EP2593653A1 - Adaptionsverfahren - Google Patents

Adaptionsverfahren

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EP2593653A1
EP2593653A1 EP11726342.6A EP11726342A EP2593653A1 EP 2593653 A1 EP2593653 A1 EP 2593653A1 EP 11726342 A EP11726342 A EP 11726342A EP 2593653 A1 EP2593653 A1 EP 2593653A1
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EP
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actual
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fuel
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pressure
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Frank Altenschmidt
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Daimler AG
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections

Definitions

  • the present invention relates to a method for adapting an electrical control of a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • a method for adapting an electrical control of a fuel injector in which the fuel injector has a direct injection nozzle needle and serves for metering fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a current operating state of the internal combustion engine is monitored and adapted depending on the electrical control, which causes the actuation of the fuel injector.
  • this is realized in the known method in that the
  • Drive energy and the needle stroke of the fuel injection valve can be controlled so that the engine torque in a fuel injection valve with
  • Engine torque is adapted to the engine torque generated with a reference-type injector.
  • the known method is primarily used to compensate for production-related or aging-related changes in the injection behavior of the respective fuel injection valve.
  • the present invention deals with the problem for such a
  • Combustion chamber prevailing pressure or adjusting itself in the combustion chamber temporal pressure curve correlates with the actual work generated in the respective cylinder, which is introduced into the respective piston.
  • an actual work is now determined depending on the measured pressure, which is compared with a target work, which can be assigned to the current operating state.
  • This target work is the work that is in the current operating state due to the activation of the respective
  • Fuel injector should actually stop and, for example, one
  • Engine control unit is specified.
  • the current operating state of the internal combustion engine is determined by an associated engine control unit, for example in order to meet a specific performance request of the driver or a speed control device of the vehicle.
  • the engine control unit or a coupled injector control unit actuates the fuel injectors to overflow
  • Internal combustion engine controls or actuates, such as in a supercharged internal combustion engine, a variable turbine geometry, a throttle valve, variable valve trains and other valves and valves, in particular for
  • Combustion air control and possibly existing ignition devices.
  • the now actually set actual operating state is monitored in the invention on the basis of the pressure that sets in the combustion chambers. This can be done in particular cylinder-selective, that is, for each cylinder or for each combustion chamber, the pressure is detected individually.
  • Fuel injector are performed. For example, if the actual work is too large, this indicates that too much fuel has been injected. Accordingly, for example, a characteristic for operating the fuel injector, the
  • Relationship between injected fuel quantity, needle stroke and electric Actuator signal represented, be moved accordingly. Accordingly, with correction of the needle stroke, the amount of fuel to be injected can be adapted to the desired operating state of the internal combustion engine.
  • the adaptation method is a pure adaptation and not a regulation. While a control at each sufficient soli-actual deviation performs a control intervention, ie at each cycle and in particular at each cylinder, an adaptation performs an adaptation intervention with an adjustment of the electrical control only as a function of further boundary conditions, for example by the respective adaptation or Adaptation to give a lasting character. For example, it may be provided in the context of such an adaptation that an adjustment of the electrical control takes place only when the target-actual deviation during a predetermined number of consecutive cycles one
  • staggered assignments of deviation values and repetition numbers can be taken into account, so that there is a quasi-weighting of the deviations. For example, larger ones have to
  • the aim of the adaptation is thus not the compensation may be temporary
  • an actual pressure profile can be measured for the respective combustion chamber, that is, the development of the pressure over the
  • an indicated actual mean pressure for the respective combustion chamber can then be determined.
  • the indicated mean pressure represents the work related to the stroke volume per working cycle, with which the actual work of the respective combustion chamber can be determined from the determined indicated actual mean pressure.
  • Deviations are of particular interest in modern internal combustion engines, in which, for example, multiple injections are carried out.
  • the adaptation is performed during a multiple injection operation in which the fuel is supplied to the respective combustion chamber by means of a plurality of separate injections. It is also conceivable to carry out the adaptation during a single injection operation in which the
  • Fuel is supplied by means of a single injection to the respective combustion chamber.
  • stratified mixture reaches a stratification of the charge in the combustion chamber by an ignitable mixture is present in the region of the ignition device at the time of ignition, while in the farther region of the ignition device is a leaner
  • the fuel injected into the combustion chamber is produced or aligned such that at least part of the fuel in the combustion chamber moves in the direction of the ignition device.
  • wall-guided combustion process in which wall surfaces, in particular on the piston, take over the leadership of the fuel movement.
  • Burning known in which the leadership of the fuel movement in the combustion chamber largely supplied by the charge movement of the combustion chamber
  • Combustion air is guided.
  • the adaptation method proposed here can preferably be used in spray-guided combustion processes, since the precise beam design is important there.
  • adaptation method presented here for fuel injectors with outwardly opening nozzle is suitable.
  • the adaptation method can also be used with fuel injectors that work with an inwardly opening nozzle.
  • the adaptation method presented here is furthermore preferably used in fuel injectors which have a piezoactuator as the direct drive of the nozzle needle. There is a direct proportionality between control voltage and needle stroke.
  • the adaptation method can also be used in fuel injectors whose direct drive operates with an electromagnet for driving the nozzle needle. Furthermore, the adaptation method can also be used in fuel injectors with hydraulic transmission for controlling the nozzle needle. It is clear that with the adaptation method presented here, fuel injectors can be adapted for self-igniting or externally ignited internal combustion engines. Likewise, the adaptation method is suitable both for internal combustion engines, which are operated with liquid fuels, as well as for internal combustion engines, which are operated with gaseous fuels.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors mit einem Direktantrieb einer Düsennadel, mit dem Kraftstoff einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugemessen wird, bei dem ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und abhängig davon die elektrische Ansteuerung adaptiert wird. Eine verbesserte Adaption lässt sich erreichen, wenn der aktuelle Betriebszustand anhand eines im jeweiligen Brennraum herrschenden Drucks überwacht wird, wenn abhängig vom gemessenen Druck eine Ist-Arbeit ermittelt wird, wenn die ermittelte Ist-Arbeit mit einer dem aktuellen Betriebszustand zugeordneten Soll-Arbeit verglichen wird und wenn abhängig vom Soll-Ist-Vergleich der aktuellen Arbeit des jeweiligen Brennraums die Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors durchgeführt wird.

