2518297A2 EP12001303A EP12001303A EP2518297A2 EP 2518297 A2 EP2518297 A2 EP 2518297A2 EP 12001303 A EP12001303 A EP 12001303A EP 12001303 A EP12001303 A EP 12001303A EP 2518297 A2 EP2518297 A2 EP 2518297A2
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EP
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pressure
cylinder
pressure values
injection
difference
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EP12001303A
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EP2518297A3 (de
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Franz Kallage
Matthias Schultalbers
Olaf Magnor
Andreas Sprysch
Christian Steinbrecher
Martin Schewik
Andreas Berns
Lars Hentschel
Kay Dr. Schintzel
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an injection quantity difference in a multi-cylinder internal combustion engine and a corresponding apparatus, and to a method for reducing an injection quantity difference in an internal combustion engine and a corresponding apparatus.
  • the present invention relates to determination and reduction of the injection quantity difference in a common rail engine which routes fuel to injectors of the plurality of cylinders. Injection systems with such a pressure pipe are also referred to as common rail injection systems.
  • each of the cylinders usually contributes a share to the overall engine output.
  • each cylinder contributes an equal share to the overall performance of the engine.
  • emissions in particular particle emissions and CO emissions
  • consumption can be reduced and smoother running can be achieved.
  • Such efforts are known in injection engines under the concept of injection quantity equalization.
  • an internal combustion engine in which terminates fuel injections into corresponding cylinders fuel quantities fourden to avoid torque fluctuations.
  • an actual fuel injection amount is calculated from a change of a fuel pressure in a fuel path before and after an injection to correct the basic injection amount according to the result of the calculation.
  • the internal combustion engine has a fuel output port of a fuel pump which is connected to a fuel injection valve via a fuel path, which preferably has a fuel pressure collecting pipe, which is arranged in common for each cylinder and on the way therebetween.
  • a fuel pressure sensor for detecting a fuel pressure in the fuel path is provided in the fuel pressure collecting pipe. On the basis of the output of the fuel pressure sensor is a change in pressure before and after injection is determined to calculate the actual injection amount and to correct the basic injection amount.
  • the system includes a first analog-to-digital converter for converting a throttle valve output to a digital signal, an amplifier for amplifying the output of the throttle sensor, a second analog-to-digital converter for converting the amplified output to a digital signal, and a gain adjuster for receiving Outputs from one or the other of the analog-digital Waridlers and to skall the received output signal.
  • a correction is provided to the gain of the adjuster, whereby a continuous actual opening degree signal without steps over the entire range of the throttle sensor output is achievable.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for equalization of quantities, which in particular has a high system robustness, so that the method also operates reliably, for example in the case of a valve coking or aged valves.
  • this object is achieved by a method for determining an injection quantity difference in a multi-cylinder internal combustion engine
  • Claim 1 a method for reducing an injection quantity difference in a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 10, a device for determining an injection quantity difference in a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 11 and a vehicle according to claim 13.
  • the dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the present invention.
  • the injection amount difference includes a difference between a first injection quantity in a first cylinder of the plurality of cylinders and a second injection quantity in a second cylinder of the plurality of cylinders.
  • the injection amount difference between any two of the four or six cylinders may be determined or the injection amount difference between a reference cylinder and any other cylinder determined.
  • the internal combustion engine further comprises a pressure pipe for supplying fuel to injection valves of at least the first and the second cylinder.
  • the internal combustion engine comprises a common pressure pipe for supplying fuel to the injection valves of all cylinders.
  • An injection with such gen common pressure tube is also referred to as common rail injection.
  • the following is performed: in the respective cylinder, a plurality of chronologically successive first pressure values are detected in the pressure pipe before fuel injection into the cylinder and a plurality of chronologically successive second pressure values in the cylinder Pressure tube detected after the fuel injection in the respective cylinder.
  • the first multiple pressure values are statistically analyzed and the multiple second pressure values are statistically analyzed.
  • a respective differential pressure value is determined for the respective cylinder when the plurality of first pressure values and the plurality of second pressure values satisfy at least a predetermined statistical characteristic.
  • a pressure differential value is determined for each of the first cylinder and the second cylinder, or optionally for each of the plurality of cylinders, if the underlying detected pressure values satisfy predetermined statistical characteristics.
  • the injection amount difference between the first cylinder and the second cylinder is determined.
  • injection quantity differences between other of the plurality of cylinders may be dependent on corresponding ones. Pressure difference values of these cylinders are determined.
  • a pressure difference value is determined for the respective cylinder when the first pressure values and the second pressure values meet certain statistical properties, it can be ensured that only pressure values are taken into account for the determination of the injection quantity difference, which are not or only slightly annoying.
  • a randomized fuel pressure-based injection quantity equalization can work on reliable data, which can increase the robustness of the single-component quantities equally.
  • a first pressure mean value is determined by averaging the plurality of first pressure values and a second pressure mean value by averaging the plurality of second pressure values.
  • the pressure difference value is then determined as a function of the first pressure mean value and the second pressure mean value. Since the pressure difference value is determined only when the first and second pressure values satisfy predetermined statistical characteristics, the pressure difference value can be reliably determined in a simple manner from the average values of the first pressure values and second pressure values. If the pressure values include transient disturbances, for example in the form of signal peaks, for example due to ignition events, the pressure difference value is not determined and the measurement discarded.
  • the pressure difference value is related to the amount of fuel injected into the cylinder and therefore can be used directly for injection quantity equalization.
  • statistically analyzing the plurality of first pressure values comprises determining and analyzing one. Histogram of the first multiple pressure values.
  • statistically analyzing the plurality of second pressure values may include determining and analyzing a histogram of the plurality of second pressure values.
  • the histogram represents a frequency distribution of the plurality of first and second pressure values. The frequency distribution can be used to assess whether transient disturbances or signal peaks, for example due to ignition events, have corrupted the pressure values. For example, the frequency distribution can be checked to see whether it essentially corresponds to a normal distribution or not.
  • the pressure difference can be determined from a difference between an average value of the first pressure values and an average value of the second pressure values. Whether the frequency distribution essentially corresponds to a normal distribution or not, can be determined, for example, based on a variance of the pressure values.
  • the plurality of first and second pressure values for at least the first cylinder and the second cylinder are detected with a common pressure sensor disposed in the common pressure pipe. Moreover, if injection quantity differences are to be determined for all cylinders of the internal combustion engine, the plurality of first and second pressure values for each of the plurality of cylinders may be detected with the common pressure sensor in the common pressure pipe. As a result, a cost-effective implementation of the method with only one common pressure sensor is possible.
  • the pressure sensor provides an electrical analog signal representing a current pressure in the pressure tube.
  • a pressure value of the current pressure is obtained from the electrical analog signal as follows: the electrical analog signal of the pressure sensor is converted into a first digital signal. In response to the first digital signal, an analog offset signal is generated. From the electrical analog signal of the pressure sensor and the offset signal is an analog. Difference signal generated, which is converted into a second digital signal. The pressure value is finally determined in dependence on the first digital signal and the second digital signal.
  • analog-to-digital converter components have only a relatively low resolution of, for example, 8.10 or 12 bits. Such converter modules are available inexpensively, quickly and reliably. To determine the pressure difference values, however, this resolution may not be sufficient.
  • the electrical analog signal of the pressure sensor is first converted to a first digital signal having, for example, a resolution of 8, 10 or 12 bits.
  • the first digital signal is in turn converted into an analog so-called offset signal, which is subtracted for example by means of a differential amplifier of the electrical analog signal of the pressure sensor.
  • the thus obtained analog differential signal can in turn, preferably in an amplified form, another 8, 10 or 12 bit analog-to-digital converter are supplied, which forms the second digital signal from the difference signal.
