EP2796690A1 - Steuerung für ein Common-Rail-Einspritzsystem - Google Patents

Steuerung für ein Common-Rail-Einspritzsystem Download PDF

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EP2796690A1
EP2796690A1 EP13005468.7A EP13005468A EP2796690A1 EP 2796690 A1 EP2796690 A1 EP 2796690A1 EP 13005468 A EP13005468 A EP 13005468A EP 2796690 A1 EP2796690 A1 EP 2796690A1
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EP
European Patent Office
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injection
test
fuel
pressure
common
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13005468.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konrad Dr.-Ing. Christ
Francois Dipl.-Ing. Masson
Richard Dipl.-Ing. Pirkl
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.)
Liebherr Machines Bulle SA
Original Assignee
Liebherr Machines Bulle SA
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 Liebherr Machines Bulle SA filed Critical Liebherr Machines Bulle SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1402—Adaptive control
    • 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
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • 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
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure

Definitions

  • the present invention relates to a controller for a common rail injection system, which includes a plurality of fuel injectors, a common fuel supply line for the fuel injectors, a high pressure pump for supplying the common fuel supply line with fuel, and a pressure sensor for determining the pressure in the common fuel supply line having.
  • a controller for a common rail injection system which includes a plurality of fuel injectors, a common fuel supply line for the fuel injectors, a high pressure pump for supplying the common fuel supply line with fuel, and a pressure sensor for determining the pressure in the common fuel supply line having.
  • a controller for a common rail injection system which includes a plurality of fuel injectors, a common fuel supply line for the fuel injectors, a high pressure pump for supplying the common fuel supply line with fuel, and a pressure sensor for determining the pressure in the common fuel supply line having.
  • it is the control of a common rail injection system of a diesel engine.
  • EP894965A1 such as DE69112355T2 It is known to calculate target injection quantities on the basis of the engine operating state and to carry out the control of the fuel injectors on the basis of these desired injection quantities.
  • the pressure drop caused by the injections is evaluated in the common fuel supply line of the common-rail injection system and from this the fuel quantity actually injected in the injections is determined.
  • the difference is formed from the pressure before the injection made with a desired injection quantity and after the injection, and thus the pressure drop caused by the injection is determined, by means of which in turn the actually injected fuel quantity is determined.
  • the control of the fuel injectors for subsequent fuel injections is adjusted.
  • the object of the present invention is to further improve such a system based on the pressure in the common fuel supply line.
  • the present invention includes a controller for a common rail injection system, which includes a plurality of fuel injectors, a common fuel supply line for the fuel injectors, a high pressure pump for supplying the common fuel supply line to the fuel, and a pressure sensor for determining the pressure in the common fuel supply line having.
  • the control comprises a determination unit which evaluates data of the pressure sensor and determines the fuel quantity actually injected during this injection or a value derived therefrom from the pressure drop in the common fuel supply caused by an injection.
  • the controller further comprises an adaptation unit which displays the results of the determination unit used to adjust the control of the fuel injectors. According to the invention, it is provided that the determination unit carries out at least one test injection based on which the determination of the actually injected fuel quantity or a value derived therefrom takes place.
  • this does not use the fuel injections that occur during normal operation of the injection system for this determination, but rather specific test injections. This allows greater flexibility and accuracy in determining the adaptation of the injection.
  • the determination unit determines a reference measurement signal of the pressure sensor without test injection and a test measurement signal of the pressure sensor in the event of a test injection.
  • the determination unit for determining the pressure drop caused by an injection forms the difference between the reference measurement signal and the test measurement signal.
  • the determination unit determines the reference measurement signal and the test measurement signal in the same time interval with respect to the motor cycle. Furthermore, it can be provided that the determination unit stores the reference measurement signal and the test measurement signal under injection and / or engine operating conditions determines which are identical except for the test injection. As a result, the influence of the test injection on the pressure signal can be determined exactly by the difference formation from the reference measurement signal and the test measurement signal.
  • the determination unit performs a plurality of test injections, and forms an average value for determining the actually injected fuel quantity or a value derived therefrom. As a result, the accuracy in the determination can be increased.
  • the determination unit preferably carries out the multiple test injections in the same time interval with regard to the engine cycle and / or under identical injection and / or engine operating conditions. Further preferably, the determination unit may perform the multiple test injections with identical drive periods of the fuel injector and / or injection quantities for the respective test injections. In particular, the activation in the individual test injections can take place with identical drive signals for the fuel injector.
  • the determination unit determines both the test measurement signal and the reference measurement signal several times.
  • the determination unit carries out the at least one test injection in a predetermined time interval of the engine cycle and / or with a predetermined drive duration and / or with a predetermined injection quantity of the fuel injector.
  • a predetermined drive signal can be used.
  • the predetermined time interval and / or the predetermined activation duration and / or injection quantity and in particular the predetermined activation signal can be stored in the controller.
  • the predetermined time interval and / or the predetermined drive time and / or injection quantity of the fuel injector, and in particular the predetermined drive signal regardless of the desired for normal engine operation injection time and / or injection quantity of the injection.
  • a test routine adapted specifically to the adaptation can be used, whereby correspondingly better reproducibility and increased accuracy are achieved.
  • the determination made by the determining unit may be performed during normal operation of the engine by performing the test injections in addition to the normal engine-operating injections.
  • test injection may be a pre-injection or post-injection before or after the main injection. Since the pressure signal used to determine the amount of fuel injected in a test injection is influenced by both the main injections and the test injections, some time interval between main and test injections is necessary. A test injection preferably takes place at a predetermined time interval from the preceding and the following main injection.
  • the injection quantity of the test injection is preferably selected below 100 mg, more preferably below 50 mg.
  • the injection quantity of a test injection is preferably chosen over 2 mg, more preferably over 4 mg, since even smaller injection quantities of Pressure drop is so small that the corresponding signal can hardly be distinguished from interference signals.
  • a typical test injection quantity may be, for example, 20 mg.
  • the controller according to the invention has an activation unit, which causes the determination unit to start the evaluation operation and to initiate a test routine in which at least one test injection is performed.
  • the activation of the determination unit can take place, for example, at predetermined intervals.
  • a preferred embodiment of the controller according to the invention comprises a monitoring unit for monitoring the engine operation, which is connected to the determination unit such that the determination of the actually injected fuel quantity or the value derived therefrom is carried out by the determination unit in operating states of the engine suitable for the determination.
  • this transient operating conditions of the engine should be avoided, since they can reduce the accuracy of the determination.
  • the determination is made at a constant desired pressure in the common fuel supply line, and / or at a constant temperature in the common fuel supply line and / or at constant engine speed, and / or at constant fuel injection quantities for the normal engine operation.
  • a reference measurement signal is determined, since this must necessarily be determined in a different engine cycle, and / or if several measurements and in particular multiple test injections are performed, so that changes in operating conditions would affect the measurement.
  • the determination of the actually injected fuel quantity or a value derived therefrom can be initiated by the determination unit upon a query as to whether the engine speed is operating below a certain speed threshold.
  • the monitoring unit can monitor the speed of the engine and only then initiate a test routine in which at least one test injection is performed when the speed is below a certain speed threshold. Since the rotational speed and the cycle length are inversely proportional to each other, the low rotational speed has the advantage that between two main injections of the normal engine operation a correspondingly long period of time remains in which the test injection can be carried out and a corresponding pressure measurement can be carried out. As a result, the important for the accuracy of the measurement distance between the main and test injection can be met.
  • the determination is carried out during idle operation of the internal combustion engine.
  • the determination unit determines the pressure drop caused by an injection based on at least one measured value determined within a predetermined evaluation interval.
  • the evaluation interval may be a predetermined period of time or one or more predetermined times.
  • at least one measuring time or at least one measuring interval is defined, in which the measurement of the pressure for determining the pressure drop through the test injection is made.
  • the evaluation interval is defined in relation to the time of the triggering of the fuel injector for the test injection. Since according to the invention it is a test injection with a predetermined duration and shape does not need to be monitored to determine the time of measurement, the pressure signal to a suitable time and in particular to a decrease in the pressure level out. Rather, such an evaluation interval or such a measurement time can be determined in advance, for example, in the experiment as a function of the timing of the control of the fuel injector for the test injection.
  • the evaluation interval is stored in the controller.
  • the triggering signal of the fuel injector for triggering the test injection may trigger a measured value recording over a predetermined period of time, the evaluation interval having a predetermined time interval at the beginning of the measured value recording.
  • the evaluation interval is after the end of the activation of the fuel injector for the test injection.
  • at least one measured value is thus measured after the triggering of the fuel injector for the test injection has ended.
  • a certain distance is provided at the time of the end of the activation of the fuel injector in order to take into account a delay between the activation of the fuel injector and the actual pressure drop.
  • the evaluation interval can be chosen such that the measurement signal corresponds as well as possible to the static portion of the pressure drop, which was caused by the outflow of fuel from the common rail system through the test injection.
  • the evaluation interval may be selected such that it does not begin until after the first damped half oscillation of the pressure signal caused by the test injection.
  • the evaluation interval can be selected such that it begins only after the first damped full oscillation of the pressure signal caused by the test injection.
  • a plurality of measured values are averaged within the evaluation interval in order to compensate for fluctuations in the signal.
  • test injection is preferably carried out at a time which is after the first, caused by a main injection and / or the operation of the high-pressure pump damped half-wave. This takes into account that the operation of the high-pressure pump and the main injections also influence the pressure signal dynamically. This influence should have subsided as far as possible at the beginning of the test injection.
  • the test injection preferably takes place at a point in time which lies after the first damped full oscillation of the pressure signal caused by a main injection and / or the operation of the high-pressure pump.
