WO2007134887A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines einspritzventils eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines einspritzventils eines verbrennungsmotors Download PDF

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injection
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injection valve
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Erwin Achleitner
Thomas Maurer
Carlos Eduardo Migueis
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an injection valve of an internal combustion engine.
  • a deviation between a predetermined desired value and an actual value of a fuel quantity injected into a combustion chamber of the internal combustion engine is compensated according to the preamble of the independent claims 1 and 11.
  • the fuel quantity to be injected can be controlled by a corresponding control of the injection valve, for example by the valve lift of its nozzle needle, the opening duration and / or the fuel pressure (rail pressure) in the injection system.
  • the actually injected fuel quantity is influenced in particular by manufacturing tolerances and aging influences of the injection valve. This results in deviations from the predetermined target value, which are relatively large, especially at very low injection quantities, as required in a pilot injection or a post-injection, for example, for heating of catalytic converters. It is particularly disadvantageous that the deviation can be different for each individual injection valve.
  • US 2004/0011325 A1 discloses an injection system, in particular for a diesel engine, in which the fuel is injected into the internal combustion engine both during a main injection and additionally during an auxiliary injection.
  • the fuel pump is first switched on and a fuel injection is generated by triggering the injection valve and, after a stabilization phase, a first fuel pressure in the fuel rail is measured. Thereafter, the injection valve is deactivated, the
  • a control unit determines from the two pressure values and taking into account the activation signal for the injection valve as well as further operating parameters a model according to which the fuel quantity for the auxiliary injection is determined. With this system, the required amount of fuel to the operating conditions of the engine to be adjusted.
  • DE 197 38 722 A1 discloses a measuring device which is used on an injection valve test stand in order to measure the injection rate and quantity of the injected fuel. In this method, the pressure rise is determined in a measuring volume and used to determine the injected fuel quantity.
  • the invention is based on the object to improve the accuracy of a fuel quantity to be injected in a fuel injection system of an internal combustion engine.
  • the actually injected fuel quantity for at least one selected injection valve of the internal combustion engine should be determined exactly.
  • Deviations between the predetermined desired value and the actual value are automatically compensated by the invention.
  • an equally good, optimal fuel injection is always achieved during the period of use of the internal combustion engine or of the motor vehicle, which is minimal in terms of fuel consumption, produces favorable emissions and causes optimum efficiency of the internal combustion engine.
  • It is regarded as advantageous in this case that, in particular, smallest fuel quantities are injected with the greatest accuracy for each injection valve during its entire service life, since possible deviations are automatically compensated.
  • Another advantage is that the effectiveness of the catalyst is improved because the required fuel quantity can be metered very accurately for its post-injection to maintain its operating temperature.
  • Another aspect of the invention consists in the fact that the warm-up time of the catalytic converter is effectively shortened, so that the legally prescribed limit values for the emission values can be safely met.
  • An alternative possibility for setting the stable state for the fuel rail is also that the fuel rail is supplied with a defined leakage flow from the high-pressure fuel pump. In this case, the leakage current is kept constant, so that it is very easy to carry out a pressure measurement for the fuel contained in the fuel rail.
  • a limit value is specified for the calculated difference value between the desired value and the actual value.
  • This limit value is preferably set for an ideal injection valve in which no manufacturing tolerances and / or aging influences occur. Only when the predetermined limit value is exceeded, the correction factor is determined, which is then used for the adaptation of the further control of the injection valve. By specifying the limit value is further achieved that smallest deviations between the setpoint and the actual value do not lead to a change in the valve control, as they may possibly be metrologically related.
  • the correction factor is carried out sequentially and individually for all existing injection valves of the injection system or for all cylinders of the internal combustion engine.
  • the individual adaptation of the individual injection valves optimally and permanently controls fuel combustion in the internal combustion engine.
  • test injection takes place during the compression phase of the internal combustion engine. There the test injection is carried out in particular in overrun operation, resulting in the smoothness of the engine no negative influence.
  • test injection can be carried out during the expansion phase of the internal combustion engine.
  • test injection also exerts no negative influence on the smoothness of the internal combustion engine or even affects the overrun operation.