  • a higher resolution digital signal of, for example, 15 bits can be formed.
  • the electrical analog signal can be detected considerably more accurately than with resolution accuracies customary in the vehicle sector.
  • conventional low-resolution analog-to-digital converters can be used.
  • a cost-effective and very accurate detection of the pressure values is possible.
  • a fuel pressure pump which pumps fuel into the pressure pipe.
  • the fuel pump is controlled so that it does not pump fuel into the pressure tube in a period from a start of detecting the plurality of first pressure values until the end of detection of the plurality of second pressure values.
  • the pressure in the pressure pipe should be changed solely on the basis of the amount of fuel discharged from the injection valve. Accordingly, in the period in which the plurality of first pressure values are detected, the amount of fuel is injected through the injection valve and the plurality of second pressure values are detected, no fuel should be fed into the pressure tube.
  • the injection amount difference includes a difference between a first injection quantity injected into any first cylinder of the plurality of cylinders and a second injection amount injected into another second cylinder of the plurality of cylinders.
  • the internal combustion engine comprises a pressure pipe.
  • an injection amount difference between at least the first cylinder and the second cylinder is determined as described above, and valve timing intervals of the injectors are adjusted depending on the determined injection amount difference. Due to the robust determination of the injection quantity difference between the cylinders, an injection quantity equalization can be performed reliably. Since the predetermined pressure difference values are related to the injection quantities, the injection quantities may be corrected based on the pressure difference values.
  • an apparatus for determining an injection amount difference in a multi-cylinder engine includes a difference between a first injection quantity in a first cylinder of the plurality of cylinders and a second injection quantity in a second cylinder of the plurality of cylinders.
  • the internal combustion engine includes a pressure tube for supplying fuel to injectors of at least the first and second cylinders.
  • the device for determining the injection quantity difference comprises at least one pressure sensor, which is arranged in the pressure tube for detecting fuel pressure values in the pressure tube, and a processing unit which is connected to the at least one pressure sensor is coupled.
  • the processing unit is configured to detect, for at least the first cylinder and the second cylinder, a plurality of temporally successive first pressure values before injection into the respective cylinder with the pressure sensor and to detect a plurality of chronologically successive second pressure values which after injection into the cylinder in the cylinder Pressure tube prevail.
  • the multiple first pressures are statistically analyzed and the multiple second pressures are statistically analyzed.
  • a pressure difference value for the respective cylinder is determined when the plurality of first pressure values and the plurality of second pressure values satisfy a predetermined statistical characteristic determined in the statistical analysis of the first and second pressure values.
  • a pressure difference value can be determined for each of the first cylinder and the second cylinder.
  • the injection amount difference between the first cylinder and the second cylinder is determined depending on the pressure difference value of the first cylinder and the pressure difference value of the second cylinder because the pressure difference value and the injected fuel amount are in proportion to each other.
  • the device described above can be designed to carry out the method described above or one of its embodiments, so that the device also has the advantages listed in connection with the previously described method.
  • Fig. 1 schematically shows an internal combustion engine 1 with four cylinders 2-5, which in each case an injection valve 6-9 is assigned.
  • the injection valves 6-9 are, for example, electrically controlled injection valves, which release or block a fuel flow through the injection valve due to an electrical activation.
  • the Eirispritzventile 6-9 are connected via respective lines 10-13 associated with a common pressure pipe 14.
  • the injection valves 6-9 communicate with the interior spaces of the cylinders 2-5.
  • fuel pump 15 fuel is passed from a fuel tank via a line 16 into the pressure tube 14.
  • the fuel pump 15 builds when pumping the fuel, a pressure in the pressure tube 14, which is sufficiently large to inject the fuel with open injectors 6-9 in the cylinder 2-5.
  • a pressure sensor 17 is arranged, which provides a corresponding analog voltage signal in dependence on the pressure prevailing in the pressure tube 14 fuel pressure. This voltage signal is supplied via an electrical line 18 to a processing unit 19. In the processing unit 19, the fuel pressure corresponding electrical signal of the pressure sensor 17 is digitized and further processed, for example by means of a digital controller or a microprocessor. In the Fig. 1 dakare arrangement with the common pressure tube 14 for the injectors 7-9 is also referred to as common rail injection.
  • the injection of fuel into the individual cylinders results from scattering, in particular the mechanical properties of the injection device, for example the injection valves 6-9, in the case of, for example, a diesel engine with the common pressure pipe 14, a systematic error.
  • the injection device for example the injection valves 6-9
  • a systematic error due to manufacturing tolerances of the injectors 6-9 and different wear or aging phenomena with the same injection duration and otherwise identical boundary conditions different fuel quantities for combustion in the individual cylinders 2-5 are supplied.
  • the different amounts of fuel lead to a different line output of the individual cylinders 2-5, whereby a smooth running of the internal combustion engine 1 can be impaired and an amount of harmful exhaust gas components can be increased.
  • the consumption of the internal combustion engine can be increased by the different injection quantities.
  • a pressure difference between a pressure before and a pressure after an injection is determined individually for each cylinder with the aid of the pressure sensor 17.
  • the pressure difference i. the pressure drop in the pressure pipe 14 which occurs during the injection process is directly related to the amount of fuel injected during the injection process.
  • the pressure in the pressure pipe 14 before the injection is compared with the pressure in the pressure pipe 14 after the injection.
  • the pressure in the pressure tube 14 prior to injection remains substantially at one level, a so-called pressure plateau, and also the pressure in the pressure tube 14 after injection remains substantially at a further level or pressure plateau.
  • transient disturbances can occur in these print plateaus, for example in the form of pressure peaks which occur due to ignition events.
  • Fig. 2 shows a pressure curve 21 (solid line) before and after an injection process 22. Clearly visible are the pressure plateau 23 before the injection 22 and the pressure plateau 24 after the injection 22. From the pressure difference between the pressure plateaus 23 and 24, a pressure difference 25 can be determined , which can be used as a measure of the injected fuel quantity in the corresponding cylinder. How out Fig. 2 As can further be seen, the pressure variation within the plateaus 23 and 24 varies. By filtering the pressure values, these fluctuations can be reduced as in Fig. 2 is shown by the dashed line 26. An average pressure value 27 of the pressure plateau 23 before the injection can be determined, for example, by averaging the filtered pressure values 26 in a suitable region before the injection 22.
  • a mean pressure value 28 may be determined by averaging the filtered pressure values 26 in a suitable region of the pressure plateau 24 after the injection 22.
  • the appropriate areas before and after the injection 22 are selected with a predetermined safety margin at the time of injection, so that pressure values changed by the injection do not enter into the determination of the pressure difference 25.
  • FIGS. 3A and 3B show possible histograms, which can arise on the basis of the pressure values. Annex of the histogram can then be decided whether the pressure values are plausible or not.
  • Fig. 3A shows, for example, a frequency distribution of the pressure values, which essentially corresponds to a normal distribution.
  • a frequency distribution as in Fig. 3A occur, which essentially corresponds to the normal distribution.
  • the pressure values can therefore be classified as plausible.
  • Fig. 3B shows a frequency distribution, which is not riormalverteift, but has two distribution centers.
  • Such a non-normally distributed frequency distribution is not plausible and therefore there is the danger that a mean value determined from the pressure values is not suitable for determining the pressure difference and the injection quantity. Consequently, a measurement is discarded if an implausible frequency distribution is determined based on the histogram.
  • a corresponding histogram is created for the pressure values of the pressure plateau 24 after the injection 22 and analyzed for its plausibility. If pressures from one of the 23rd or 24th plateaus are considered implausible, the entire measurement is discarded. As a result, faulty control due to erroneous measured values can be avoided.