  • the difference between a test measurement signal and a reference measurement signal is particularly preferably used to determine the pressure drop.
  • the reference measurement signal is also determined over the predetermined evaluation interval.
  • the measured value recording is likewise started as a function of the time within the engine cycle at which the test injection would otherwise take place.
  • the evaluation interval is advantageously also defined as described above as a function of this time. In this case, a very short drive pulse can be sent to the fuel injector to determine the reference measurement signal, which is not sufficient to open this, but sets the measured value recording as in the determination of the test measurement signal in motion.
  • the determination and adaptation is done individually for each fuel injector. As a result, component tolerances and individual drifts of the properties of the fuel injectors can be taken into account.
  • the determination and adaptation by the determination unit for a plurality of different operating points of the injection system and / or the engine takes place.
  • the determination can be made for several different pressures in the common pressure line.
  • the determination and adaptation by the determination unit takes place for a plurality of different drive times and / or injection quantities of the fuel injector during the test injection.
  • the injection quantity of the test injections may preferably be between 2 mg and 80 mg, more preferably between 5 mg and 50 mg. Furthermore, it can be provided that the test injections extend over a range of more than 10 mg, preferably more than 20 mg and furthermore more than 30 mg.
  • the number of different activation periods and / or injection quantities is preferably between 2 and 20, more preferably between 4 and 10.
  • the determination unit for this purpose comprises a test routine, which comprises a plurality of different test injections and / or a plurality of test injections under different operating conditions of the pressure line and / or the motor performs.
  • a test routine which comprises a plurality of different test injections and / or a plurality of test injections under different operating conditions of the pressure line and / or the motor performs.
  • the adaptation unit can determine a correction factor, which is dependent on one or more input values of the characteristic field, which is used to control the respective fuel injectors.
  • the correction factor may depend on the pressure in the common rail and / or on the desired activation duration and / or injection quantity of the fuel injector.
  • the determination of the actually injected fuel quantity or a value derived therefrom is coordinated by the determination unit with the activation of the high-pressure pump.
  • the coordination takes place in such a way that no operation takes place in the high-pressure pump between the beginning of a test injection and the end of the associated measurement phase.
  • no operation of the high pressure pump is made even during the determination of a reference measurement signal.
  • the time of the test injections is preferably chosen such that a certain period of time lies between the end of the operation of the high-pressure pump and the start of the test injection.
  • the drive circuit may also be designed so that the pressure drop caused by the test injection in the common pressure line does not lead to a start of the high-pressure pump within the associated measurement phase.
  • the drive circuit of the high-pressure pump can react with a certain delay to a pressure drop which is longer than the measurement phase.
  • the test injections and the operation of the High-pressure pump at predetermined, sufficiently spaced points in time, in particular at predetermined, mutually offended rotational angles of the crankshaft.
  • the operation of the high-pressure pump (2) and / or the initiation of the test injection takes place within an engine cycle at respectively predetermined times and / or crankshaft angles.
  • the operation of the high-pressure pump in an operating phase in which test injections are carried out, can be shifted to early or late, wherein the test injection in the thus extended interval between the operation of the high-pressure pump and the main injection or in the extended interval between the main injection and the Operation of the high pressure pump takes place.
  • the operation of the high-pressure pump can also take place simultaneously with the main injection, so that a maximum period of time is available for the test injection.
  • the present invention further includes a common rail injection system having a plurality of fuel injectors, a common rail for the fuel injectors, a high-pressure pump for supplying the common rail with fuel, and a pressure sensor for determining the pressure in the common rail.
  • the common rail injection system according to the invention It still has a control, as described in more detail above, on.
  • the present invention comprises an engine with such a common rail injection system.
  • it may be a diesel engine.
  • the present invention comprises a mobile working device with a motor according to the invention.
  • the present invention comprises a method for controlling a common rail injection system comprising a plurality of fuel injectors, a common pressure line for the fuel injectors, a high-pressure pump for supplying the common pressure line with fuel, and a pressure sensor for determining the Having pressure in the common pressure line.
  • a common rail injection system comprising a plurality of fuel injectors, a common pressure line for the fuel injectors, a high-pressure pump for supplying the common pressure line with fuel, and a pressure sensor for determining the Having pressure in the common pressure line.
  • data of the pressure sensor are evaluated and the fuel quantity actually injected during this injection or a value derived therefrom is determined from the pressure drop in the common fuel supply caused by an injection.
  • the results of the evaluation are used to adjust the control of the fuel injectors. According to the invention, it is provided that the determination of the actually injected fuel quantity or of a value derived therefrom is based on at least one test injection.
  • the method according to the invention preferably takes place in the manner described above with regard to the embodiment of the controller according to the invention.
  • the inventive method is carried out using a controller, as described in more detail above.
  • the control according to the invention for the common-rail injection system is designed so that the controller carries out all activities and steps automatically.
  • a corresponding computer program can be provided for this purpose, which is stored in a memory of the controller and includes instructions for carrying out the method according to the invention or for implementing the controller according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an injection system according to the invention with a controller according to the invention.
  • the common rail injection system has a plurality of injectors 11, I2 to Li, which are supplied by a common fuel supply line 1 with pressurized fuel.
  • a high-pressure pump 2 is provided, which supplies the common fuel supply line 1 with high pressure.
  • a pressure sensor 3 for measuring the pressure in the common fuel supply line 1 is provided.
  • FIG. 1 FIG. 2 also shows a block diagram of an engine control unit 4 according to the invention.
  • the requested injection quantity serving as input for the control block 12 is determined, for example, on the basis of engine operating conditions and / or control signals generated by the driver, in particular from the desired rotational speed and / or the desired torque of the engine.
  • the control block 12 can either comprise a common map 11 for all injectors, or each injector-individual maps.
  • the engine control unit 4 further comprises a control 5 according to the invention, which determines the actually injected fuel quantity in a determination unit 6 from the fuel pressure determined by the sensor 3 during a test injection.
  • a control 5 determines the actually injected fuel quantity in a determination unit 6 from the fuel pressure determined by the sensor 3 during a test injection.
  • one or more correction factors are formed from a comparison of the desired injection quantity below the actual injection quantity during the test injection, by means of which the control period determined by the control block 12 is corrected.
  • the corrected drive time is then supplied to the injector output stage 13, which generates the direct electrical drive signals for the injectors, which are transmitted to the latter via a control line 8.
  • the present invention provides a strategy and control for injector diagnostics and calibration. Since an additional amount of motor sensors, e.g. additional acceleration or pressure sensors, should be avoided if possible, in this case the recourse is made to the signal of the standard common-rail pressure sensor in the high-pressure pump. The control is thus based on the evaluation of the pressure sensor signal at the high-pressure pump.
  • Fig. 2 shows the block diagram of the control for a single injector of the common rail system. This performs test injections (10) through which the injected fuel quantity can be estimated for the respective injector.
  • Input variables of the monitoring unit (9) are the injection quantity for the normal engine operation and / or the temperature of the fuel. It is checked whether the change of these quantities is below a predetermined threshold, i. Whether engine operation is changing and / or the fuel injection system is in a steady state. The speed of the internal combustion engine serves as a further input variable. It is checked whether this is below a predetermined threshold, since at low speeds available for the test injection period is greater than at high speeds. The test operation therefore preferably takes place when the engine is idling.
  • the estimation of the injection amount is based on the determination of the pressure drop resulting from the fuel injection in the common rail. This can be determined from the two pressure curves from buffer 1 and buffer 2.
  • V 0 represents the known raw volume of the high-pressure side of the injection system, ⁇ the compressibility coefficient and ⁇ the fuel density at the system pressure p and the temperature T.
  • the pressure difference ⁇ p can be determined by averaging from a plurality of measurements.
  • Fig. 3 is in a solid line as a test waveform (40) the share average from 10 measurements of the course of the pressure sensor signal at a constant test injection (10), here a pilot injection, each with a constant drive time shown.
  • the dash mean value from 10 measurements of the signal profile in which no test injection (10) has been carried out is shown as a reference signal course (30) in a dashed line. From these measurements, the actual injected fuel mass can be determined.
  • the measured value recording is triggered by the drive pulse of the fuel injector for triggering the test injection (10).
  • the pressure difference ⁇ p is then given as the difference between the test pressure signal 40 and the reference pressure signal 30, which difference in a previously defined evaluation interval 50 which is determined from the start of control, that is, energization of the injector depends.
  • the determination of the measured values takes place in a fixed time interval [t 1 , t 2 ] (evaluation interval), which in Fig. 4 is shown.
  • the evaluation interval (50) depends on the activation time, for example on the start or end of the test injection (10), and takes into account the time delay (60) between this activation time and the pressure drop triggered by the test injection.
  • the evaluation interval should be selected such that the pressure signal within the evaluation interval (50) does not depend on a start of the high-pressure pump or other injections, such as, for example, the main injection (20). Alternatively or additionally, a test injection could also take place after the main injection (20).
  • the evaluation interval may depend on the injection duration and / or quantity of the test injection (10).
  • the evaluation interval in the exemplary embodiment has been selected such that it is used only after the first damped half oscillation of the pressure signal (40) and preferably after the first full oscillation of the pressure signal (40) in order to measure as far as possible only the static portion of the pressure drop.
  • the pressure signal represents a superimposition of the signals generated by the main injections, the operation of the high-pressure pump and the test injections. Therefore, a certain time interval between the test injection and the preceding operation of the high-pressure pump or the preceding main injection is necessary.
  • the test injection should take place only after one or two, caused by a main injection and / or the operation of the high-pressure pump, damped full vibrations.