  • the amount of fuel to be injected in the test injection is very low.
  • the amount of fuel may correspond, for example, to a pre-injection or post-injection or to a heat injection for the catalytic converter.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention, which is shown as a block diagram
  • FIG. 2 shows a diagram with pressure curves
  • FIG. 3 shows a flow chart
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device according to the invention with which a deviation between a predetermined desired value and an actual actual value can be compensated during the fuel injection into an internal combustion engine.
  • the device 10 shown in Figure 1 has an injection system, which is designed for example as a common rail injection system.
  • An essential component of the injection system is a fuel rail 2, which via high-pressure lines with corresponding injection valves 1 is connected.
  • the injection valves 1 are installed in a cylinder head of an internal combustion engine 11 to inject a corresponding amount of fuel into the individual cylinders of the internal combustion engine 1.
  • six injection valves 1 are arranged on the internal combustion engine 11.
  • an injection valve 1 is provided for each cylinder of the internal combustion engine 11, so that in a six-cylinder engine six injection valves 1 are required.
  • Each injection valve 1 is designed, for example, with a piezoelectric actuator in order to be able to control very short and fast injection pulses, such as are required in particular in a multiple injection.
  • the injection valves 1 are controlled by an appropriately designed engine control unit (not shown in FIG. 1) as a function of the operating conditions of the internal combustion engine 11.
  • the fuel rail is hydraulically connected to a high-pressure pump 4 via a high-pressure line filled with fuel.
  • the direction of flow of the fuel is represented by corresponding arrows.
  • the high-pressure pump 4 is designed, for example, as a single-piston pump or as a multi-piston pump with a volume flow control valve. By means of the volumetric flow control valve, a defined leakage flow can be adjusted, which communicates with the fuel rail 4 under high pressure
  • the high-pressure pump 4 is connected on the input side via corresponding lines to a fuel tank 9.
  • the fuel tank 9 is filled with diesel oil or gasoline.
  • ne low pressure pump 8 is connected in the connecting line to the high pressure pump 4 .
  • the low-pressure pump 8 is connected to a pressure regulator 7, by means of which excess fuel can be returned to the fuel tank 9 via a further fuel line.
  • the high pressure pump 4 is further connected to a PWM valve 6, with which the Kraftstoffström can be controlled.
  • This PWM valve 6 is controlled by a control Unit 3, for example, controlled by the pulse width modulation method.
  • the control unit 3 has an arithmetic unit which can be controlled by a corresponding program.
  • the control unit 3 is further electrically connected to a pressure sensor 5, which is mounted on the fuel rail 2 and measures the fuel pressure within the fuel rail 2.
  • a temperature sensor is arranged on the fuel rail 2, which measures the fuel temperature and whose measured values are likewise transmitted to the control unit 3.
  • the PWM valve 6 can be closed with the control unit 3, so that the fuel rail 2 is completed or alternatively supplied with fuel with a predetermined leakage flow.
  • One aspect of the invention is that a correction value is determined for at least one, preferably for each individual injection valve 1, with which the control of the
  • Injector 1 is adapted to achieve the predetermined setpoint for the fuel quantity injection setpoint as precisely as possible.
  • the predetermined setpoint value for the fuel quantity to be injected is calculated or determined, for example, by an engine control unit as a function of a plurality of engine parameters. For example, the speed, the temperature, the accelerator pedal position, the engaged gear, etc. are taken into account. Taking into account the received parameter data from a previously stored database or table, the engine control unit takes one or more values for a required fuel injection. For this purpose, the injection valves 1 with one or more controlled suitable control pulses to achieve the predetermined setpoint for the amount of fuel to be injected.
  • FIG. 2 shows a diagram with different pressure curves, in which the above-described problem is explained in more detail below.
  • the fuel pressure P in the fuel rail 2 is shown on the Y-axis.
  • the continuous test time t is plotted on the X-axis.
  • the curve D represents the case in which a real injection valve is used, which was manufactured with a corresponding manufacturing tolerance and / or has a changed injection behavior due to aging and wear.
  • the curve D therefore also corresponds to the actual actual value for the injected fuel quantity, taking into account the leakage.