  • Fig. 2 Furthermore, it can be seen that the pressure in a wide pressure range must be detected with high accuracy. Since the evaluation of the pressure values detected by the pressure sensor 17 is usually carried out by means of digital control, the analog signals provided by the pressure sensor 17 are to be converted into corresponding digital signals with as high a resolution as possible. In addition, a high speed in the conversion of the analog signals of the sensor 17 into corresponding digital signals is required in order to achieve a suitably high sampling frequency of the pressure curve in the pressure tube 14. For cost and reliability reasons, in the automotive environment usually only analog-to-digital converter modules with a relatively low resolution of typically 8, 10 or 12 bits are used. These converter modules usually have a sufficiently high conversion speed, but the relatively low resolution is generally insufficient for the method described above.
  • the processing unit 19 comprises a microcontroller 40, which has several Analog-to-digital converter inputs 41-43 for several analog-to-digital converters ADC1, ADC2 and ADC3 Each of the analog-to-digital converters has, for example, a resolution of 10 or 12 bits.
  • the voltage signal Ue is supplied on the one hand via the input 41 to the ADC1 1 and additionally guided via an impedance transformer 44 to an amplifier 45.
  • An offset voltage U offset for the amplifier 45 is set via a digital-to-analog converter-built DAC 46.
  • an amplified signal section of the voltage signal Ue can be converted into a corresponding digital signal at the input 42 of the ADC2.
  • the offset voltage is applied to the microcontroller 40 for control purposes.
  • the adjustment of the offset voltage U offset takes place via an output 47 of the microcontroller 40, which controls the digital-to-analog converter 46.
  • This in Fig. 4 shown circuit example can be simplified by a replacement of the continuous adjustment of the offset voltage U offset by an adjustment of discrete offset voltages.
  • the control measurement of the offset voltage in the microcontroller 40 can be omitted.
  • a voltage signal Ue in the range of 0-5 volts should be detected with a high resolution. This is achieved by amplifying the signal by a factor of 4.5 and extracting it in eight measurement areas of 12 bits each. The measuring ranges overlap each other by half their size.
  • the output of the ADC2 is read, for example, in the 1 ms interval and the values are stored in a corresponding buffer. The selection of the measuring ranges 0-7 of the Fig.
  • FIG. 1 shows a vehicle 60 with the internal combustion engine 1 and a device 61 for determining a injection quantity difference in the internal combustion engine 1.
  • the device 61 comprises, for example, the components 17-19 of FIG Fig. 1 ,
  • the device 61 may further include an engine controller for the engine 1, and individually set the injection amounts of the individual cylinders 2-5 based on the determined injection amount difference, thereby achieving injection quantity equalization of the cylinders 2-5.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (61) zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor (1) mit mehreren Zylindern (2-5). Der Verbrennungsmotor (1) umfasst ein Druckrohr (14) zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen (6-9) der mehreren Zylinder (2-5). Für zumindest einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder der mehreren Zylinder (2-5) werden jeweils mehrere zeitlich aufeinanderfolgende erste Druckwerte (23) in dem Druckrohr (14) vor einer Kraftstoffeinspritzung (22) in den jeweiligen Zylinder erfasst und mehrere zeitlich aufeinanderfolgende zweite Druckwerte (24) in dem Druckrohr (14) nach der Kraftstoffeinspritzung (22) in den jeweiligen Zylinder erfasst. Die mehreren ersten Druckwerte (23) und die mehreren zweiten Druckwerte (24) werden jeweils für den jeweiligen Zylinder statistisch analysiert und ein Druckdifferenzwert (25) wird für den jeweiligen Zylinder auf der Grundlage der mehreren ersten Druckwerte (23) und der mehren zweiten Druckwerte (24) bestimmt, wenn die mehreren ersten Druckwerte (23) und die mehreren zweiten Druckwerte (24) vorbestimmte statistische Eigenschaften erfüllen. In Abhängigkeit von den Druckdifferenzwerten (25) der jeweiligen Zylinder werden Einspritzmengenunterschiede zwischen den Zylindern bestimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern und eine entsprechenden Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor und eine entsprechende Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Bestimmung und Verringerung des Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit einem gemeinsamen Druckrohr, welches Kraftstoff zu Einspritzventilen der mehreren Zylinder leitet. Einspritzsysteme mit einem derartigen Druckrohr werden auch als Common Rail-Einspritzsysteme bezeichnet.
  • Bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern trägt üblicherweise jeder der Zylinder einen Anteil zur Gesamtleistung des Motors bei. Üblicherweise wird dabei angestrebt, dass jeder Zylinder einen gleichen Anteil zur Gesamtleistung des Motors beiträgt. Dadurch können beispielsweise Emissionen, insbesondere eine Partikelemisslon und eine CO-Emission, verringert werden, ein Verbrauch reduziert werden und eine höhere Laufruhe erreicht werden. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, dass jedem Zylinder eine gleiche Kraftstoffmenge zur Verfügung gestellt wird. Derartige Bestrebungen sind bei Einspritzmotoren unter dem Begriff der Einspritzmengengleichstellung bekannt.
  • In diesem Zusammenhang ist aus der JP 62186034 A eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei welcher in entsprechende Zylinder eingespritzte Kraftstoffmengen ausgeglichen vierden, um Drehmomentschwankungen zu vermeiden. Dabei wird eine tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge aus einer Änderung eines Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffpfad vor und nach einer Einspritzung berechnet, um die grundlegende Einspritzmenge gemäß dem Ergebnis der Berechnung zu korrigieren. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen Kraftstoffausgangsanschluss einer Kraftstoffpumpe auf, welcher mit einem Kraftstoffeinspritzventil über einen Kraftstoffpfad verbunden ist, welcher vorzugsweise ein Kraftstoffdrucksammelrohr aufweist, welches gemeinsam für jeden Zylinder und auf dem Weg dazwischen angeordnet ist. Ein Kraftstoffdrucksensor zum Erfassen eines Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffpfad ist in dem Kraftstoffdrucksammeirohr vorgesehen. Auf der Grundlage der Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors wird eine Änderung des Drucks vor und nach einer Einspritzung bestimmt, um die tatsächliche Einspritzmenge zu berechnen und die grundlegende Einspritzmenge zu korrigieren.