  • the operation of the high-pressure pump (2), the main injection (20) and the initiation of the test injection (10) in each case take place at predetermined times and / or crankshaft angles within the engine cycle. In this way it can be ensured that the test injection takes place with a sufficient time interval to the preceding and following events.
  • the injection quantities of the test injections are chosen in the embodiment between 4 mg and 5 mg, continue preferably below 50mg.
  • the operation of the high pressure pump may be advanced if the test injection is pilot injection, or late if the test injection is post injection. Such an adjustment can be made either only in the operating phases in which test injections are made, or generally. Possibly. In this case, the operation of the high-pressure pump and the main injection can even take place simultaneously, so that the time window for the test injection becomes maximum.
  • test injections are carried out, it is possible to dispense with individual main injections and / or operating phases of the high-pressure pump. This also extends the time available for the test injection.
  • the actual injection quantity is now calculated from the pressure difference caused by the test injection.
  • the calculation of the pressure difference ⁇ p takes place from a discrete-time pressure curve p (n) and the reference pressure curve p ref (n) , with n as a discrete time index, by an arithmetic mean value formation in a previously defined discrete time interval [ n 1 , n 2 ]. , which depends on the start of control, ie start of energization of the injector.
  • the signal evaluation corresponds to the calculation of the pressure drop according to GI (3).
  • the process of estimating the actual injected fuel mass using the specified procedure is repeated for several drive times at a constant predetermined fuel pressure.
  • the estimated fuel quantities are buffered for each injector, see Fig. 2 . From these data, the injector-individual correction values ⁇ for the activation duration are then determined on the basis of a comparison with the desired fuel quantities.
  • the maximum ⁇ p max of the pressure profile drop can also be determined, which is also shown in FIG Fig. 5 is shown.
  • the characterization of the actual state of the respective injector is not based on the injection quantity, but on the basis of the auxiliary quantities A and ⁇ p max by which the injector drift is detected and compensated for by the injector individual correction values ⁇ for the actuation duration.
  • the corrected drive duration corresponds to a function from the respective drive duration TOC and the injector-individual correction ⁇ .
  • TOC corrected f TOC ⁇ ⁇
  • ⁇ can be a function of the activation duration ⁇ (TOC) .
  • the injector-individual correction values ⁇ can be determined in a plurality of predetermined static operating points of the engine, in particular at different system pressures p.
  • the injector individual correction values ⁇ represent themselves as a characteristic diagram.
  • a determination is possible with only one static operating point of the engine, in particular at a system pressure p, where the correction values for other static operating points of the engine, in particular other system pressures p, are possible so extrapolated certain correction values.
  • the correction values can also be used to correct the injector-specific characteristic maps (11) stored in the control for determining the activation period TOC from the desired injection quantity.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Common-Rail-Einspritzsystem, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren, eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe zum Versorgen der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung mit Kraftstoff, und einen Drucksensor zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung aufweist, mit einer Bestimmungseinheit, welche Daten des Drucksensors auswertet und aus dem durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall in der gemeinsamen Kraftstoffleitung die während dieser Einspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge oder einen hiervon abgeleiteten Wert bestimmt, und mit einer Adaptionseinheit, welche die Ergebnisse der Bestimmungseinheit verwendet, um die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren anzupassen. Dabei führt die Bestimmungseinheit mindestens eine Testeinspritzung durch, anhand welcher die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Common-Rail-Einspritzsystem, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren, eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe zum Versorgen der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung mit Kraftstoff, und ein Drucksensor zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung aufweist. Insbesondere handelt es sich dabei um die Steuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems eines Dieselmotors.
  • Bei der Ansteuerung eines Motors spielt die präzise Dosierung der eingespritzten Kraftstoffmenge eine wesentliche Rolle im Hinblick auf die darauffolgende Verbrennung und die daraus entstehenden Abgase. Aufgrund von fertigungsbedingten Bauteilsteuerungen der Kraftstoff-Injektoren und Alterungserscheinungen während des Motorbetriebs müssen diese während des Motorlaufs daher kalibriert werden. Dies bedeutet, dass Abweichungen bzw. Drifts in der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge erkannt, quantifiziert und durch eine entsprechende Anpassung der Injektoransteuerung ausgeglichen werden müssen.
  • Hierzu ist es beispielsweise aus den Druckschriften DE19726100A1 , EP894965A1 sowie DE69112355T2 bekannt, anhand des Motorbetriebszustandes Soll-Injektionsmengen zu berechnen und die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren auf Grundlage dieser Soll-Injektionsmengen vorzunehmen. Dabei wird während des Motorbetriebs der durch die Einspritzungen bewirkte Druckabfall in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung des Common-Rail-Einspritzsystems ausgewertet und hieraus die bei den Einspritzungen tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. Dabei wird die Differenz aus dem Druck vor der mit einer Soll-Injektionsmenge vorgenommenen Injektion und nach der Injektion gebildet, und so der durch die Einspritzung bewirkte Druckabfall bestimmt, anhand welchem wiederum die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt wird. Anhand der Ergebnisse für vorangegangene Kraftstoffeinspritzungen wird die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren für darauffolgende Kraftstoffinjektionen angepasst.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches auf dem Druck in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung beruhendes System weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerung in gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst eine Steuerung für ein Common-Rail-Einspritzsystem, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren, eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe zum Versorgen der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung der Kraftstoff, und ein Drucksensor zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung aufweist. Die Steuerung umfasst dabei eine Bestimmungseinheit, welche Daten des Drucksensors auswertet und aus dem durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung die während dieser Einspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge oder einen hiervon abgeleitenden Wert bestimmt. Die Steuerung umfasst weiterhin eine Adaptionseinheit, welche die Ergebnisse der Bestimmungseinheit verwendet, um die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren anzupassen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Bestimmungseinheit mindestens eine Testeinspritzung durchführt, anhand welcher die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleitenden Wertes erfolgt.
  • Anders als im Stand der Technik werden damit nicht die während des normalen Betriebs des Einspritzsystems erfolgenden Kraftstoffeinspritzungen zu dieser Bestimmung herangezogen, sondern spezifische Testeinspritzungen. Dies erlaubt eine höhere Flexibilität und höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Adaption der Einspritzung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Bestimmungseinheit ein Referenz-Messsignal des Drucksensors ohne Testeinspritzung und ein Test-Messsignal des Drucksensors bei erfolgter Testeinspritzung. Hierdurch kann eine erheblich erhöhte Genauigkeit gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, welche ohne Referenz-Signal arbeiten, erreicht werden.
  • Auch dieses Vorgehen ist nur dadurch möglich, dass statt einer während des normalen Motorbetriebs eingesetzten Einspritzung eine Testeinspritzung eingesetzt wird, welche damit ohne eine Störung des Motorbetriebs in darauffolgenden Motorzyklen auch wieder entfallen kann.
  • Vorteilhafterweise bildet die Bestimmungseinheit zur Bestimmung des durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfalls die Differenz aus dem Referenz-Messsignal und dem Test-Messsignal.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bestimmungseinheit das Referenz-Messsignal und das Test-Messsignal im gleichen Zeitintervall bezüglich des MotorZyklus bestimmt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Bestimmungseinheit das Referenz-Messsignal und das Test-Messsignal unter Einspritz- und/oder Motorbetriebsbedingungen bestimmt, welche bis auf die Testeinspritzung identisch sind. Hierdurch kann durch die Differenzbildung aus Referenz-Messsignal und Test-Messsignal der Einfluss der Testeinspritzung auf das Drucksignal exakt bestimmt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt die Bestimmungseinheit mehrere Testeinspritzungen durch, und bildet zur Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleitenden Wertes einen Mittelwert. Hierdurch kann die Genauigkeit bei der Bestimmung erhöht werden.
  • Vorzugsweise nimmt die Bestimmungseinheit die mehreren Testeinspritzungen dabei im gleichen Zeitintervall bezüglich des Motorzyklus und/oder unter identischen Einspritz- und/oder Motorbetriebsbestimmungen vor. Weiterhin bevorzugt kann die Bestimmungseinheit die mehreren Testeinspritzungen mit identischen Ansteuerdauern des Kraftstoff-Injektors und/oder Einspritzmengen für die jeweiligen Testeinspritzungen vornehmen. Insbesondere kann die Ansteuerung bei den einzelnen Testeinspritzungen dabei mit identischen Ansteuersignalen für den KraftstoffInjektor erfolgen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Bestimmungseinheit dabei sowohl das Test-Messsignal, als auch das Referenz-Messsignal, mehrmals.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Bestimmungseinheit die mindestens eine Testeinspritzung in einem vorgegebenen Zeitintervall des Motorzyklus und/oder mit einer vorgegebenen Ansteuerdauer und/oder mit einer vorgegebenen Einspritzmenge des Kraftstoff-Injektors vor. Insbesondere kann dabei ein vorgegebenes Ansteuersignal zum Einsatz kommen.
  • In einer möglichen Ausführungsform kann das vorgegebene Zeitintervall und/oder die vorgegebene Ansteuerdauer und/oder Einspritzmenge und insbesondere das vorgegebene Ansteuersignal dabei in der Steuerung abgespeichert sein.
  • Bevorzugt sind das vorgegebene Zeitintervall und/oder die vorgegebene Ansteuerdauer und/oder Einspritzmenge des Kraftstoff-Injektors, und insbesondere das vorgegebene Ansteuersignal, dabei unabhängig von der für den normalen Motorbetrieb gewünschten Einspritzzeit und/oder Einspritzmenge der Einspritzung. Hierdurch kann eine spezifisch an die Adaption angepasste Testroutine eingesetzt werden, wodurch eine entsprechend bessere Reproduzierbarkeit und erhöhte Genauigkeit erreicht wird.