Description

Adaptionsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 07 823 A1 ist ein Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors bekannt, bei dem der Kraftstoffinjektor eine Düsennadel mit Direktantrieb aufweist und zum Zumessen von Kraftstoff zu einem Brennraum einer Brennkraftmaschine dient. Beim bekannten Adaptionsverfahren wird ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und abhängig davon die elektrische Ansteuerung, welche die Betätigung des Kraftstoffinjektors bewirkt, adaptiert. Im Einzelnen wird dies beim bekannten Verfahren dadurch realisiert, dass die
Ansteuerenergie und der Nadelhub des Kraftstoff-Einspritzventils derart gesteuert werden, dass sich das Motordrehmoment bei einem Kraftstoff-Einspritzventil mit
Referenzcharakteristik nicht verändern würde, wobei eine tatsächlich auftretende Änderung des Motordrehmoments erfasst wird und wobei durch Verändern der Steigung der Ansteuerenergie-Nadelhub-Kennlinie des Kraftstoff-Einspritzventils das
Motordrehmoment an das mit einem Einspritzventil mit Referenzcharakteristik erzeugte Motordrehmoment angepasst wird. Das bekannte Verfahren dient vor allem dazu, herstellungsbedingte oder alterungsbedingte Änderungen des Einspritzverhaltens des jeweiligen Kraftstoff-Einspritzventils zu kompensieren.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein derartiges
Adaptionsverfahren eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich beispielsweise durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anhand eines im jeweiligen Brennraum herrschenden Druckes zu überwachen. Beispielsweise kann hierfür je Brennraum ein Drucksensor vorgesehen werden, der an geeigneter Stelle am bzw. im Brennraum angeordnet ist. Der im
Brennraum herrschende Druck bzw. der sich im Brennraum einstellende zeitliche Druckverlauf korreliert mit der im jeweiligen Zylinder tatsächlich erzeugten Arbeit, die in den jeweiligen Kolben eingeleitet wird.
Beim erfindungsgemäßen Adaptionsverfahren wird nun abhängig vom gemessenen Druck eine Ist-Arbeit ermittelt, die mit einer Soll-Arbeit verglichen wird, die sich dem aktuellen Betriebszustand zuordnen lässt. Diese Soll-Arbeit ist dabei diejenige Arbeit, die sich beim aktuellen Betriebszustand aufgrund der Ansteuerung des jeweiligen
Kraftstoffinjektors eigentlich einstellen sollte und beispielsweise von einem
Motorsteuergerät vorgegeben ist. Mit anderen Worten, der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird von einem zugehörigen Motorsteuergerät bestimmt, beispielsweise um einen bestimmten Leistungswunsch des Fahrzeugführers oder einer Geschwindigkeitsregeleinrichtung des Fahrzeugs erfüllen zu können. Abhängig von diesem gewünschten Soll-Betriebszustand betätigt das Motorsteuergerät oder ein damit gekoppeltes Injektorsteuergerät, die Kraftstoffinjektoren, um über die
Kraftstoffeinspritzung den gewünschten Soll-Betriebszustand herbeizuführen. Es ist klar, dass das Motorsteuergerät dabei gleichzeitig auch weitere Komponenten der
Brennkraftmaschine ansteuert bzw. betätigt, wie zum Beispiel bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine eine variable Turbinengeometrie, eine Drosselklappe, variable Ventiltriebe und sonstige Klappen und Ventile, insbesondere zur
Verbrennungsluftluftsteuerung, sowie gegebenenfalls vorhandene Zündeinrichtungen. Der nun tatsächlich eingestellte Ist-Betriebszustand wird bei der Erfindung anhand des Drucks überwacht, der sich in den Brennräumen einstellt. Dies kann insbesondere zylinderselektiv erfolgen, das heißt für jeden Zylinder bzw. für jeden Brennraum wird der Druck individuell erfasst.
Abhängig vom so realisierten Soll-Ist-Vergleich der aktuellen Arbeit des jeweiligen Brennraums kann nun die Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen
Kraftstoffinjektors durchgeführt werden. Ist beispielsweise die Ist-Arbeit zu groß, deutet dies darauf hin, dass zuviel Kraftstoff eingespritzt worden ist. Dementsprechend kann beispielsweise eine Kennlinie zur Betätigung des Kraftstoffinjektors, die den