  • Voraussetzung für eine derartige Einspritzdruck-basierte Einspritzmengengteichsteitung ist eine möglichst genaue Erfassung des Drucks in dem Druckrohr. Eine entsprechende Verarbeitung der Druckwerte in dem Druckrohr erfolgt üblicherweise in einer digitalen Steuereinheit. Daher ist in diesem Zusammenhang eine möglichst genaue Wandlung analoger Druckwerte in entsprechende Digitalwerte erforderlich. In diesem Zusammenhang ist aus der JP 06101550 A ein Verfahren bekannt, um die Steuergenauigkeit einer Drosselklappensteuervomchtung einer Fahrzeugverbrennungskraftmaschine zu erhöhen. Eine Drosselklappenposltionssensorausgangsspannung, welche die aktuellen Position einer Drosselklappe anzeigt, wird in einem unteren Drosselklappenpositionsbereich erfasst und die Ausgabe eines Erfassungsmittels zum Erfassen der Steuerposition der Drosselklappe wird derart verstärkt, dass die Genauigkeit einer Rückkopplungssteuerung der Drosselldappenposition durch einen Aktuator verstärkt wird. Die Genauigkek der Steuerung, wenn eine Leerlaufgeschwindigkeitssteuerungsfunktion und eine erste Leerlaufsteuerungsfunktion verwendet werden, wird dadurch erhöht und die Stabilität der Leeriaufgeschwindigkeitkann sichergestellt werden. Weiterhin ist in diesem Zusammenhang aus der US 5,746,178 ein Drosselklappensteuersystem bekannt, welches verhindert, dass eineAusgabe eines Drosselklappensensors an einem Umschaltpunkt des Drosselklappensensors diskontinuierlich wird, und erreicht dadurch eine kontinuierliche Ausgabe über den gesamten Bereich der Sensorausgabe und dementsprechend kann eine hochgenaue Drosselklappensteuerung durchgeführt werden. Das System umfasst einen ersten Analog-Digital-Wandler zum Wandeln eines Ausgangssigrials eines Drosselklappensensors in ein Digitalsignal, einen Verstärker zum Verstärken des Ausgangssignals des Drosselklappensensors, einen zweiten Analog-Digital-Wandler zum Wandeln des verstärkten Ausgangssigrials in ein Digitalsignal und einen Verstärkungsfaktoreinsteller zum Empfangen von Ausgaben von dem einen oder dem anderen der Analog-Digital-Waridler und zum Skalleren des empfangenen Ausgangssignals. Eine Korrektur wird für den Verstärkungsfaktor des Einstellers bereitgestellt, wodurch ein kontinuierliches tatsächliches öffnungsgradsignal ohne Stufen über den gesamten Bereich der Drosselklappensensorausgabe erzielbar ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Mengengleichstellung bereitzustellen, welches Insbesondere eine hohe Systemrobustheit aufweist, so dass das Verfahren auch beispielsweise im Falle einer Ventilverkokung oder gealterter Ventilen zuverlässig arbeitet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern nach
  • Anspruch 1, ein Verfahren zur Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern nach Anspruch 10, eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern nach Anspruch 11 und ein Fahrzeug nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Der Einspritzmengenunterschied umfasst einen Unterschied zwischen einer ersten Einspritzmenge in einen ersten Zylinder der mehreren Zylinder und einer zweiten Einspritzmenge in einen zweiten Zylinder der mehreren Zylinder. Bei einem Verbrennungsmotor mit mehr als zwei Zylindern, beispielsweise vier Zylindern oder sechs Zylindern, kann der Einspritzmengenunterschied zwischen zwei beliebigen der vier oder sechs Zylinder bestimmt werden oder der Einspritzmengenunterschied zwischen einem Referenzzylinder und einem beliebigen weiteren Zylinder bestimmt werden. Der Verbrennungsmotor umfasst weiterhin ein Druckrohr zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen von zumindest dem ersten und dem zweiten Zylinder. Vorzugsweise umfasst der Verbrennungsmotor ein gemeinsames Druckrohr zur Zuführung von Kraftstoff zu den Einspritzventilen von allen Zylindern. Eine Einspritzung mit einem derartigen gen meinsamen Druckrohr wird auch als Common Rail-Einspritzung bezeichnet. Bei dem Verfahren wird zumindest für den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder, vorzugsweise für jeden Zylinder, folgendes durchgeführt: in dem jeweiligen Zylinder werden mehrere zeitlich aufeinanderfolgende erste Druckwerte In dem Druckrohr vor einer Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder erfasst und mehrere zeitlich aufeinanderfolgende zweite Druckwerte in dem Druckrohr nach der Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Zylinder erfasst. Die mehreren ersten Druckwerte werden statistisch analysiert und die mehreren zweiten Druckwerte werden statistisch analysiert. Auf der Grundlage der mehreren ersten Druckwerte und der mehreren zweite Druckwerte wird für den jeweiligen Zylinder ein Jeweiliger Differenzdruckwert bestimmt, wenn die mehreren ersten Druckwerte und die mehreren zweiten Druckwerte mindestens eine vorbestimmte statistische Eigenschaft erfüllen.
  • Somit wird für den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder, oder gegebenenfalls für jeden der mehreren Zylinder, jeweils ein Druckdifferenzwert bestimmt, sofern die zugrundeliegenden erfassten Druckwerte vorbestimmte statistische Eigenschaften erfüllen. In Abhängigkeit von dem Druckdifferenzwert des ersten Zylinders und dem Druckdifferenzwert des zweiten Zylinders wird der Einspritzmengenunterschied zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder bestimmt. Ebenso können Einspritzmengenunterschiede zwischen weiteren der mehreren Zylinder in Abhängigkeit von entsprechenden. Druckdifferenzwerten dieser Zylinder bestimmt werden. Indem die ersten und zweiten Druckwerte statistisch analysiert werden und nur dann ein Druckdifferenzwert für den jeweiligen Zylinder bestimmt wird, wenn die ersten Druckwerte und die zweiten Druckwerte bestimmte statistische Eigenschaften erfüllen, kann sichergestellt werden, dass nur Druckwerte für die Bestimmung des Einspritzmengenunterschieds berücksichtigt werden, welche nicht oder nur geringfügig störbehaftet sind. Dadurch kann eine riachgesrhallete Kraflstofldruck-basierte Einspritzmengengleichstellung auf zuverlässigen Daten arbeiten, wodurch die Robustheit der Einsphtzmengengleichstellurig erhöht werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird zum Bestimmen des Druckdifferenzwerts des jeweiligen Zylinders ein erster Druckmittelwert durch Mitteln der mehreren ersten Druckwerte und ein zweiter Druckmittelwert durch Mitteln der mehreren zweiten Druckwerte bestimmt. Der Druckdifferenzwert wird dann in Abhängigkeit von dem ersten Druckmittelwert und dem zweiten Druckmittelwert bestimmt. Da der Druckdifferenzwert nur dann bestimmt wird, wenn die ersten und zweiten Druckwerte vorbestimmte statistische Eigenschaften erfüllen, kann der Druckdifferenzwert auf einfache Art und Weise zuverlässig anhand der Mittelwerte der ersten Druckwerte und zweiten Druckwerte bestimmt werden. Beinhalten die Druckwerte transiente Störungen, beispielsweise in Form von Signalspitzen, beispielsweise aufgrund von Zündereignissen, wird der Druckdifferenzwert nicht bestimmt und die Messung verworfen. Erfüllen die Druckwerte hingegen die vorbestimmten statistischen Eigenschaften, so steht eine ausreichende Anzahl von Druckwerten zur Verfügung, um durch Mittelung einen mittleren Druck vor der Kraftstoffeinspritzung und einen mittleren Druck nach der Kraftstoffeinspritzung zuverlässig bestimmen zu können. Auf der Grundlage der Drücke vor und nach der Kraftstoffeinspritzung kann dann der Druckdifferenzwert zuverlässig bestimmt werden Der Druckdifferenzwert steht in Beziehung zu der in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge und kann daher direkt zur Einspritzmengengleichstellung verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das statistische Analysieren der mehreren ersten Druckwerte ein Bestimmen und Analysieren eines. Histogramms der mehreren ersten Druckwerte. Ebenso kann das statistische Analysieren der mehreren zweiten Druckwerte ein Bestimmen und Analysieren eines Histogramms der mehreren zweiten