  • the fuel rail there is a lower fuel pressure P than that represented by the curve C.
  • the fuel pressure has the pressure value P D. That means in the fuel rail a larger fuel drain is present and thus the actual value is greater than the predetermined setpoint P 0 of the curve C.
  • the injection valve has injected a larger amount of fuel into the engine and thus exceeded the predetermined setpoint. Consequently, in a subsequent injection, the selected injection valve is to be controlled with the determined correction factor in such a way that the injection valve injects less fuel in order to reach or at least come rather close to the setpoint fuel quantity.
  • a correction factor is determined with which the control for the injection valve according to the above example by a shortening of the injection duration of the respective injection valve, by a reduced opening width of the nozzle needle of the injection valve and / or adjusted by a pressure reduction in the fuel rail.
  • the result is a corresponding negative correction factor.
  • the correction factor can be used, for example, as a percentage or as a constant.
  • Pressure measurement can be justified, is not compensated. For minimal deviations, therefore, a limit is given, so that only then does a compensation of the injection quantity, if the predetermined limit is exceeded.
  • a test phase is initiated in which the test injection is carried out. If the fuel cut-off phase is detected, a defined state is set in the fuel rail in the test phase. For example, that will
  • the volume flow can be measured, for example, by a method proposed in WO 2004 / 104397A1.
  • an individual injection valve is actuated for a defined time in order to inject the predetermined amount of fuel (setpoint value). Due to the continuous fuel intake of the controlled injection valve, a pressure drop occurs in the fuel rail. In a high-pressure pump with a volume control valve but also a slow rise in pressure can occur.
  • the amount of fuel Q ra ⁇ i withdrawn from the fuel rail is determined by the injected fuel quantity qin per k to r and the possible leakage component qi ec k a g e .
  • the injected fuel quantity can as ⁇ derum (ie the specified setpoint) using the set flow rate qinjektor nominally an d the eventual From ⁇ deviation qinjektor deviation from the nominal flow be ⁇ true, so that overall the following formula results: Urail ⁇ Lmj ector nominal 4m] ector deviation ⁇ * ⁇ ⁇ [leakage-L /
  • the leakage component is determined by the pressure drop in the fuel rail in a phase when neither fuel is supplied nor withdrawn. From the known relationship between the volume and the pressure, the extracted fuel quantity Q ra ii can be calculated as follows:
  • V raii is the fuel volume in the fuel rail. This is a system parameter.
  • K is the volume expansion coefficient, ie a material property which depends on the fuel temperature and is to be regarded as a variable during a longer test duration.
  • ⁇ P is the pressure drop after a predetermined test period, which is measured.
  • test injection is carried out in the phase of the overrun fuel cutoff, so that no impairment of engine running or driving comfort can be felt by the test injection.
  • it is provided to carry out the test injection during the compression phase or during the expansion phase of the internal combustion engine.
  • the program starts with the corresponding reserves of the memory.
  • a query is made as to whether the operating state of the fuel cut-off has been reached. If this is not the case, then the program returns to position 20.
  • a defined, stable state of the fuel rail is set in position 22. This can be done, for example, that the fuel supply to the fuel rail is interrupted. Furthermore, the injection valves are in the non-activated state.
  • the program starts the test phase as soon as the stable state is detected.
  • a first pressure measurement takes place in the fuel rail. The first pressure value is preferably buffered.
  • the selection of an individual injection valve, for example of the first injection valve takes place.
  • the first injection valve is activated with a test pulse, while all other injection valves remain deactivated.
  • the test pulse is designed in such a way that an amount of fuel specified as the desired value can be injected into the corresponding cylinder of the internal combustion engine.
  • the amount of fuel is preferably very small and corresponds for example to a pre-injection or post-injection in a multiple injection or a heat injection for a catalyst.
  • a fuel is taken from the fuel rail, so that now a second pressure measurement and the second pressure value can be temporarily stored (position 27).
  • position 28 the actually injected fuel quantity or the actual value for the fuel quantity is calculated.
  • position 29 the difference between the specified setpoint and the actual value is calculated.