Zusammenhang zwischen eingespritzter Kraftstoffmenge, Nadelhub und elektrischem Ansteuersignal repräsentiert, entsprechend verschoben werden. Dementsprechend kann mit Korrektur des Nadelhubs die einzuspritzende Kraftstoffmenge dem Soll- Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepasst werden.
Bevorzugt handelt es sich beim Adaptionsverfahren um eine reine Adaption und nicht um eine Regelung. Während eine Regelung bei jeder hinreichenden Soli-Ist-Abweichung einen Regeleingriff durchführt, also bei jedem Arbeitsspiel und insbesondere bei jedem Zylinder, führt eine Adaption einen Adaptionseingriff mit einer Anpassung der elektrischen Ansteuerung nur in Abhängigkeit von weiteren Randbedingungen durch, beispielsweise um der jeweiligen Adaption bzw. Anpassung einen dauerhaften Charakter zu verleihen. Beispielsweise kann im Rahmen einer derartigen Adaption vorgesehen sein, dass eine Anpassung der elektrischen Ansteuerung nur dann erfolgt, wenn die Soll-Ist-Abweichung während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Arbeitsspiele eine
vorbestimmte Mindestabweichung übersteigt. Dabei können gestaffelte Zuordnungen von Abweichungswerten und Wiederholungszahlen berücksichtigt werden, so dass sich quasi eine Gewichtung der Abweichungen ergibt. Beispielsweise müssen sich größere
Abweichungen weniger oft wiederholen als kleinere Abweichungen, um einen
entsprechenden Adaptionseingriff auszulösen.
Ziel der Adaption ist somit nicht der Ausgleich möglicherweise vorübergehender
Fehlinjektionen, sondern der Ausgleich herstellungsbedingter, also im Wesentlichen toleranzbedingter, Abweichungen sowie der Ausgleich von Alterungserscheinungen.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann für den jeweiligen Brennraum ein Ist-Druckverlauf gemessen werden, also die Entwicklung des Drucks über den
Kurbelwinkel. Aus diesem gemessenen Ist-Druckverlauf lässt sich dann ein indizierter Ist- Mitteldruck für den jeweiligen Brennraum ermitteln. Der indizierte Mitteldruck stellt die auf das Hubvolumen bezogene Arbeit je Arbeitsspiel dar, womit sich aus dem ermittelten indizierten Ist-Mitteldruck die Ist-Arbeit des jeweiligen Brennraums ermitteln lässt.
Eine derartige Ermittlung der Ist-Arbeit ermöglicht eine Adaption der elektrischen
Ansteuerung des jeweiligen Kraftstoffinjektors auch bei vergleichsweise kleinen, insbesondere wiederholt auftretenden Soll-Ist-Abweichungen. Derartige kleinere
Abweichungen sind insbesondere bei modernen Brennkraftmaschinen von erhöhtem Interesse, bei denen beispielsweise Mehrfacheinspritzungen durchgeführt werden.
Innerhalb einer solchen Mehrfacheinspritzung soll mit Hilfe einzelner, zeitlich voneinander beabstandeter Einzeleinspritzungen jeweils nur eine vergleichsweise kleine Einspritzmenge eingebracht werden. Innerhalb dieser Einzeleinspritzungen wirken sich Soli-Ist-Abweichungen besonders deutlich aus.
Dementsprechend wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Adaption während eines Mehrfacheinspritzbetriebs durchgeführt, bei dem der Kraftstoff mittels mehrerer getrennter Einspritzungen dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird. Es ist auch denkbar, die Adaption während eines Einfacheinspritzbetriebs durchzuführen, bei dem der
Kraftstoff mittels einer einzigen Einspritzung dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird.
Besonders zweckmäßig ist das vorgeschlagene Adaptionsverfahren bei
Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, bei denen der Kraftstoff direkt in den
Brennraum zugemessen wird. Insbesondere wird bei Direkteinspritzung mit
geschichtetem Gemisch eine Schichtung der Ladung im Brennraum erreicht, indem im Bereich der Zündeinrichtung zum Zeitpunkt der Zündung ein zündfähiges Gemisch vorliegt, während im weiter entfernten Bereich der Zündeinrichtung ein magereres