Druckwerte umfassen. Das Histogramm stellt beispielswelse eine Häufigkeitsverteilung der mehreren ersten bzw. zweiten Druckwerte dar. Anhand der Häufigkeitsverteilung kann beurteilt werden, ob transiente Störungen oder Signalspitzen, beispielsweise aufgrund von Zündereignissen, die Druckwerte verfälscht haben. Beispielsweise kann die Häufigkeitsverteilung daraufhin überprüft werden, ob sie im Wesentlichen einer Normalverteilung entspricht oder nicht. Wenn die ersten bzw. zweiten Druckwerte im Wesentliche einer Normalverteilung entsprechen, liegen keine Störungen vor und die Druckdifferenz kann anhand eines Unterschieds zwischen einem Mittelwert der ersten Druckwerte und einem Mittelwert der zweiten Druckwerte bestimmt werden. Ob die Häufigkeitsverteilung im Wesentlichen einer Normalverteilung entspricht oder nicht, kann beispielsweise anhand einer Varianz der Druckwerte festgestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die mehreren ersten und zweiten Druckwerte für zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder mit einem gemeinsamen Drucksensor, welcher in dem gemeinsamen Druckrohr angeordnet ist, erfasst. Darüber hinaus können, wenn Einspritzmengenunterschiede für alle Zylinder des Verbrennungsmotors bestimmt werden sollen, die mehreren ersten und zweiten Druckwerte für jeden der mehreren Zylinder mit den gemeinsamen Drucksensor in dem gemeinsamen Druckrohr erfasst werden. Dadurch Ist eine kostengünstige Realisierung des Verfahrens mit nur einem gemeinsamen Drucksensor möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt der Drucksensor ein elektrisches Analogsignal bereit, welches einen aktuellen Druck in dem Druckrohr darstellt. Ein Druckwert des aktuellen Drucks wird aus dem elektrischen Analogsignal folgendermaßen gewonnen: das elektrische Analogsignal des Drucksensors wird in ein erstes Digitalsignal umgewandelt. In Abhängigkeit von dem ersten Digitalsignal wird ein analoges Offsetsignal erzeugt. Aus dem elektrischen Analogsignal des Drucksensors und dem Offsetsignal wird ein analoges. Differenzsignal erzeugt, welches in ein zweites Digitalsignal umgewandelt wird. Der Druckwert wird schließlich in Abhängigkeit von dem ersten Digitalsignal und dem zweiten Digitalsignal bestimmt. Insbesondere im Umfeld von Automobilen weisen Analog-Digital-Wandler-Bausteine nur eine verhältnismäßig geringe Auflösung von beispielsweise 8,10 oder 12 Bit auf. Derartige Wandlerbausteine sind kostengünstig verfügbar, schnell und zuverlässig. Zur Bestimmung der Druckdifferenzwerte reicht jedoch diese Auflösung unter Umständen nicht aus. Daher wird, wie zuvor beschrieben, das elektrische Analogsignal des Drucksensors zunächst in ein erstes Digitalsignal mit beispielsweise einer Auflösung von 8, 10 oder 12 Bit umgewandelt. Das erste Digitalsignal wird wiederum in ein analoges sogenanntes Offsetsignal umgewandelt, welches beispielsweise mithilfe eines Differenzverstärkers von dem elektrischen Analogsignal des Drucksensors abgezogen wird. Das so gewonnenen analoge Differenzsignal kann wiederum, vorzugsweise in einer verstärkten Form, einem weiteren 8, 10 oder 12 Bit Analog-Digital-Wandler zugeführt werden, welcher aus dem Differenzsignal das zweite Digitalsignal bildet. Durch Kombinieren des ersten und zweiten Digitalsignals kann ein Digitalsignal höherer Auflösung mit beispielsweise 15 Bit gebildet werden. Somit lässt sich das elektrische Analogsignal erheblich genauer erfassen als mit im Fahrzeugbereich üblichen Auflösungsgenauigkeiten. Dabei können übliche Analog-Digital-Wandler mit geringer Auflösung verwendet werden. Somit ist eine kostengünstige und sehr genaue Erfassung der Druckwerte möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Kraftstoffdruckpumpe, welche Kraftstoff in das Druckrohr pumpt, angesteuert. Die Kraftstoffpumpe wird derart angesteuert, dass sie in einem Zeitraum von einem Beginn des Erfassens der mehreren ersten Druckwerte bis zum Ende des Erfassens der mehreren zweiten Druckwerte keinen Kraftstoff in das Druckrohr pumpt. Um die von einem Einspritzventil abgegebene Kraftstoffmenge anhand des Druckabfalls in dem Druckrohr während eines Einspritzvorgangs zuverlässig bestimmen zu können, sollte der Druck in dem Druckrohr einzig aufgrund der von dem Einspritzventil abgegebenen Kraftstoffmenge verändert werden. Demzufolge sollte In dem Zeitraum, in dem die mehreren ersten Druckwerte erfasst werden, die Kraftstoffmenge durch das Einspritzventil eingespritzt wird und die mehreren zweiten Druckwerte erfasst werden, kein Kraftstoff in das Druckrohr nachgefördert werden. Durch eine geeignete Ansteuerung der Kraftstoffpumpe, wie zuvor beschrieben, kann dies auf einfache Art und Weise erreicht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Der Einspritzmengenunterschied umfasst einen Unterschied zwischen einer ersten Eirispritzmenge, welche in einen beliebigen ersten Zylinder der mehreren Zylinder eingespritzt wird, und einer zweiten Einspritzmenge, welche in einen anderen zweiten Zylinder der mehreren Zylinder eingespritzt wird. Zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen von zumindest dem ersten und dem zweiten Zylinder, vorzugsweise zu allen der mehreren Zylinder, umfasst der Verbrennungsmotor ein Druckrohr. Bei dem Verfahren wird ein Einspritzmengenunterschied zwischen zumindest dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder wie zuvor beschrieben bestimmt und Veritifensteuefzeitspannen der Einspritzventile werden in Abhängigkeit von dem bestimmten Einspritzmengenunterschied eingestellt. Aufgrund der robusten Bestimmung des Einspritzmengenunterschieds zwischen den Zylindern kann eine Einspritzmengengleichstellung zuverlässig durchgeführt werden. Da die zuvor bestimmten Druckdifferenzwerte in Beziehung zu den Einspritzmengen stehen, können die Einspritzmengen auf der Grundlage der Druckdifferenzwerte korrigiert werden.
  • Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Der Einspritzmengenunterschied umfasst einen Unterschied zwischen einer ersten Einspritzmenge in einen ersten Zylinder der mehreren Zylinder und einer zweiten Einspritzmenge in einen zweiten Zylinder der mehreren Zylinder. Der Verbrennungsmotor umfasst ein Druckrohr zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen von zumindest dem ersten und zweiten Zylinder. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Einspritzmengenunterschieds umfasst mindestens einen Drucksensor, welcher in dem Druckrohr zur Erfassung von Kraftstoffdruckwerten in dem Druerohr angeordnet ist, und eine Verarbeitungseinheit, welche mit dem mindestens einen Drucksensor gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit ist ausgestaltet, für zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder jeweils mehrere zeitlich aufeinanderfolgende erste Druckwerte vor einer Einspritzung in den jeweiligen Zylinder mit dem Drucksensor zu erfassen und mehrere zeitlich aufeinanderfolgende zweite Druckwerte zu erfassen, welche nach der Einspritzung in den Zylinder in dem Druckrohr herrschen. Die mehreren ersten Druckwerte werden statistische analysiert und die mehreren zweiten Druckwerte werden statistisch analysiert. Auf der Grundlage der mehreren ersten Druckwerte und der mehreren zweiten Druckwerte wird ein Druckdifferenzwert für den jeweiligen Zylinder bestimmt, wenn die mehreren ersten Druckwerte und die mehreren zweiten Druckwerte eine vorbestimmte statistische Eigenschaft erfüllen, welche bei der statistischen Analyse der ersten und zweiten Druckwerte bestimmt wurde. Somit kann für den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder jeweils ein Druckdifferenzwert bestimmt werden. Der Einspritzmengenunterschied zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder wird in Abhängigkeit von dem Druckdifferenzwert des ersten Zylinders und dem Druckdifferenzwert des zweiten Zylinders bestimmt, da der Druckdifferenzwert und die eingespritzte Kraftstoffmenge im Verhältnis zueinander stehen.