  • Die durch die Bestimmungseinheit vorgenommene Bestimmung kann während des normalen Betriebs des Motors durchgeführt werden, indem die Testeinspritzungen zusätzlich zu den normalen Einspritzungen für den Motorbetrieb erfolgen.
  • Insbesondere kann es sich dabei bei der Testeinspritzung um eine vor bzw. nach der Haupteinspritzung erfolgende Vor-Einspritzung bzw. Nach-Einspritzung handeln. Da das zur Bestimmung der bei einer Testeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge eingesetzte Drucksignal sowohl von den Haupteinspritzungen als auch von den Testeinspritzungen beeinflusst wird, ist ein gewisser zeitlicher Abstand zwischen Haupt- und Testeinspritzung notwendig. Bevorzugt erfolgt eine Testeinspritzung dabei mit einem vorbestimmten zeitlichen Abstand zu der vorangegangenen und der nachfolgenden Haupteinspritzung.
  • Um den Motorbetrieb möglichst wenig zu beeinflussen und eine zu lange Einspritzzeit zu vermeiden, welche zu einer zu großen zeitlichen Nähe zwischen Haupt- und Testeinspritzung führen würde, wird die Einspritzmenge der Testeinspritzung bevorzugt unter 100mg gewählt, weiterhin bevorzugt unter 50mg.
  • Weiterhin wird die Einspritzmenge einer Testeinspritzung bevorzugt über 2 mg gewählt, weiterhin bevorzugt über 4 mg, da bei noch kleineren Einspritzmengen der Druckabfall so klein ist, dass das entsprechende Signal kaum noch von Störsignalen unterschieden werden kann.
  • Eine typische Testeinspritzmenge kann dabei beispielsweise 20mg betragen.
  • Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Steuerung eine Aktivierungseinheit auf, welche die Bestimmungseinheit dazu veranlasst, den Auswertungsbetrieb zu beginnen und eine Testroutine einzuleiten, bei welcher mindestens eine Testeinspritzung vorgenommen wird. Die Aktivierung der Bestimmungseinheit kann dabei beispielsweise in vorgegebenen Abständen erfolgen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerung umfasst dabei eine Überwachungseinheit zur Überwachung des Motorbetriebs, welche so mit der Bestimmungseinheit in Verbindung steht, dass die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder des hiervon abgeleitenden Wertes durch die Bestimmungseinheit in für die Bestimmung geeigneten Betriebszuständen des Motors durchgeführt wird. Insbesondere sollten dabei transiente Betriebszustände des Motors vermieden werden, da diese die Genauigkeit der Bestimmung verringern können.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung bei einem gleichbleibenden Soll-Druck in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung vorgenommen wird, und/oder bei einer gleichbleibenden Temperatur in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung und/oder bei gleichbleibender Drehzahl des Motors, und/oder bei gleichbleibenden Kraftstoff-Einspritzmengen für den normalen Motorbetrieb. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn neben dem Test-Messsignal ein Referenz-Messsignal ermittelt wird, da dieses notwendigerweise in einem anderen Motorzyklus ermittelt werden muss, und/oder wenn mehrere Messungen und insbesondere mehrere Testeinspritzungen durchgeführt werden, so dass Veränderungen der Betriebsbedingungen sich auf die Messung auswirken würden.
  • Weiterhin kann die Einleitung der Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes durch die Bestimmungseinheit auf eine Abfrage hin erfolgen, ob die Drehzahl des Motors unterhalb einer bestimmten Drehzahlschwelle arbeitet.
  • Insbesondere kann die Überwachungseinheit dabei die Drehzahl des Motors überwachen und nur dann eine Testroutine einleiten, bei welcher mindestens eine Testeinspritzung vorgenommen wird, wenn die Drehzahl unter einer bestimmten Drehzahlschwelle liegt. Da die Drehzahl und die Zykluslänge umgekehrt proportional zueinander sind, hat die geringe Drehzahl den Vorteil, dass zwischen zwei Haupteinspritzungen des normalen Motorbetriebs eine entsprechend lange Zeitspanne verbleibt, in welcher die Testeinspritzung durchgeführt und eine entsprechende Druckmessung durchgeführt werden kann. Hierdurch kann der für die Genauigkeit der Messung wichtige Abstand zwischen Haupt- und Testeinspritzung eingehalten werden.
  • Besonders bevorzugt erfolgt die Bestimmung dabei im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Bestimmungseinheit den durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall anhand mindestens eines innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls ermittelten Messwertes. Bei dem Auswertungsintervall kann es sich dabei insbesondere um eine vorgegebene Zeitspanne oder einen oder mehrere vorgegebene Zeitpunkte handeln. Erfindungsgemäß ist damit mindestens ein Messzeitpunkt oder mindestens ein Mess-Intervall definiert, in welchem die Messung des Drucks zur Ermittlung des Druckabfalls durch die Testeinspritzung vorgenommen wird.
  • Vorteilhafterweise ist das Auswertungsintervall in Bezug auf den Zeitpunkt der Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors für die Testeinspritzung definiert. Da es sich erfindungsgemäß um eine Testeinspritzung mit einer vorgegebenen Dauer und Form handelt, muss zur Bestimmung des Messzeitpunktes nicht das Druck-Signal auf einen geeigneten Zeitpunkt und insbesondere auf ein Absinken des Druckniveaus hin überwacht werden. Vielmehr kann ein solches Auswertungsintervall bzw. ein solcher Messzeitpunkt vorab beispielsweise im Experiment in Abhängigkeit des Zeitpunktes der Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors für die Testeinspritzung bestimmt werden. Vorteilhafterweise ist daher das Auswertungsintervall in der Steuerung abgelegt. Insbesondere kann dabei das Ansteuersignal des Kraftstoff-Injektors zur Auslösung der Testeinspritzung eine Messwertaufnahme über einen vorgegebenen Zeitraum auslösen, wobei das Auswertungsintervall einen vorgegebenen zeitlichen Abstand zum Beginn der Messwertaufnahme aufweist.
  • Vorteilhafterweise liegt das Auswertungsintervall dabei nach dem Ende der Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors für die Testeinspritzung. Vorteilhafterweise wird damit mindestens ein Messwert gemessen, nachdem die Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors für die Testeinspritzung beendet wurde. Vorteilhafterweise ist dabei ein gewisser Abstand zum Zeitpunkt des Endes der Ansteuerung des KraftstoffInjektors vorgesehen, um eine Verzögerung zwischen der Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors und dem tatsächlichen Druckabfall zu berücksichtigen.
  • Weiterhin kann das Auswertungsintervall so gewählt werden, dass das Messsignal möglichst gut dem statischen Anteil des Druckabfalls, welcher durch das Abfließen von Kraftstoff aus dem Common-Rail-System durch die Testeinspritzung bewirkt wurde, entspricht.
  • In einer möglichen Ausführungsform kann das Auswertungsintervall dabei so gewählt werden, dass es erst nach der ersten, durch die Testeinspritzung bewirkten gedämpften Halbschwingung des Drucksignals beginnt. Vorteilhafterweise kann das Auswertungsintervall dabei so gewählt werden, dass es erst nach der ersten, durch die Testeinspritzung bewirkten gedämpften Vollschwingung des Drucksignals beginnt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mehrere Messwerte innerhalb des Auswertungsintervalls gemittelt, um Schwankungen im Signal auszugleichen.
  • Weiterhin erfolgt die Testeinspritzung bevorzugt zu einem Zeitpunkt, welcher nach der ersten, durch eine Haupteinspritzung und/oder den Betrieb der Hochdruckpumpe bewirkten gedämpften Halbschwingung liegt. Damit wird berücksichtigt, dass auch der Betrieb der Hochdruckpumpe und die Haupteinspritzungen das Drucksignal dynamisch beeinflussen. Dieser Einfluss soll bei Beginn der Testeinspritzung so weit wie möglich abgeklungen sein. Bevorzugt erfolgt die Testeinspritzung dabei zu einem Zeitpunkt, welcher nach der ersten, durch eine Haupteinspritzung und/oder den Betrieb der Hochdruckpumpe bewirkten gedämpften Vollschwingung des Drucksignals liegt.
  • Besonders bevorzugt wird dabei wie bereits oben beschrieben zur Ermittlung des Druckabfalls die Differenz aus einem Test-Messsignal und einem Referenz-Messsignal herangezogen. Vorteilhafterweise wird dabei auch das Referenz-Messsignal über das vorgegebene Auswertungsintervall bestimmt. Vorteilhafterweise wird dabei die Messwertaufnahme ebenfalls in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt innerhalb des Motorzyklus gestartet, an welchem ansonsten die Testeinspritzung erfolgen würde. Weiterhin ist vorteilhafterweise auch das Auswertungsintervall wie oben beschrieben in Abhängigkeit von diesem Zeitpunkt definiert. Dabei kann zur Ermittlung des Referenz-Messsignals ein sehr kurzer Ansteuerimpuls an den Kraftstoffinjektor gesendet werden, welcher nicht ausreicht, diesen zu öffnen, aber die Messwertaufnahme wie bei der Ermittlung des Test-Messsignals in Gang setzt.
  • Durch die Verwendung eines Referenzsignals können Überlagerungen des durch die Testeinspritzung bewirkten Druckverlaufs mit den durch andere Ereignisse wie dem Betrieb der Hochdruckpumpe oder einer Haupteinspritzung bewirkten Druckverläufen wieder eliminiert werden.
  • Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, zur Ermittlung des Druckabfalls die Differenz aus einem Wert des Test-Messsignals bei dem oben beschriebenen Messzeitpunkt oder in dem oben beschriebenen Auswertungsintervall mit einem vor der Einspritzung ermittelten Messwert zu bilden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung und Adaption für jeden Kraftstoff-Injektor individuell. Hierdurch können Bauteile-Toleranzen sowie individuelle Drifts der Eigenschaften der Kraftstoff-Injektoren berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung und Adaption durch die Bestimmungseinheit für mehrere unterschiedliche Betriebspunkte des Einspritzsystems und/oder des Motors. Insbesondere kann dabei die Bestimmung für mehrere unterschiedliche Drücke in der gemeinsamen Druckleitung erfolgen. Alternativ ist es jedoch denkbar, die Testeinspritzungen bei nur einem Druckwert durchzuführen und für andere Druckwerte zu extrapolieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung und Adaption durch die Bestimmungseinheit für mehrere unterschiedliche Ansteuerdauern und/oder Einspritzmengen des Kraftstoff-Injektors bei der Testeinspritzung.
  • Die Einspritzmenge der Testeinspritzungen kann dabei bevorzugt zwischen 2 mg und 80 mg liegen, weiterhin bevorzugt zwischen 5 mg und 50 mg. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich die Testeinspritzungen über einen Bereich von mehr als 10 mg, bevorzugt von mehr als 20 mg und weiterhin mehr als 30 mg erstrecken.
  • Weiterhin liegt die Anzahl der unterschiedlichen Ansteuerdauern und/oder Einspritzmengen bevorzugt zwischen 2 und 20, weiterhin bevorzugt zwischen 4 und 10.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Bestimmungseinheit hierfür eine Testroutine, welche mehrere unterschiedliche Testeinspritzungen und/oder mehrere Testeinspritzungen unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Druckleitung und/oder des Motors durchführt. Hierdurch ist es möglich, das Kennfeld der jeweiligen KraftstoffInjektoren nicht nur global durch ein einzigen Korrekturfaktor zu korrigieren, sondern für unterschiedliche Eingangswerte separat.
  • Insbesondere kann die Adaptionseinheit dabei einen Korrekturfaktor ermitteln, welcher von einen oder mehreren Eingangswerten des Kennfeldes, welches zur Ansteuerung der jeweiligen Kraftstoff-Injektoren herangezogen wird, abhängig ist. Insbesondere kann der Korrekturfaktor von dem Druck in der gemeinsamen Druckleitung und/oder von der gewünschten Ansteuerdauer und/oder Einspritzmenge des Kraftstoff-Injektors abhängen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes durch die Bestimmungseinheit koordiniert mit der Ansteuerung der Hochdruckpumpe. Insbesondere erfolgt die Koordination dabei so, dass zwischen dem Beginn einer Testeinspritzung und dem Ende der zugehörigen Messphase kein Betrieb in der Hochdruckpumpe erfolgt. Vorteilhafterweise wird auch während der Bestimmung eines Referenz-Messsignals kein Betrieb der Hochdruckpumpe vorgenommen. Weiterhin wird der Zeitpunkt der Testeinspritzungen bevorzugt so gewählt, dass eine gewisse Zeitspanne zwischen dem Ende des Betriebs der Hochdruckpumpe und dem Beginn der Testeinspritzung liegt.
  • Eine solche Koordination kann zum einen dadurch erfolgen, dass die Bestimmungseinheit und die Ansteuerschaltung der Hochdruckpumpe Daten austauschen. Alternativ kann die Ansteuerschaltung auch so ausgelegt sein, dass der durch die Testeinspritzung bewirkte Druckabfall in der gemeinsamen Druckleitung innerhalb der zugehörigen Messphase nicht zu einem Anspringen der Hochdruckpumpe führt. Insbesondere kann die Ansteuerschaltung der Hochdruckpumpe dabei mit einer gewissen Verzögerung auf einen Druckabfall reagieren, welcher länger ist als die Messphase. Weiterhin alternativ können die Testeinspritzungen und der Betrieb der Hochdruckpumpe zu vorgegebenen, ausreichend beabstandeten Zeitpunkten erfolgen, insbesondere zu vorgegebenen, voneinander beanstandeten Drehwinkeln der Kurbelwelle.
  • In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Betrieb der Hochdruckpumpe (2) und/oder die Einleitung der Testeinspritzung innerhalb eines Motorzyklus jeweils zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder Kurbelwellenwinkeln.
  • Dabei kann in einer Betriebsphase, in welcher Testeinspritzungen vorgenommen werden, der Betrieb der Hochdruckpumpe nach früh oder nach spät verschoben werden, wobei die Testeinspritzung in dem hierdurch verlängerten Intervall zwischen dem Betrieb der Hochdruckpumpe und der Haupteinspritzung bzw. in dem verlängerten Intervall zwischen Haupteinspritzung und dem Betrieb der Hochdruckpumpe erfolgt.
  • Dabei kann der Betrieb der Hochdruckpumpe auch zeitgleich mit der Haupteinspritzung erfolgen, so dass für die Testeinspritzung ein maximal großer Zeitraum zur Verfügung steht.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in einer Betriebsphase, in welcher Testeinspritzungen vorgenommen werden, auf einzelne Haupteinspritzungen und/oder Betriebsphasen der Hochdruckpumpe verzichtet wird. Hierdurch wird der für die Testeinspritzung zur Verfügung stehende Zeitraum noch einmal erweitert.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Common-Rail-Einspritzsystem, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren, eine gemeinsame Druckleitung für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe zum Versorgen der gemeinsamen Druckleitung mit Kraftstoff, und ein Drucksensor zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Druckleitung aufweist. Das erfindungsgemäße Common-Rail-Einspritzsystem weist dabei weiterhin eine Steuerung, wie sie oben näher beschrieben wurde, auf.
  • Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung einen Motor mit einem solchen Common-Rail-Einspritzsystem. Insbesondere kann es sich dabei um einen Dieselmotor handeln.
  • Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein mobiles Arbeitsgerät mit einem erfindungsgemäßen Motor.
  • Auch unabhängig von der erfindungsgemäßen Steuerung umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren, eine gemeinsame Druckleitung für die KraftstoffInjektoren, eine Hochdruckpumpe zum Versorgen der gemeinsamen Druckleitung mit Kraftstoff, und ein Drucksensor zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Druckleitung aufweist. Dabei werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Daten des Drucksensors ausgewertet und aus dem durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung die während dieser Einspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge oder ein hiervon abgeleiteter Wert bestimmt. Weiterhin werden die Ergebnisse der Auswertung verwendet, um die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren anzupassen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes anhand mindestens einer Testeinspritzung erfolgt.
  • Bevorzugt erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren dabei so, wie dies oben im Hinblick auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Steuerung näher beschrieben wurde. Insbesondere erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren dabei unter Verwendung einer Steuerung, wie sie oben näher beschrieben wurde. Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Steuerung für das Common-Rail-Einspritzsystem so ausgeführt, dass die Steuerung sämtliche Tätigkeiten und Schritte automatisiert durchführt. Insbesondere kann hierfür ein entsprechendes Computerprogramm vorgesehen sein, welches in einem Speicher der Steuerung abgelegt ist und Befehle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. zur Implementierung der erfindungsgemäßen Steuerung umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie von Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigen:
    • Figur 1:
    ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerung,
    Figur 2:
    ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in einer erfindungsgemäßen Steuerung abläuft,
    Figur 3:
    zwei Diagramme, welche den Zeitverlauf einer erfindungsgemäß eingesetzten Testeinspritzung sowie des hierdurch bewirkten Test-Druckverlaufs in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung im Vergleich zu einem Referenz-Druckverlauf ohne Testeinspritzung zeigen,
    Figur 4:
    eine Darstellung eines gemäß einer ersten Alternative gewählten Auswertungsintervalls für die in Figur 3 gezeigten Druckverläufe und
    Figur 5:
    eine Darstellung zweier alternativer Messzeitpunkte bzw. Auswertungsintervalle für die in Figur 3 gezeigten Druckverläufe.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems mit einer erfindungsgemäßen Steuerung. Das Common-Rail-Einspritzsystem weist dabei eine Mehrzahl von Injektoren 11, I2 bis li auf, welche von einer gemeinsamen Kraftstoffzuleitung 1 mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt werden. Dabei ist eine Hochdruckpumpe 2 vorgesehen, welche die gemeinsame Kraftstoffzuleitung 1 mit Hochdruck versorgt. Weiterhin ist ein Drucksensor 3 zur Messung des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung 1 vorgesehen.
  • Figur 1 zeigt weiterhin ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Motorsteuergerätes 4. Dieses enthält zunächst einen konventionellen Steuerblock 12, in welchem aus der für den Motorbetrieb angeforderten Einspritzmenge anhand von Kennfeldern die Ansteuerdauer für den jeweiligen Injektor ermittelt wird. Die als Input für den Steuerblock 12 dienende angeforderte Einspritzmenge wird dabei bspw. auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und/oder vom Fahrer erzeugten Steuersignalen ermittelt, insbesondere aus der gewünschten Drehzahl und/oder dem gewünschten Drehmoment des Motors. Der Steuerblock 12 kann dabei entweder ein gemeinsames Kennfeld 11 für sämtliche Injektoren, oder jeweils injektorindividuelle Kennfelder umfassen.