  • This correction value is stored in position 30 for the first injector so that the next injections are automatically corrected. Thereafter, the program jumps back to position 25 and starts the test phase with the selection of the next individual injection valve.

Abstract

Um die Mengenabweichung eines Kraftstoffeinspritzventils zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass während einer Schubabschaltphase eines im Betrieb befindlichen Kraftfahrzeugs eine Testeinspritzung durchgeführt wird. Dabei wird das Kraf tstof f-Rail (2) eingangsseitig verschlossen und das ausgewählte Einspritzventil (1) angesteuert. Durch Messung einer Druckdifferenz im Kraf tstof f-Rail (2) vor und nach der Testeinspritzung kann eine Mengendifferenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert ermittelt werden. Daraus ergibt sich ein Korrekturfaktor, mit dem die Ansteuerung für das ausgewählte Einspritzventil (1) für nachfolgende Einspritzungen korrigiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors. Bei der Steuerung des Einspritzventils wird eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffmenge nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 kompensiert.
Es ist schon bekannt, dass wahrend des Betriebs des Verbren- nungsmotors die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch eine entsprechende Steuerung des Einspritzventils, zum Beispiel durch den Ventilhub seiner Dusennadel, die Offnungsdauer und/oder den Kraftstoffdruck (Raildruck) im Einspritzsystem steuerbar ist. Allerdings wird die tatsachlich eingespritzte Kraftstoffmenge (Istwert) noch insbesondere durch Fertigungstoleranzen und Alterungseinflussen des Einspritzventils be- einflusst. Dadurch ergeben sich Abweichungen von dem vorgegebenen Sollwert, die insbesondere bei sehr geringen Einspritzmengen, wie sie bei einer Voreinspritzung oder bei einer Nacheinspritzung beispielsweise zur Erhitzung von Abgaskatalysatoren benotigt werden, relativ groß sind. Besonders nachteilig ist, dass die Abweichung für jedes individuelle Einspritzventil unterschiedlich sein kann.
Zur Kompensation der Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem tatsachlichen Istwert der eingespritzten Kraftstoffmenge wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Laufunruhe des Verbrennungsmotors ausgewertet wird. Dieses Verfahren wird insbesondere bei Dieselmotoren zur Nullmengenadaption verwendet. Aus der US 2004/0011325 Al ist des Weiteren ein Einspritzsystem insbesondere für einen Dieselmotor bekannt, bei dem der Kraftstoff sowohl bei einer Haupteinspritzung als auch zusätzlich bei einer Hilfseinspritzung in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Für die Berechnung der Kraftstoffmenge für die Hilfseinspritzung wird zunächst die Kraftstoffpumpe eingeschaltet und durch Ansteuerung des Einspritzventils eine Kraftstoffeinspritzung generiert und nach einer Stabilisierungsphase ein erster Kraftstoffdruck im Kraftstoff-Rail ge- messen. Danach wird das Einspritzventil deaktiviert, die
Kraftstoffpumpe abgeschaltet und ein zweiter Kraftstoffdruck im Kraftstoff-Rail gemessen, bevor die Pumpe wieder eingeschaltet wird. Eine Steuereinheit ermittelt aus den beiden Druckwerten und unter Berücksichtigung des Ansteuersignals für das Einspritzventil sowie weiterer Betriebsparameter ein Modell, nach dem die Kraftstoffmenge für die Hilfseinspritzung bestimmt wird. Mit diesem System soll die benötigte Kraftstoffmenge an die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepasst werden.
Des Weiteren ist aus der DE 197 38 722 Al eine Messeinrichtung bekannt, die an einem Einspritzventil-Prüfstand eingesetzt wird, um die Einspritzrate und -menge des eingespritzten Kraftstoffs zu messen. Bei diesem Verfahren wird der Druckanstieg in einem Messvolumen bestimmt und daraus die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors die Genauigkeit einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu verbessern. Dabei soll die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge für wenigstens ein ausgewähltes Einspritzventil des Verbrennungsmotors exakt bestimmt werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils, bei dem eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffmenge nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 angepasst wird, ergibt sich der Vorteil, dass für jedes individuelle Einspritzventil des Verbrennungsmotors eine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, die dem vorgegebenen Sollwert entspricht oder zumindest dem vorgegebenen Sollwert sehr nahe kommt.