  • Durch Vergleichen der Druckdifferenzwerte der verschiedenen Zylinder ist es daher auf einfache Art und Weise möglich, Einspritzmengenunterschiede festzustellen und bei der Bemessung nachfolgender Einspritzmengen, beispielsweise über veränderte Ventilansteuerzeiten, zu berücksichtigen und zu korrigieren, so dass eine Mengengleichstellung erreicht werden kann. Durch das statistische Analysieren der ersten und zweiten Druckwerte können störbehaftete Messungen zuverlässig und auf einfache Art und Weise erkannt werden. Wenn Störungen erkannt wurden, können die Messwerte verworfen werden, so dass Einspritzmengenunterschiede nur auf der Grundlage von störungsarmen oder störungsfreien Messwerten bestimmt werden.
  • Darüber hinaus kann die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens oder einer seiner AusfOhrungsformen ausgestaltet sein, so dass die Vorrichtung auch die Im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren aufgeführten Vorteile aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden.
    • Fig. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 2 zeigt einen Kraftstoffdruckverlauf in einem Druckrohr vor und nach einem Einspritzvorgang.
    • Fig. 3A und Fig. 3B zeigen Histogramme von Kraftstoffdruckwerten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 4 zeigt schematisch eine Schaftüng zur Digitalisierung von einem Drucksensorsignal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 5 zeigt eine Aufteilung eines Messbereichs zum Erfassen von Druckwerten mit der in Fig. 4 gezeigten Schaltung in acht Abschnitte.
    • Flg. 6 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Einsprltzmengenunterschieds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1 mit vier Zylindern 2-5, welchen jeweils ein Einspritzventil 6-9 zugeordnet ist. Die Einspritzventile 6-9 sind beispielsweise elektrisch gesteuerte Einsprizventile, welche aufgrund einer elektrischen Ansteuerung einen Kraftstofffluss durch das Einspritzventil freigeben oder sperren. Eingangsseitig sind die Eirispritzventile 6-9 über jeweils zugeordnete Leitungen 10-13 mit einem gemeinsamen Druckrohr 14 verbunden. Ausgangsseitig stehen die Einspritzventile 6-9 mit den Innenräumen der Zylinder 2-5 in Verbindung. Mithilfe einer Kraftstoffpumpe 15 wird Kraftstoff von einem Kraftstofftank über eine Leitung 16 in das Druckrohr 14 geleitet. Die Kraftstoffpumpe 15 baut beim Pumpen des Kraftstoffs einen Druck in dem Druckrohr 14 auf, welcher ausreichend groß ist, um den Kraftstoff bei geöffneten Einspritzventilen 6-9 in die Zylinder 2-5 zu spritzen. In dem Druckrohr 14 ist ein Drucksensor 17 angeordnet, welcher in Abhängigkeit von dem in dem Druckrohr 14 herrschenden Kraftstoffdruck ein entsprechendes analoges Spannungssignal bereitstellt. Dieses Spannungssignal wird über eine elektrische Leitung 18 einer Verarbeitungseinheit 19 zugeführt. In der Verarbeitungseinheit 19 wird das dem Kraftstoffdruck entsprechende elektrische Signal des Drucksensors 17 digitalisiert und beispielsweise mithilfe einer digitalen Steuerung oder einem Mikroprozessor weiterverarbeitet. Die in Fig. 1 dagestellte Anordnung mit dem gemeinsamen Druckrohr 14 für die Einspritzventile 7-9 wird auch als Common Rail-Einspritzung bezeichnet.
  • Bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern ergibt sich bei der Einspritzung von Kraftstoff in die einzelnen Zylinder durch Streuungen insbesondere der mechanischen Eigenschaften der Einspritzvorrichtung, beispielsweise der Einspritzventile 6-9, bei beispielsweise einem Dieselmotor mit dem gemeinsamen Druckrohr 14 ein systematischer Fehler. Beispielsweise können aufgrund von Fertigungstoleranzen der Einspritzventile 6-9 und unterschiedlicher Abnutzung bzw. Alterungserscheinungen bei gleicher Einspritzdauer und ansonsten identischen Randbedingungen unterschiedliche Kraftstoffmengen für die Verbrennung in die einzelnen Zylindern 2-5 zugeführt werden. Die unterschiedlichen Kraftstoffmengen führen zu einer unterschiedlichen Leitungsabgabe der einzelnen Zylinder 2-5, wodurch eine Laufruhe des Verbrennungsmotors 1 beeinträchtigt werden kann und eine Menge an schädlichen Abgaskomponenten erhöht werden kann. Darüber hinaus kann der Verbrauch des Verbrennungsmotors durch die unterschiedlichen Einspritzmengen erhöht werden. Um die Einspritzmengen der einzelnen Zylinder 2-5 aneinander anzugleichen, ist es zunächst erfarderlich, die Einspritzmengenunterschiede zwischen den Zylindern 2-5 zu bestimmen.
  • Zur Bestimmung der Einspritzmenge wird eine Druckdifferenz zwischen einem Druck vor und einem Druck nach einer Einspritzung zylinderindividuell mithilfe des Drucksensors 17 bestimmt. Die Druckdifferenz, d.h. der Druckabfall in dem Druckrohr 14, welcher während des Einspritzvorgangs auftritt, steht in direkter Beziehung zu der bei dem Einspritzvorgang eingespritzten Kraftstoffmenge. Dazu wird der Druck In dem Druckrohr 14 vor der Einspritzung mit dem Druck in dem Druckrohr 14 nach der Einspritzung verglichen. Für eine gewisse Zeit bleibt der Druck in dem Druckrohr 14 vor der Einspritzung im Wesentlichen auf einem Niveau, einem so genannten Druckplateau, und ebenso bleibt der Druck in dem Druckrohr 14 nach der Einspritzung im Wesentlichen auf einem weiteren Niveau oder Druckplateau. In diesen Druckplateaus können jedoch transiente Störungen auftreten, beispielsweise in Form von Druckspitzen, welche durch Zündereignisse auftreten.
  • Fig. 2 zeigt einen Druckverlauf 21 (durchgezogene Linie) vor und nach einem Einspritzvorgang 22. Deutlich zu erkennen sind das Druckplateau 23 vor der Einspritzung 22 und das Druckplateau 24 nach der Einspritzung 22. Aus dem Druckunterschied zwischen den Druckplateaus 23 und 24 kann eine Druckdifferenz 25 bestimmt werden, welche als Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge in den entsprechenden Zylinder verwendet werden kann. Wie aus Fig. 2 weiterhin ersichtlich ist, schwankt der Druckverlauf innerhalb der Plateaus 23 und 24. Durch eine Filterung der Druckwerte können diese Schwankungen verringert werden, wie in Fig. 2 durch die gestricheite Linie 26 dargestellt ist. Ein mittlerer Druckwert 27 des Druckplateaus 23 vor der Einspritzung kann beispielsweise durch eine Mittelung der gefilterten Druckwerte 26 in einem geeigneten Bereich vor der Einspritzung 22 bestimmt werden. Ebenso kann ein mittlerer Druckwert 28 durch Mittelung der gefilterten Druckwerte 26 in einem geeigneten Bereich des Druckplateaus 24 nach der Einspritzung 22 bestimmt werden. Die geeigneten Bereiche vor und nach der Einspritzung 22 werden mit einem vorbestimmten Sicherheitsabstand zum Einspritzzeitpunkt gewählt, so dass durch die Einspritzung veränderte Druckwerte nicht in die Bestimmung der Druckdifferenz 25 eingehen.