  • Das Motorsteuergerät 4 umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Steuerung 5, welche in einer Bestimmungseinheit 6 aus dem durch den Sensor 3 ermittelten Kraftstoffdruck bei einer Testeinspritzung die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. In einer Adaptionseinheit 7 werden aus einem Vergleich der Soll-Einspritzmenge unter der Ist-Einspritzmenge bei der Testeinspritzung einer oder mehrere Korrekturfaktoren gebildet, durch welche die durch den Steuerblock 12 ermittelte Ansteuerdauer korrigiert wird. Die korrigierte Ansteuerdauer wird dann der Injektor-Endstufe 13 zugeführt, welche die unmittelbaren elektrischen Ansteuersignale für die Injektoren erzeugt, welche über eine Steuerleitung 8 an diese übermittelt werden.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerung soll nun im Folgenden näher beschrieben werden:
  • Die präzise Dosierung der eingespritzten Kraftstoffmenge spielt eine wesentliche Rolle im Hinblick auf die darauf folgende Verbrennung und die daraus entstehenden Abgase. Aufgrund von fertigungsbedingten Bauteilstreuungen der Kraftstoffinjektoren und Alterungserscheinungen während des Motorbetriebs müssen diese während des Motorlaufs kalibriert werden.
  • Denn Kraftstoffinjektoren unterliegen fertigungsbedingten Bauteilstreuungen, welche die Dosiergenauigkeit beeinträchtigen. Die Beanspruchung des Kraftstoffsystems mit immer höheren Systemdrücken führt zu zusätzlichen Bauteildriften, die negative Auswirkungen auf das Abgasverhalten und die Effizienz des Motors nach sich ziehen. Um diesen Abweichungen entgegen zu wirken ist eine Korrektur der Injektoransteuerung notwendig, um einen stabilen Motorlauf zu gewährleisten.
  • Dies bedeutet, dass Abweichungen beziehungsweise Driften in der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge erkannt, quantifiziert und durch eine entsprechende Anpassung der Injektoransteuerung ausgeglichen werden müssen.
  • Hierzu stellt die vorliegende Erfindung eine Strategie und eine Steuerung zur Injektordiagnose und -kalibrierung zur Verfügung. Da ein zusätzlicher Aufwand an Motorsensorik, z.B. zusätzliche Beschleunigungs- oder Drucksensoren, möglichst vermieden werden soll, wird hierbei im Ausführungsbeispiel auf das Signal des standardmäßig verbauten Common-Rail Drucksensors in der Hochdruckpumpe zurückgegriffen. Die Steuerung basiert damit auf der Auswertung des Drucksensorsignals an der Hochdruckpumpe.
  • Die erfindungsgemäße Steuerung (5), welche in die Motorsteuerung (4) integriert werden kann, besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, siehe das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel:
    • Eine Bestimmungseinheit (6) zur Schätzung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge. Diese Einrichtung besteht aus einer Methode, die die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge je Injektor auf Basis des jeweiligen Druckabfalls in der Kraftstoffzuleitung schätzt. Der Druckabfall wird aus dem Drucksensorsignal der Kraftstoffzuleitung bestimmt.
    • Eine Adaptionseinheit (7), die auf Basis der Einspritzmengenschätzung einen Soll-/Ist-Abgleich durchführt und auf Basis des Resultats die Injektoransteuerung adaptiert.
  • Durch die erfindungsgemäße Steuerung können Abweichungen bzw. Ungenauigkeiten in der eingespritzen Kraftstoffmenge kompensiert werden, die sich aus folgenden Gründen ergeben:
    • Ungenauigkeiten aufgrund von Fertigungstoleranzen
    • Alterungserscheinungen bzw. Verschleiß
    • Düsenverkokung
  • Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Steuerung für einen einzelnen Injektor des Common-Rail Systems. Diese führt Testeinspritzungen (10) durch, durch welche für den jeweiligen Injektor die eingespritzte Kraftstoffmenge geschätzt werden kann.
  • Dies erfolgt in einem statischen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, d.h. bei konstanter Injektor-Ansteuerdauer und konstantem Kraftstoffdruck. Auf Grundlage dieser Schätzung wird eine Injektor-individuelle Korrektur der Ansteuerdauer bestimmt, anhand derer das Ansteuerkennfeld angepasst wird. Dabei kann die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge in mehreren vorgegebenen statischen Betriebspunkten des Motors ermittelt werden, um darauf einen Soll- / Istabgleich durchzuführen.
  • Die Steuerung funktioniert wie folgt:
    • Eine Überwachungseinheit (9) setzt ein ok_flag auf 1, sobald sich der Motor in einem zur Durchführung der Einspritzkorrektur günstigen Betriebszustand befindet. Ist dies der Fall, so wird in einem definierten, festen Zeitintervall eine Testeinspritzung (10) in Zylinder 1,2,... mit einer vorgegebenen Ansteuerdauer bei konstantem Kraftstoffdruck durchgeführt.
    • Nach einer Datenqualitätsprüfung, vor allem einer Ausreißerbehandlung zur Identifizierung schlechter Messungen, wird der Signalverlauf in Buffer 1 zwischengespeichert.
    • In direktem Anschluss wird der Drucksensorverlauf im selben Zeitintervall ohne Einspritzung aufgezeichnet. Dieser Signalverlauf dient als Referenz und wird in Buffer 2 abgelegt.
    • Sind beide Buffer gefüllt, so wird die Schätzung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge durchgeführt und das Ergebnis zwischengespeichert.
    • Auf Basis der Schätzergebnisse zu unterschiedlichen Testeinspritzungen wird eine Injektor-individuelle Korrektur der Ansteuerdauer ermittelt.
  • Eingangsgrößen der Überwachungseinheit (9) sind dabei die Einspritzmenge für den normalen Motorbetrieb und/oder die Temperatur des Kraftstoffs. Dabei wird überprüft, ob die Veränderung dieser Größen unter einer vorgegebene Schwelle liegt, d.h. ob sich der Motorbetrieb ändert und/oder das Kraftstoffeinspritzsystem sich in einem stabilen Zustand befindet. Als weitere Eingangsgröße dient die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Dabei wird überprüft, ob diese unter einer vorgegebenen Schwelle liegt, da bei niedrigen Drehzahlen der für die Testeinspritzung zur Verfügung stehende Zeitraum größer ist als bei hohen Drehzahlen. Bevorzugt erfolgt der Testbetrieb daher im Leerlauf des Motors.
  • Die Schätzung der Einspritzmenge basiert auf der Bestimmung des Druckabfalls, der sich aufgrund der Kraftstoffeinspritzung in der Common-Rail ergibt. Dieser lässt sich aus den beiden Druckverläufen aus Buffer 1 und Buffer 2 ermitteln.
  • Den Ansatz zur Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse liefert GI.(1), Δ ⁢ m = - V 0 ⋅ β ⋅ ρ ⋅ Δ ⁢ p
    Figure imgb0001
    mit Δ ⁢ p t = p ref t - p t
    Figure imgb0002
  • Hierin stellt V 0 das bekannte Rohvolumen der Hochdruckseite des Einspritzsystems, β den Kompressibilitäts-Koeffizienten und ρ die Kraftstoffdichte beim Systemdruck p und der Temperatur T dar.
  • Die Druckdifferenz Δ p kann dabei durch Mittelwertbildung aus einer Mehrzahl an Messungen ermittelt werden. In Fig. 3 ist in durchgezogener Linie als Test-Signalverlauf (40) der Scharmittelwert aus 10 Messungen des Verlaufs des Drucksensorsignals bei einer konstanten Testeinspritzung (10), hier einer Voreinspritzung mit jeweils konstanter Ansteuerdauer, dargestellt. In gestrichelter Linie ist als Referenz-Signalverlauf (30) der Scharmittelwert aus 10 Messungen des Signalverlaufs gezeigt, bei denen keine Testeinspritzung (10) durchgeführt wurde. Aus diesen Messungen lässt sich die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse ermitteln.
  • Dabei wird im Ausführungsbeispiel die Messwertaufnahme durch den Ansteuerimpuls des Kraftstoffinjektors zur Auslösung der Testeinspritzung (10) ausgelöst. Dieser stellt eine Hardware-Triggerung dar, welche die Messwertaufnahme durch den zur Messwertaufnahme vorgesehenen A/D-Wandler auslöst.
  • Dabei ist in Fig.3 auch bei der Erzeugung des Referenz-Messsignals ein kleiner Ausschlag im Ansteuersignal zu sehen. Es handelt sich hierbei um eine sehr kurze Ansteuerdauer des Kraftstoff-Injektors, bei der es zu keiner Einspritzung kommt. Das bedeutet, dass diese kurze Anregung nicht ausreicht, den Injektor zu öffnen. Dieser sehr kurze Ansteuerimpuls wird eingesetzt, um die Messwertaufnahme zur Ermittlung des Referenz-Messsignals auszulösen.
  • Die Druckdifferenz Δ p ergibt sich dann als Differenz aus dem Test-Drucksignal 40 und dem Referenz-Drucksignal 30, wobei diese Differenz in einem zuvor definierten Auswertungsintervall 50, welches vom Ansteuerbeginn, d.h. Bestromungsbeginn des Injektors abhängt, ermittelt wird.
  • Die Ermittlung der Messwerte erfolgt in einem fixen Zeitintervall [t1,t2] (Auswertungsintervall), welches in Fig. 4 dargestellt ist. Das Auswertungsintervall (50) hängt dabei vom Ansteuerzeitpunkt, bspw. vom Ansteuerbeginn oder -ende der Testeinspritzung (10) ab und berücksichtigt die Zeitverzögerung (60) zwischen diesem Ansteuerzeitpunkt und dem durch die Testeinspritzung ausgelösten Druckabfall. Weiterhin sollte das Auswertungsintervall so gewählt werden, dass das Drucksignal innerhalb des Auswertungsintervall (50) nicht von einem Anspringen der Hochdruckpumpe oder anderen Einspritzungen wie bspw. der Haupteinspritzung (20) abhängt. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Testeinspritzung dabei auch nach der Haupteinspritzung (20) erfolgen.