Abweichungen zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert, die insbesondere durch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Einspritzventils und/oder auch durch Alterung und Verschleiß während der Gebrauchszeit des Einspritzventils unvermeidlich sind, werden mit der Erfindung automatisch kom- pensiert. Auf diese Weise wird während der Gebrauchszeit des Verbrennungsmotors beziehungsweise des Kraftfahrzeugs stets eine gleich gute, optimale Kraftstoffeinspritzung erzielt, die im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch minimal ist, günstige Abgaswerte erzeugt und einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors bewirkt. Als vorteilhaft wird dabei angesehen, dass bei jedem Einspritzventil während seiner gesamten Lebensdauer insbesondere kleinste Kraftstoffmengen mit größter Genauigkeit eingespritzt werden, da mögliche Abweichungen automatisch kompensiert werden. Von Vorteil ist des Weiteren, dass auch die Wirksamkeit des Katalysators verbessert wird, da für dessen Nacheinspritzung zur Erhaltung seiner Betriebstemperatur die erforderliche Kraftstoffmenge sehr genau dosiert werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch darin, dass die Warmlaufzeit des Abgaskatalysa- tors wirkungsvoll verkürzt wird, so dass die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte für die Emissionswerte sicher eingehalten werden können.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen ausgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 angegebenen Verfahrens gegeben. Eine einfache Möglichkeit zur Einstellung des stabilen Zustands im Kraftstoff- Rail wird erreicht, wenn die am Kraftstoff-Rail angeschlossenen Einspritzventile deaktiviert sind und das Kraftstoff-Rail eingangsseitig geschlossen ist.
Eine alternative Möglichkeit zur Einstellung des stabilen Zu- standes für das Kraftstoff-Rail besteht auch darin, dass dem Kraftstoff-Rail ein definierter Leckagestrom von der Kraft- stoffhochdruckpumpe zugeführt wird. In diesem Fall wird der Leckagestrom konstant gehalten, so dass sehr einfach eine Druckmessung für den im Kraftstoff-Rail enthaltenen Kraftstoff durchgeführt werden kann.
Weiterhin ist von Vorteil, dass für den berechneten Differenzwert zwischen dem Sollwert und dem Istwert ein Grenzwert vorgegeben wird. Dieser Grenzwert wird vorzugsweise für ein ideales Einspritzventil festgelegt, bei dem keine Fertigungstoleranzen und/oder Alterungseinflusse auftreten. Erst bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes wird der Korrekturfaktor ermittelt, der dann für die Anpassung der weiteren Steuerung des Einspritzventils verwendet wird. Durch die Vorgabe des Grenzwertes wird des Weiteren erreicht, dass kleinste Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem Istwert nicht zu einer Änderung der Ventilansteuerung fuhren, da sie möglicherweise messtechnisch bedingt sein können.
Um die Kraftstoffeinspritzung für jedes Einspritzventil individuell zu optimieren, ist erfindungsgemaß vorgesehen, dass der Korrekturfaktor sequentiell und individuell für alle vorhandenen Einspritzventile des Einspritzsystems bzw. für alle Zylinder des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Durch die individuelle Anpassung der einzelnen Einspritzventile wird die Kraftstoffverbrennung im Verbrennungsmotor optimal und dauerhaft gesteuert.
Da für die Testeinspritzung eine nur geringe Kraftstoffmenge benotigt wird, ist vorgesehen, dass die Testeinspritzung wahrend der Kompressionsphase des Verbrennungsmotors erfolgt. Da die Testeinspritzung insbesondere im Schubbetrieb erfolgt, ergibt sich für die Laufruhe des Verbrennungsmotors kein negativer Einfluss.