Gemisch vorliegt. Beispielsweise wird bei strahlgeführten Brennverfahren der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff so erzeugt bzw. ausgerichtet, dass sich zumindest ein Teil des Kraftstoffs im Brennraum in Richtung Zündeinrichtung bewegt. Ferner gibt es wandgeführte Brennverfahren, bei welcher Wandflächen, insbesondere am Kolben, die Führung der Kraftstoffbewegung übernehmen. Außerdem sind luftgeführte
Brennverfahren bekannt, bei denen die Führung der Kraftstoffbewegung im Brennraum weitgehend durch die Ladungsbewegung der dem Brennraum zugeführten
Verbrennungsluft geführt ist. Das hier vorgeschlagene Adaptionsverfahren kann bevorzugt bei strahlgeführten Brennverfahren verwendet werden, da es dort auf die präzise Strahlgestaltung ankommt.
Des Weiteren eignet sich das hier vorgestellte Adaptionsverfahren für Kraftstoff Injektoren mit nach außen öffnender Düse. Alternativ lässt sich das Adaptionsverfahren auch bei Kraftstoffinjektoren anwenden, die mit einer nach innen öffnenden Düse arbeiten.
Das hier vorgestellte Adaptionsverfahren kommt ferner bevorzugt bei Kraftstoffinjektoren zum Einsatz, die als Direktantrieb der Düsennadel einen Piezoaktuator aufweisen. Hierbei gibt es eine direkte Proportionalität zwischen Steuerspannung und Nadelhub.
Grundsätzlich kann das Adaptionsverfahren auch bei Kraftstoffinjektoren verwendet werden, deren Direktantrieb mit einem Elektromagneten zum Antreiben der Düsennadel arbeitet. Des Weiteren kann das Adaptionsverfahren auch bei Kraftstoffinjektoren mit hydraulischer Übersetzung zur Steuerung der Düsennadel verwendet werden. Es ist klar, dass mit dem hier vorgestellten Adaptionsverfahren Kraftstoffinjektoren bei selbstzündenden oder bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen adaptiert werden können. Ebenso eignet sich das Adaptionsverfahren sowohl für Brennkraftmaschinen, die mit flüssigen Kraftstoffen betrieben werden, als auch für Brennkraftmaschinen, die mit gasförmigen Kraftstoffen betrieben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Adaptieren einer elektrischen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, mit dem Kraftstoff einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugemessen wird, bei dem ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und abhängig davon die elektrische Ansteuerung adaptiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der aktuelle Betriebszustand anhand eines im jeweiligen Brennraum herrschenden Drucks überwacht wird,
- dass abhängig vom gemessenen Druck eine Ist-Arbeit ermittelt wird,
- dass die ermittelte Ist-Arbeit mit einer dem aktuellen Betriebszustand
zugeordneten Soll-Arbeit verglichen wird,
- dass abhängig vom Soll-Ist-Vergleich der aktuellen Arbeit des jeweiligen
Brennraums die Adaption der elektrischen Ansteuerung des jeweiligen
Kraftstoffinjektors durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass für den jeweiligen Brennraum ein Ist-Druckverlauf gemessen wird,
- dass aus dem gemessenen Ist-Druckverlauf ein indizierter Ist-Mitteldruck ermittelt wird,
- dass aus dem ermittelten indizierten Ist-Mitteldruck die Ist-Arbeit des jeweiligen Brennraums ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Adaption während eines Mehrfacheinspritzbetriebs durchgeführt wird, bei dem der Kraftstoff mittels mehrerer getrennter Einspritzungen dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Adaption während eines Einfacheinspritzbetriebs durchgeführt wird, bei dem der Kraftstoff mittels einer einzigen Einspritzung dem jeweiligen Brennraum zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
abhängig vom Soll-Ist-Vergleich ein Hub der Düsennadel korrigiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Düsennadel des Kraftstoff! njektors mittels Direktantrieb gesteuert wird.
EP11726342.6A 2010-07-15 2011-06-11 Adaptionsverfahren Withdrawn EP2593653A1 (de)

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