  • Durch die Filterung können transiente Störungen im Bereich der Druckplateaus 23 und 24 beseitigt werden. Nichtsdestotrotz können sowohl transiente Störungen als auch Signalspitzen im
  • Bereich der Druckplateaus 23 und 24 die Messung verfälschen, so dass daraus fehlerhafte mittlere Druckwerte 27 und 28 resultieren. Um dies zu vermeiden, werden die gemessenen Druckwerte vor der Einspritzung 22 und die gemessenen Druckwerte nach der Einspritzung 22 jeweils einer statistischen Analyse unterzogen. Anhand der statistischen Analyse wird bestimmt, ob die erfassten Druckwerte plausibel sind oder nicht. Dazu werden die Druckwerte des Plateaus 23 vor der Einspritzung 22 beispielsweise in ein Histogramm eingetragen. Fig. 3A und 3B zeigen mögliche Histogramme, welche auf der Grundlage der Druckwerte entstehen können. Anhang des Histogramms kann dann entschieden werden, ob die Druckwerte plausibel sind oder nicht. Fig. 3A zeigt beispielsweise eine Häufigkeitsverteilung der Druckwerte, welche im Wesentlichen einer Normalverteilung entspricht. Wenn keine Signalspitzen und nur geringe transiente Störungen in dem Druckplateau 23 vorhanden sind, wird üblicherweise eine Häufigkeitsverteilung wie in Fig 3A auftreten, welche im Wesentlichen der Normalverteilung entspricht. Die Druckwerte können demzufolge als plausibel eingestuft werden. Fig. 3B zeigt eine Häufigkeitsverteilung, welche nicht-riormalverteift ist, sondern zwei Verteilungsschwerpunkte aufweist. Eine derartige nicht-normalverteilte Häufigkeitsverteilung ist nicht plausibel und daher besteht die Gefahr, dass ein aus den Druckwerten bestimmter Mittelwert nicht für die Bestimmung der Druckdifferenz und der Einspritzmenge geeignet ist. Demzufolge wird eine Messung verworfen, wenn anhand des. Histogramms eine nicht plausible Häufigkeitsverteilung festgestellt wird. Ebenso wird für die Druckwerte des Druckplateaus 24 nach der Einspritzung 22 ein entsprechendes Histogramm erstellt und auf seine Plausibilität hin analysiert. Wenn Druckwerte von einem der Plateaus 23. oder 24 als nicht plausibel eingestuft werden, wird die gesamte Messung verworfen. Dadurch können Fehlsteuerungen aufgrund von fehlerhaften Messwerten vermieden werden.
  • Wie aus Fig. 2 weiterhin ersichtlich ist, muss der Druck in einem weiten Druckbereich mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Da die Auswertung der von dem Drucksensor 17 erfassten Druckwerte üblicherweise mithilfe einer digitalen Steuerung durchgeführt wird, sind die von dem Drucksensor 17 bereitgestellten Analogsignale mit einer möglichst hohen Auflösung in entsprechende Digitalsignale umzuwandeln. Darüber hinaus ist eine hohe Geschwindigkeit bei der Umwandlung der analogen Signale des Sensors 17 in entsprechende digitale Signale erforderlich, um eine geeignet hohe Abtastfrequenz des Druckverlaufs in dem Druckrohr 14 zu erreichen. Aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen werden im Automotive-Umfeld üblicherweise nur Analog-Digital-Wandler-Bausteine mit einer relativ geringen Auflösung von typischerweise 8, 10 oder 12 Bit verwendet. Diese Wandlerbausteine weisen üblicherweise eine ausreichend hohe Wandelgeschwindigkeit auf, die relativ geringe Auflösung reicht jedoch für das zuvor beschriebene Verfahren im Allgemeinen nicht aus. Daher wird das Spannungssignal, welches von dem Drucksensor 17 über die Leitung 18 zu der Verarbeitungseinheit 19 übertragen wird, mit beispielsweise der in Fig. 4 dargestellten Schaltung in einen entsprechenden Digitalwert umgewandelt. Dazu umfasst die Verarbeitungseinheit 19 einen Mikrocontroller 40, welcher mehrere Analog-Digital-Wandlereingänge 41-43 für mehrere Analog-Digital-Wanider ADC1, ADC2 und ADC3 aufweist Jeder der Analog-Digital-Wandler weist beispielsweise eine Auflösung von 10 oder 12 Bit auf. Das Spannungssignal Ue wird einerseits über den Eingang 41 dem ADC1 1 zugeführt und zustätzlich über einen lmpedanzwandler 44 an einen Verstärker 45 geführt. Eine Offsetspannung UOffset für den Verstärker 45 wird über einen Digital-Analog-Wandler-Bausten DAC 46 eingestellt. Dadurch kann an dem Eingang 42 des ADC2 ein verstärkter Signalausschnitt des Spannungssignals Ue in ein entsprechendes Digitalsignal umgewandelt werden. Am Eingang 43 liegt die Offsetspannung zur Kontrolle an dem Mikrocontroller 40 an. Die Einstellung der Offsetspannung UOffset erfolgt über einen Ausgang 47 des Mikrocontrollers 40, weicher den Digital-Analog-Wandler 46 steuert. Das in Fig. 4 gezeigte Schaltungsbeispiel kann durch einen Ersatz der kontinuierlichen Einstellung der Offsetspannung UOffset durch eine Einstellung von diskreten Offsetspannungen vereinfacht werden. Zudem kann die Kontrollmessung der Offsetspannung in dem Mikrocontroller 40 entfallen.
  • Eine mögliche Unterteilung des Spannungsmessbereichs durch die Einrichtung eines stufenweise parametrierbaren Spannungsoffsets und einer festen Verstärkung des Spannungssignals Ue ist In Fig. 5 dargestellt. Beispielsweise soll ein Spannungssignal Ue im Bereich von 0-5 Volt mit einer hohen Auflösung erfasst werden. Dies wird durch Verstärkung des Signals um den Faktor 4,5 und ausschnittsweiser Erfassung in acht Messbereichen zu je 12 Bit erreicht. Die Messbereiche überlappen sich jeweils um die Hälfte ihrer Größe. Der Ausgang des ADC2 wird beispielsweise im Raster von 1 ms ausgelesen und die Werte in einem entsprechenden Puffer abgelegt. Die Auswahl der Messbereiche 0-7 der Fig. 5 erfolgt in Abhängigkeit einer Messung des Spannungssignals Ue mithilfe des Analog-Digital-Wandlers ADC1 und einer entsprechenden Einstellung des Digital-Analog-Wandlers DAC 46. Mithilfe der Schaltung der Fig. 4 kann die Auflösung bei der Digitalisierung des Drucksensorsignals Ue erheblich verbessert werden, ohne dass die Wandlungszeiten erheblich vergrößert werden. Somit ist eine kostengünstige und genaue Erfassung von Druckwerten in dem Druckrohr 14 mit üblichen Analog-Digital-Wandlem möglich.