Alternativ lässt sich die Testeinspritzung während der Expansionsphase des Verbrennungsmotors durchführen. In diesem Fall übt die Testeinspritzung ebenfalls keinen negativen Einfluss auf die Laufruhe des Verbrennungsmotors aus oder beeinträchtigt gar den Schubbetrieb.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die einzuspritzende Kraftstoffmenge bei der Testeinspritzung sehr gering ist. Die Kraftstoffmenge kann beispielsweise der einer Vor- oder Nacheinspritzung bzw. der einer Heizeinspritzung für den Katalysator entsprechen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die als Blockschaltbild dargestellt ist,
Figur 2 zeigt ein Diagramm mit Druckkurven und
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schemati- scher Darstellung dargestellt, mit der bei der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem tatsächlichen Istwert kompensiert werden kann. Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 10 weist ein Einspritzsystem auf, das beispielsweise als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet ist. Wesentlicher Bestandteil des Einspritzsystems ist ein Kraftstoff-Rail 2, das über Hochdruckleitungen mit entsprechenden Einspritzventilen 1 verbunden ist. Die Einspritzventile 1 sind in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors 11 eingebaut, um in die einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eine entsprechende Kraftstoffmenge einzuspritzen. Wie der Figur 1 weiter ent- nehmbar ist, sind sechs Einspritzventile 1 an dem Verbrennungsmotor 11 angeordnet. In der Regel ist für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 11 ein Einspritzventil 1 vorgesehen, so dass bei einem Sechszylindermotor sechs Einspritzventile 1 benötigt werden. Jedes Einspritzventil 1 ist beispielsweise mit einem piezoelektrischen Aktor ausgebildet, um sehr kurze und schnelle Einspritzimpulse, wie sie insbesondere auch bei einer Mehrfacheinspritzung benötigt werden, steuern zu können. Die Einspritzventile 1 werden von einem entsprechend ausgebildeten Motorsteuergerät (in Figur 1 nicht dargestellt) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 11 angesteuert.
Das Kraftstoff-Rail ist über eine mit Kraftstoff gefüllte Hochdruckleitung mit einer Hochdruckpumpe 4 hydraulisch ver- bunden. Die Fließrichtung des Kraftstoffs ist durch entsprechende Pfeile dargestellt. Die Hochdruckpumpe 4 ist beispielsweise als Einkolbenpumpe oder als Mehrkolbenpumpe mit einem Volumenstrom-Regelventil ausgebildet. Durch das Volumenstrom-Regelventil ist ein definierter Leckagestrom ein- stellbar, der das Kraftstoff-Rail 4 unter hohem Druck mit
Kraftstoff versorgt. Die Hochdruckpumpe 4 ist eingangsseitig über entsprechende Leitungen mit einem Kraftstofftank 9 verbunden. Der Kraftstofftank 9 ist mit Dieselöl oder Benzin gefüllt. In die Verbindungsleitung zur Hochdruckpumpe 4 ist ei- ne Niederdruckpumpe 8 geschaltet. Die Niederdruckpumpe 8 ist ausgangsseitig mit einem Druckregler 7 verbunden, durch den überschüssiger Kraftstoff über eine weitere Kraftstoffleitung in den Kraftstofftank 9 zurückgeführt werden kann.
Eingangsseitig ist die Hochdruckpumpe 4 des Weiteren mit einem PWM-Ventil 6 verbunden, mit dem der Kraftstoffström gesteuert werden kann. Dieses PWM-Ventil 6 wird von einer Steu- ereinheit 3 beispielsweise nach dem Pulsweiten- Modulationsverfahren gesteuert. Die Steuereinheit 3 weist eine Recheneinheit auf, die mit einem entsprechenden Programm steuerbar ist. Die Steuereinheit 3 ist des Weiteren elekt- risch mit einem Drucksensor 5 verbunden, der an das Kraft- stoff-Rail 2 angebaut ist und den Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoff-Rails 2 misst.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Kraftstoff-Rail 2 ein Temperatursensor angeordnet ist, der die Kraftstofftemperatur misst und dessen Messwerte ebenfalls zur Steuereinheit 3 übertragen werden.
Mit der Steuereinheit 3 kann des Weiteren das PWM-Ventil 6 geschlossen werden, so dass das Kraftstoff-Rail 2 abgeschlossen oder alternativ mit einem vorgegebenen Leckagestrom mit Kraftstoff versorgt wird.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspre- chend der Figur 1 wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert .
Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass für wenigstens ein, vorzugsweise für jedes einzelne Einspritzventil 1 ein Korrekturwert ermittelt wird, mit dem die Ansteuerung des
Einspritzventils 1 adaptiert wird, um den für die Kraftstoffmengen-Einspritzung vorgegebenen Sollwert möglichst präzise zu erreichen. Der vorgegebene Sollwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird beispielsweise von einem Motor- Steuergerät in Abhängigkeit von mehreren Motorparametern berechnet oder bestimmt. Beispielsweise werden die Drehzahl, die Temperatur, die Gaspedalstellung, der eingelegte Getriebegang usw. berücksichtigt. Das Motor-Steuergerät entnimmt unter Berücksichtigung der empfangenen Parameterdaten aus ei- ner zuvor gespeicherten Datenbank oder Tabelle einen oder mehrere Werte für eine erforderliche Kraftstoffeinspritzung. Dazu werden die Einspritzventile 1 mit einem oder mehreren geeigneten Steuerimpulsen angesteuert, um den vorgegebenen Sollwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge zu erreichen .
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge (Istwert) mehr oder weniger stark von dem vorgegebenen Sollwert abweicht. Ursache für dieses Phänomen können beispielsweise Fertigungstoleranzen sein, die während der Herstellung des Einspritzventils ent- stehen und nicht vollständig vermeidbar sind. Eine weitere
Ursache kann Verschleiß oder Alterung sein, der im Laufe der Betriebszeit des Einspritzventils zu einem veränderten Einspritzverhalten führen kann. Um die Abweichungen der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge von dem vorgegebenen Sollwert zu kompensieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zunächst mit Hilfe einer Testeinspritzung festgestellt wird, wie hoch die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert tatsächlich ist. Diese Testeinspritzung wird vorzugsweise für jedes Einspritzventils oder für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 11 individuell durchgeführt.
Figur 2 zeigt ein Diagramm mit unterschiedlichen Druckkurven, an denen das oben geschilderte Problem nachfolgend näher erläutert wird. In Figur 2 ist auf der Y-Achse der Kraftstoff- druck P im Kraftstoff-Rail 2 dargestellt. Auf der X-Achse ist die fortlaufende Testzeit t aufgetragen.
Ideale Verhältnisse würden vorliegen, wenn bei einem hohen Raildruck im Kraftstoff-Rail keine Leckage vorliegt. Es wird angenommen, dass das Kraftstoff-Rail eingangsseitig geschlossen ist. Des Weiteren sind alle Einspritzventile geschlossen, so dass weder ein Kraftstoffzufluss noch eine Kraftstoffentnähme erfolgt. In diesem Fall ist der Kraftstoffdruck PA im Kraftstoff-Rail konstant. Dieser Zustand ist durch die ge- strichelt dargestellte horizontal verlaufende Kurve A in dem Diagramm wiedergegeben. Beispielsweise wird zum Zeitpunkt tl der Druckwert PA gemessen. In der Praxis ist jedoch wegen einer unvermeidbaren Leckage ein Druckabfall im Kraftstoff-Rail 2 vorhanden, so dass der Raildruck (Kraftstoffdruck) P mit der Zeit abnimmt. Der ent- sprechende Druckverlauf ist durch die Kurve B wiedergegeben. Beispielsweise erhält man zum Zeitpunkt tl den Druckwert PB, der niedriger ist als der Druckwert PA.
Bei der Kurve C wird wieder vom Anfangsdruck PA ausgegangen, wenn das Kraftstoff-Rail gefüllt und eingangsseitig geschlossen ist. Nun erfolgt mit Hilfe einer Modellrechnung in einer Testphase eine simulierte Ansteuerung eines einzelnen Einspritzventils mit einer Testeinspritzung, bei der für eine bestimmte Zeit eine vorbestimmte Kraftstoffmenge als Sollwert in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Durch die kontinuierliche Kraftstoffentnähme ergibt sich im Kraftstoff-Rail ein Druckverlauf, wie er durch die Kurve C dargestellt ist. Die Kurve C berücksichtigt dabei auch den Druckabfall, der durch die Leckage bedingt ist. Es wird wei- terhin angenommen, dass alle weiteren Einspritzventile geschlossen sind. Bei Erreichen eines definierten Zustands, beispielsweise zum Zeitpunkt tl, ergibt sich somit ein modellierter Kraftstoffdruck, der als erster Druckwert P0 gespeichert wird. Der erste Druckwert P0 entspricht somit dem vor- gegebenen Sollwert, wenn der definierte, stabile Zustand im Kraftstoff-Rail erreicht ist.