  • Das Auswertungsintervall kann dabei von der Einspritzdauer und/oder -menge der Testeinspritzung (10) abhängen. Dabei wurde das Auswertungsintervall im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass es erst nach der ersten gedämpften Halbschwingung des Drucksignals (40) und bevorzugt nach der ersten Vollschwingung des Drucksignals (40) einsetzt, um so möglichst nur den statischen Anteil des Druckabfalls zu messen.
  • Das Drucksignal stellt dabei eine Überlagerung der von den Haupteinspritzungen, dem Betrieb der Hochdruckpumpe und den Testeinspritzungen erzeugten Signale dar. Daher ist ein gewisser zeitlicher Abstand zwischen der Testeinspritzung und dem vorangegangenen Betrieb der Hochdruckpumpe bzw. der vorangegangenen Haupteinspritzung notwendig. Bevorzugt sollte die Testeinspritzung dabei erst nach einer oder zwei, durch eine Haupteinspritzung und/oder den Betrieb der Hochdruckpumpe bewirkten, gedämpften Vollschwingungen erfolgen.
  • Im Ausführungsbeispiel erfolgen dabei der Betrieb der Hochdruckpumpe (2), die Haupteinspritzung (20) und die Einleitung der Testeinspritzung (10) jeweils zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder Kurbelwellenwinkeln innerhalb des Motorzyklus. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Testeinspritzung mit einem ausreichenden zeitlichen Abstand zu der vorangegangenen und der nachfolgenden Ereignissen erfolgt.
  • Um zu kurze und zu lange Einspritzzeiten zu vermeiden, welche zu einer hohen Ungenauigkeit in der Messung bzw. zu einer zu großen zeitlichen Nähe zwischen Haupt- und Testeinspritzung führen würde, werden die Einspritzmengen der Testeinspritzungen im Ausführungsbeispiel zwischen 4 mg und 5 mg gewählt, weiterhin bevorzugt unter 50mg.
  • Dabei steht bei zu hohen Drehzahlen und/oder einem Motor mit vielen Zylindern nur ein sehr kurzes Zeitfenster zwischen dem Betrieb der Hochdruckpumpe und der Haupteinspritzung für die Testeinspritzung und die darauf folgende Messphase zur Verfügung. Um diese Zeitspanne zu vergrößern, kann der Betrieb der Hochdruckpumpe nach früh verstellt werden, wenn die Testeinspritzung als Voreinspritzung erfolgt, oder nach spät, wenn die Testeinspritzung als Nacheinspritzung erfolgt. Eine solche Verstellung kann dabei entweder nur in den Betriebsphasen, in welchen Testeinspritzungen vorgenommen werden, oder allgemein vorgenommen werden. Ggf. können dabei der Betrieb der Hochdruckpumpe und die Haupteinspritzung sogar gleichzeitig erfolgen, so dass das Zeitfenster für die Testeinspritzung maximal wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann in einer Betriebsphase, in welcher Testeinspritzungen vorgenommen werden, auf einzelne Haupteinspritzungen und/oder Betriebsphasen der Hochdruckpumpe verzichtet werden. Auch hierdurch wird der für die Testeinspritzung zur Verfügung stehende Zeitraum erweitert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun aus der durch die Testeinspritzung bewirkten Druckdifferenz die tatsächliche Einspritzmenge berechnet. Die Berechnung der Druckdifferenz Δ p erfolgt dabei im Ausführungsbeispiel aus einem zeitdiskreten Druckverlauf p(n) und dem Referenzdruckverlauf p ref (n), mit n als diskretem Zeitindex, durch eine arithmetische Mittelwertbildung in einem zuvor definierten diskreten Zeitintervall [ n1,n2 ], welches vom Ansteuerbeginn, d.h. Bestromungsbeginn des Injektors abhängt.
  • Die Signalauswertung entspricht der Berechnung des Druckabfalls nach GI.(3). Δ ⁢ p = 1 n 2 - n 1 + 1 ⋅ ∑ n = n 1 n 2 p ref n - p n
    Figure imgb0003
  • Auf Basis des ermittelten Druckabfalls aus GI.(3) wird anhand von GI.(1) die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt.
  • Der Vorgang der Schätzung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse anhand der angegebenen Vorgehensweise wird für mehrere Ansteuerdauern bei einem konstant vorgegebenen Kraftstoffdruck wiederholt.
  • Die geschätzten Kraftstoffmengen werden für jeden Injektor zwischengespeichert, siehe Fig. 2. Aus diesen Daten werden daraufhin anhand eines Vergleichs mit den Soll-Kraftstoffmengen die Injektorindividuellen Korrekturwerte α für die Ansteuerdauer ermittelt.
  • Alternativ zu der in Gleichung (3) angegebenen Mittelwertbildung kann auch das Integral des Druckverlaufabfalls A bestimmt werden, was im Zeitdiskreten Fall der Summe A = ∑ n = n 1 n 2 Δ ⁢ p n
    Figure imgb0004
     und damit der Fläche zwischen den beiden Kurven entspricht, siehe Fig. 5.
  • Weiterhin kann auch das das Maximum Δ p max des Druckverlaufabfalls ermittelt werden, welches ebenfalls in Fig. 5 dargestellt ist.
  • In den beiden letztgenannten Fällen erfolgt die Charakterisierung des Ist-Zustands des jeweiligen Injektors nicht anhand der Einspritzmenge, sondern anhand der Hilfsgrößen A bzw. Δ p max durch die die Injektordrift erkannt und über Injektorindividuelle Korrekturwerte α für die Ansteuerdauer kompensiert wird.
  • Die korrigierte Ansteuerdauer entspricht dabei einer Funktion aus der jeweiligen Ansteuerdauer TOC und der Injektor-individuellen Korrektur α. TOC korrigiert = f TOC ⁢ α
    Figure imgb0005
  • Werden die Injektorindividuelle Korrekturwerte α wie oben dargestellt für mehrere unterschiedliche Ansteuerdauern der Testeinspritzung ermittelt, so kann α eine Funktion der Ansteuerdauer α(TOC) sein.
  • Weiterhin können die die Injektorindividuelle Korrekturwerte α in mehreren vorgegebenen statischen Betriebspunkten des Motors, insbesondere bei unterschiedlichen Systemdrücken p ermittelt werden. In diesem Fall stellen sich die Injektorindividuellen Korrekturwerte α als ein Kennfeld dar. Alternativ ist eine Bestimmung bei nur einem statischen Betriebspunkt des Motors, insbesondere bei einem Systemdruck p möglich, wobei die Korrekturwerte für andere statische Betriebspunkte des Motors, insbesondere andere Systemdrücke p, aus den so bestimmten Korrekturwerten extrapoliert werden.
  • Alternativ können die Korrekturwerte auch genutzt werden, um die in der Steuerung abgespeicherten injektorindividuellen Kennfelder (11) zur Bestimmung der Ansteuerdauer TOC aus der gewünschten Einspritzmenge zu korrigieren.
  • Die wesentlichen Aspekte der erfindungsgemäßen Steuerung zum Ausgleich von Abweichungen und Driften in der Einspritzmenge für Direkteinspritzsysteme auf Basis des einspritzbedingten Druckabfalls in der Kraftstoffzuleitung sollen im folgenden noch einmal unabhängig von dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel dargestellt werden:
    1. i. Die erfindungsgemäße Steuerung ermittelt in einem fixen Zeitintervall [t1,t2] (Auswertungsintervall) die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge aus dem Druckabfall in der Kraftstoffzuleitung.
    2. ii. Erfindungsgemäß wird eine Testeinspritzung durchgeführt, falls sich das Aggregat in einem dazu günstigen Betriebspunkt befindet (hierzu kann der Motorlauf überwacht werden).
    3. iii. Die Druckverläufe zu M Testeinspritzungen bei konstanter Ansteuerdauer und konstant vorgegebenen Kraftstoffdruck werden aufgezeichnet und gemittelt.
    4. iv. Durch den Vergleich mit der Referenzaufzeichnung (M Druckverläufe ohne Testeinspritzung) wird der effektive Druckabfall Δ p bestimmt.
    5. v. Anhand von GI.(1) und (2) wird aus den aufgezeichneten Druckverläufen die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse bestimmt (keine Hilfsgröße sondern die Kraftstoffmasse, welche direkt interpretiert werden kann).
    6. vi. Zur Aufzeichnung der Drucksensorsignale ist kein zusätzlicher Sensor d.h. keine konstruktive Änderung am Einspritzsystem notwendig. Es sind keine zusätzlichen Sensoren, Drosseln oder Hydrospeicher zur Realisierung der Einspritzmengenschätzung notwendig. Die Einspritzmenge wird rein aus dem Sensorsignal ermittelt, welches der standardmäßig verbaute Drucksensor liefert.
    7. vii. Anhand der ermittelten tatsächlichen Einspritzmengen in verschiedenen Arbeitspunkten wird eine Injektor-individuelle Ansteuerkorrektur bestimmt, welche für zukünftige Einspritzungen angewandt wird.
    8. viii.Die Einspritzmenge wird für jeden der verbauten Injektoren einzeln und unabhängig voneinander ermittelt.
    9. ix. Die Einspritzmengenschätzung wird auf Basis einer Testeinspritzung, d.h. einer Vor- oder Nacheinspritzung durchgeführt und lässt sich im normalen Motorlauf durchführen.