  • Fig. 6 zeigt schließlich ein Fahrzeug 60 mit dem Verbrennungsmotor 1 und einer Vorrichtung 61 zur Bestimmung eines Einsprifzmengenunterschieds bei dem Verbrennungsmotor 1. Die Vorrichtung 61 umfasst beispielsweise die Komponenten 17-19 der Fig. 1. Die Vorrichtung 61 kann weiterhin eine Motorsteuerung für den Verbrennungsmotor 1 umfassen und auf Grundlage des bestimmten Einspritzmengenunterschieds die Einspritzmengen der einzelnen Zylinder 2-5 individuell einstellen, um somit eine Einspritzmengengleichstellung der Zylinder 2-5 zu erreichen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei der Einspritzmengenunterschied einen Unterschied zwischen einer ersten Einspritzmenge in einen ersten Zylinder der mehreren Zylinder (2-5) und einer zweiten Einspritzmenge in einen zweiten Zylinder der mehreren Zylinder (2-5) umfasst, wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Druckrohr (14) zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen (6-9) von zumindest dem ersten und zweiten Zylinder umfasst, wobei das Verfahren umfasst:
    - für zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder jeweils:
    - Erfassen mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender erster Druckwerte (23) in dem Druckrohr (14) vor einer Kraftstoffeinspritzung (22) in den Zylinder,
    - Erfassen mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender zweiter Druckwerte (24) in dem Druckrohr (14) nach der Kraftstoffeinspritzung (22) in den Zylinder,
    - statistisches Analysieren der mehreren ersten Druckwerte (23),
    - statistisches Analysieren der mehreren zweiten Druckwerte (24), und
    - Bestimmen eines Druckdifferenzwerts (25) für den Zylinder auf der Grundlage der mehrerer ersten Druckwerte (23) und der mehreren zweiten Druckwerte (24), wenn die mehreren ersten Druckwerte (23) und die mehreren zweiten Druckwerte (24) mindestens eine vorbestimmte statistische Eigenschaft erfüllen, und
    - Bestimmen des Einspritzmengenunterschieds in Abhängigkeit von dem Druckdifferenzwert (25) des ersten Zylinders und dem Druckdifferenzwert (25) des zweiten Zylinders.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des Druckdifferenzwerts (25) umfasst:
    - Bestimmen eines ersten Druckmittelwerts (27) durch Mitteln der mehreren ersten Druckwerte (23),
    - Bestimmen eines zweiten Druckmittelwerts (28) durch Mitteln der mehreren zweiten Druckwerte (24), und
    - Bestimmen des Druckdifferenzwerts (25) in Abhängigkeit von dem ersten Druckmittelwert (27) und dem zweiten Druckmittelwert (28).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das statistische Analysieren der mehreren ersten Druckwerte (23) ein Bestimmen und Analysieren eines Histogramms der mehreren ersten Druckwerte (23) umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das statistische Analysieren der mehreren zweiten Druckwerte (24) ein Bestimmen und Analysieren eines Histogramms der mehreren zweiten Druckwerte (24) umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Bestimmen und Analysieren des Histogramms umfasst:
    - Bestimmen eines Histogramms, welches eine Häufigkeitsverteilung der mehreren Druckwerte (23, 24) darstellt, und
    - Bestimmen, ob die Häufigkeitsverteilung im Wesentlichen einer Normalvertellung entspricht oder nicht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden ersten Druckwerte (23) und die mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Druckwerte (24) für zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder in einem gemeinsamen Druckrohr (14) zur Zuführung von Kraftstoff zu den Einspritzventilen (6-9) von zumindest dem ersten und zweiten Zylinder erfasst werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren ersten (23) und zweiten Druckwerte (24) für zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder mit einem gemeinsamen Drucksensor (17), welcher in dem gemeinsamen Druckrohr (14) angeordnet ist, erfasst werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Drucksensor (17) ein einen aktuellen Druck darstellendes elektrisches Analogsignal Ue bereitstellt, wobei ein Erfassen eines Druckwerts der mehreren ersten (23) oder zweiten Druckwerte (24) mit dem in dem Druckrohr (14) angeordneten Drucksensor (17) umfasst:
    - Umwandeln des elektrischen Analogsignals Ue des Drucksensors (17) in ein erstes Digitalsignal,
    - Erzeugen eines analogen Offset-Signais UOffset in Abhängigkeit von dem ersten Digitalsignal,
    - Erzeugen eines analogen Differenzsignals aus dem elektrischen Analogsignal Ue des Drucksensors (17) und dem Offset-Signal UOffset,
    - Umwandeln des Differenzsignals in ein zweites Digitalsignal, und
    - Bestimmen des Druckwerts in Abhängigkeit von dem ersten Digitalsignal und dem zweiten Digitalsignal.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Ansteuern einer Kraftstoffdruckpumpe (15), welche Kraftstoff In das Druckrohr (14) pumpt, wobei die Kraftstoffpumpe (15) derart angesteuert wird, dass sie in einem Zeitraum von dem Erfassen der mehreren ersten Druckwerte (23) bis zum Erfassen der mehreren zweiten Druckwerte (24) keinen Kraftstoff in das Druckrohr (14) pumpt.
  10. Verfahren zur Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei ein Einspritzmengenunterschied einen Unterschied zwischen einer ersten Einspritzmenge in einen ersten Zylinder der mehreren Zylinder (2-5) und einer zweiten Einspritzmenge in einen zweiten Zylinder (2-5) der mehreren Zylinder umfasst, wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Druckrohr (14) zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen (6-9) von zumindest dem ersten und zweiten Zylinder umfasst, wobei das Verfahren umfasst:
    - Bestimmen eines Einspritzmengenunterschieds zwischen zumindest dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und
    - Einstellen von Ventilansteuerzeitspannen der Elnsprlizventile (6-9) in Abhängigkeit von dem bestimmten Einspritzmengenunterschied.
  11. Vorrichtung zur Bestimmung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei der Einspritzmengenunterschied einen Unterschied zwischen einer ersten Einspritzmenge in einen ersten Zylinder der mehreren Zylinder (2-5) und einer zweiten Einspritzmenge in einen zweiten Zylinder der mehreren Zylinder (2-5) umfasst, wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Druckrohr (14) zur Zuführung von Kraftstoff zu Einspritzventilen (6-9) von zumindest dem ersten und zweiten Zylinder umfasst, wobei die Vorrichtung (61) umfasst:
    - mindestens einen Drucksensor (17), welcher In dem Druckrohr (14) zur Erfassung von Kraftstoffdruckwerten In dem Druckrohr (14) angeordnet ist, und
    - eine Verarbeitungseinheit (19), welche mit dem mindestens einen Drucksensor (17) gekoppelt ist und welche ausgestaltet ist,
    für zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder jeweils:
    mehrere zeitlich aufeinanderfolgende erste Druckwerte (23) vor einer Einspritzung (22) in den Zylinder mit dem mindestens einen Drucksensor (17) zu erfassen,
    mehrere zeitlich aufeinanderfolgende zweite Druckwerte (24) nach der Einspritzung (22) in den Zylinder mit dem mindestens einen Drucksensor (17) zu erfassen,
    die mehreren ersten Druckwerte (23) statistisch zu analysieren,
    die mehreren zweiten Druckwerte (24) statistisch zu analysieren, und
    einen Druckdifferenzwert (25) für den Zylinder auf der Grundlage der mehrerer
    ersten Druckwerte (23) und der mehreren zweiten Druckwerte (24) zu bestimmen, wenn die mehreren ersten Druckwerte (23) und die mehreren zweiten Druckwerte (24) eine vorbestimmte statistische Eigenschaft erfüllen, und
    den Einspritzmengenunterschied in Abhängigkeit von dem Druckdifferenzwert (25) des ersten Zylinders und dem Druckdifferenzwert (25) des zweiten Zylinders zu bestimmen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung (61) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10 ausgestaltet ist.
  13. Fahrzeug mit einer Vorrichtung (61) nach Anspruch 11 oder 12.
EP12001303.2A 2011-04-30 2012-02-28 Bestimmung und Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern Active EP2518297B1 (de)

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DE102011100109A DE102011100109A1 (de) 2011-04-30 2011-04-30 Bestimmung und Verringerung eines Einspritzmengenunterschieds bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern

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