    10. x. Die erfindungsgemäße Steuerung kann auf einem Motorsteuergerät integriert werden
      alternativ zu iv. kann das Integral des Druckverlaufabfalls A bestimmt werden, und/oder das Maximum Δ p max des Druckverlaufabfalls.
    11. xi. das falls wie in Punkt xi vorgegangen wird, erfolgt die Charakterisierung des Ist-Zustands des jeweiligen Injektors nicht anhand der Einspritzmenge, sondern anhand der Hilfsgrößen A bzw. Δ p max durch die die Injektordrift erkannt und kompensiert wird.
  • Besonders bevorzugt werden die oben dargestellten wesentlichen Aspekte dabei so verwirklicht, wie dies eingangs allgemein und oben detaillierter im Ausführungsbeispiel dargestellt wurde.

Claims (15)

  1. Steuerung für ein Common-Rail-Einspritzsystem, welches mehrere KraftstoffInjektoren (I1,I2, ..Ii), eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung (1) für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe (2) zum Versorgen der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung mit Kraftstoff, und einen Drucksensor (3) zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung aufweist,
    mit einer Bestimmungseinheit (6), welche Daten des Drucksensors (3) auswertet und aus dem durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung die während dieser Einspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge oder einen hiervon abgeleiteten Wert bestimmt, und mit einer Adaptionseinheit (7), welche die Ergebnisse der Bestimmungseinheit verwendet, um die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren anzupassen, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bestimmungseinheit (6) mindestens eine Testeinspritzung (10) durchführt, anhand welcher die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes erfolgt.
  2. Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit (6) ein Referenz-Messsignal (30) des Drucksensors (3) ohne Testeinspritzung und ein Test-Messsignal (40) des Drucksensors bei erfolgter Testeinspritzung (10) bestimmt, wobei die Bestimmungseinheit (6) zur Bestimmung des durch eine Einspritzung (10) bewirkten Druckabfalls vorteilhafterweise die Differenz aus dem Referenz-Messsignal und dem Test-Messsignal heranzieht.
  3. Steuerung nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinheit (6) das Referenz-Messsignal (30) und das Test-Messsignal (40) im gleichen Zeitintervall bezüglich des Motor-Zyklus bestimmt, und/oder wobei die Bestimmungseinheit (6) das Referenz-Messsignal (30) und das Test-Messsignal (40) unter Einspritzund/oder Motorbetriebsbedingungen bestimmt, welche bis auf die Testeinspritzung (10) identisch sind.
  4. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmungseinheit (6) mehrere Testeinspritzungen (10) durchführt und zur Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes ein Mittelwert bildet, wobei die Bestimmungseinheit (6) die mehreren Testeinspritzungen (10) bevorzugt im gleichen Zeitintervall bezüglich des Motor-Zyklus und/oder unter identischen Einspritz- und/oder Motorbetriebsbedingungen vornimmt und/oder mit identischen Ansteuerdauern und/oder Einspritzmengen des Kraftstoffinjektors, insbesondere mit identischen Ansteuersignalen, wobei die Bestimmungseinheit (6) weiterhin bevorzugt sowohl das Test-Messsignal (40) als auch das Referenz-Messsignal (30) mehrmals bestimmt.
  5. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmungseinheit (6) die mindestens eine Testeinspritzung (10) in einem vorgegebenen Zeitintervall und/oder mit einer vorgegebenen Ansteuerdauer und/oder Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors, insbesondere mit einem vorgegebenen Ansteuersignal, vornimmt
    wobei vorteilhafterweise das vorgegebene Zeitintervall und/oder die vorgegebene Ansteuerdauer und/oder Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors, insbesondere das vorgegebene Ansteuersignal, unabhängig von der für den normalen Motorbetrieb gewünschten Einspritzzeit und/oder Einspritzmenge ist.
  6. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich bei der Testeinspritzung (10) um eine vor bzw. nach der Haupteinspritzung (20) erfolgende Vor-Einspritzung bzw. Nach-Einspritzung handelt.
  7. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Überwachungseinheit (9) zur Überwachung des Motorbetriebs, welche so mit der Bestimmungseinheit (6) in Verbindung steht, dass die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes durch die Bestimmungseinheit in für die Bestimmung geeigneten Betriebszuständen des Motors durchgeführt wird, insbesondere bei gleichbleibendem Druck und/oder gleichbleibender Temperatur in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung, gleichbleibender Drehzahl und/oder gleichbleibender KraftstoffEinspritzmenge für den normalen Motorbetrieb, wobei die Bestimmung insbesondere über mehrere Motorzyklen erfolgt, und/oder wobei die Einleitung der Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes durch die Bestimmungseinheit auf eine Abfrage hin erfolgt, ob die Drehzahl des Motors unterhalb einer bestimmten Drehzahlschwelle arbeitet, wobei die Bestimmung bevorzugt im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors erfolgt.
  8. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmungseinheit (6) den durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall anhand mindestens eines innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervall (50) liegenden Messwertes eines Test-Messsignals (40) des Drucksensors (3) bei erfolgter Testeinspritzung (10) bestimmt, wobei das Auswertungsintervall (50) vorteilhafterweise in Bezug auf den Zeitpunkt der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors für die Testeinspritzung (10) definiert ist, wobei das Auswertungsintervall (50) vorteilhafterweise nach dem Ende der Ansteuerung des Kraftstoff injektors für die Testeinspritzung liegt, und/oder wobei das Auswertungsintervall vorteilhafterweise so gewählt ist, dass es nach der ersten, durch die Testeinspritzung bewirkten gedämpften Halb- und bevorzugt Vollschwingung des Drucksignals beginnt, wobei bevorzugt mehrere Messwerte innerhalb des Auswertungsintervalls gemittelt werden, und/oder wobei die Testeinspritzung zu einem Zeitpunkt erfolgt, welcher nach der ersten, durch die Haupteinspritzung und/oder den Betrieb der Pumpe bewirkten gedämpften Halb- und bevorzugt Vollschwingung des Drucksignals liegt.
  9. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmung und Adaption für jeden Kraftstoff-Injektor (I1, I2, ..Ii) individuell erfolgt.
  10. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmung und Adaption für mehrere unterschiedliche Betriebspunkte erfolgt, insbesondere für mehrere unterschiedliche Drücke in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung (1) und/oder für mehrere unterschiedliche Ansteuerdauern und/oder Einspritzmengen des Kraftstoffinjektors bei der Testeinspritzung erfolgt, wobei die Einspritzmenge der Testeinspritzungen bevorzugt zwischen 2 mg und 80 mg, weiterhin bevorzugt zwischen 5 mg und 50 mg liegt und/oder wobei die Anzahl der unterschiedlichen Ansteuerdauern und/oder Einspritzmengen zwischen 2 und 20 liegt, bevorzugt zwischen 4 und 10.
  11. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes durch die Bestimmungseinheit (6) mit der Ansteuerschaltung der Hochdruckpumpe (2) koordiniert ist, wobei vorteilhafterweise zwischen dem Beginn einer Testeinspritzung (10) und dem Ende der zugehörigen Messphase (50) kein Betrieb der Hochdruckpumpe erfolgt, wobei weiterhin bei Bestimmung eines Referenz-Messsignals (30) des Drucksensors ohne Testeinspritzung vorteilhafterweise auch während des entsprechenden Referenz-Zeitraums kein Betrieb der Hochdruckpumpe erfolgt.
  12. Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Betrieb der Hochdruckpumpe (2) und/oder die Einleitung der Testeinspritzung innerhalb eines Motorzyklus jeweils zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder Kurbelwellenwinkeln erfolgt, wobei vorteilhafterweise in einer Betriebsphase, in welcher Testeinspritzungen vorgenommen werden, der Betrieb der Hochdruckpumpe nach früh oder nach spät verschoben wird, wobei die Testeinspritzung in dem hierdurch verlängerten Intervall zwischen dem Betrieb der Hochdruckpumpe und der Haupteinspritzung bzw. in dem verlängerten Intervall zwischen Haupteinspritzung und dem Betrieb der Hochdruckpumpe erfolgt, und/oder wobei in einer Betriebsphase, in welcher Testeinspritzungen vorgenommen werden, auf einzelne Haupteinspritzungen und/oder Betriebsphasen der Hochdruckpumpe verzichtet wird.
  13. Common-Rail-Einspritzsystem, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren (I1, I2, ..Ii), eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung (1) für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe (2) zum Versorgen der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung mit Kraftstoff, und einen Drucksensor (3) zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung aufweist, mit einer Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
  14. Motor mit einem Common-Rail-Einspritzsystem nach Anspruch 13.
  15. Verfahren zur Ansteuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems, welches mehrere Kraftstoff-Injektoren (I1, I2, ..Ii), eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung (1) für die Kraftstoff-Injektoren, eine Hochdruckpumpe (2) zum Versorgen der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung mit Kraftstoff, und einen Drucksensor (3) zum Bestimmen des Drucks in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung aufweist, insbesondere unter Verwendung einer Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    wobei Daten des Drucksensors (3) ausgewertet und aus dem durch eine Einspritzung bewirkten Druckabfall in der gemeinsamen Kraftstoffzuleitung (1) die während dieser Einspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge oder ein hiervon abgeleiteter Wert bestimmt wird,
    und wobei die Ergebnisse der Auswertung verwendet werden, um die Ansteuerung der Kraftstoff-Injektoren (I1, I2, ..Ii) anzupassen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bestimmung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge oder eines hiervon abgeleiteten Wertes anhand mindestens einer Testeinspritzung (10) erfolgt.
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