Die Kurve D stellt den Fall dar, bei dem ein reales Einspritzventil verwendet wird, das mit einer entsprechenden Fertigungstoleranz gefertigt wurde und/oder durch Alterung und Verschleiß ein verändertes Einspritzverhalten aufweist. Die Kurve D entspricht - ebenfalls unter Berücksichtigung der Leckage - daher dem tatsächlichen Istwert für die eingespritzte Kraftstoffmenge. Im Kraftstoff-Rail herrscht ein niedrigerer Kraftstoffdruck P, als der, der durch die Kurve C dargestellt ist. Zum Zeitpunkt tl weist der Kraftstoffdruck den Druckwert PDauf. Das bedeutet, dass im Kraftstoff-Rail ein größerer Kraftstoffabfluss vorliegt und somit der Istwert großer ist als der vorgegebene Sollwert P0 der Kurve C. Somit hat das Einspritzventil eine größere Kraftstoffmenge in den Verbrennungsmotor eingespritzt und damit den vorgegebenen Sollwert überschritten. Folglich ist bei einer nachfolgenden Einspritzung das ausgewählte Einspritzventil mit dem ermittelten Korrekturfaktor in der Weise anzusteuern, dass das Einspritzventil weniger Kraftstoff einspritzt, um die vom Sollwert vorgegebene Kraftstoffmenge zu erreichen oder ihr zumindest ziemlich nahe zu kommen.
Erfindungsgemaß ist daher vorgesehen, die Abweichung der tatsachlich eingespritzten Kraftstoffmenge (Istwert) vom vorgegebenen Sollwert, die durch die Druckdifferenz PD - Pc der beiden Kurven C und D ermittelbar ist, zu kompensieren. Daher wird erfindungsgemaß ein Korrekturfaktor ermittelt, mit dem die Ansteuerung für das Einspritzventil entsprechend dem obigen Beispiel durch eine Verkürzung der Einspritzdauer des betreffenden Einspritzventils, durch eine reduzierte Off- nungsweite der Dusennadel des Einspritzventils und/oder durch eine Druckabsenkung im Kraftstoff-Rail angepasst.
Im anderen Fall, wenn der Istwert kleiner ist als der Sollwert, ergibt sich ein entsprechender negativer Korrekturfak- tor. Das bedeutet, dass die Ansteuerung für das Einspritzventil in der Weise geändert wird, dass die Einspritzdauer verlängert, die Offnungsweite der Dusennadel vergrößert und/oder der Raildruck vergrößert wird. Der Korrekturfaktor kann dabei beispielsweise prozentual oder als Konstante verwendet wer- den.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine minimale Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert, die beispielsweise bei einer großen Einspritzmenge nicht relevant wäre oder die durch Messtoleranzen bei der
Druckmessung begründet sein kann, nicht kompensiert wird. Für minimale Abweichungen ist daher ein Grenzwert vorgegeben, so dass erst dann eine Kompensation der Einspritzmenge erfolgt, wenn der vorgegebene Grenzwert überschritten ist.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Algorithmus erläu- tert, mit dem die Ansteuerung des Einspritzventils kompensiert wird. Während einer Schubabschaltephase eines Kraftfahrzeugs wird eine Testphase eingeleitet, in der die Testeinspritzung durchgeführt wird. Wenn die Schubabschaltphase erkannt wird, wird in der Testphase im Kraftstoff-Rail ein definierter Zustand eingestellt. Beispielsweise wird das
Kraftstoff-Rail mit Hilfe des PWM-Ventils 6 geschlossen, so dass kein Kraftstoff mehr zugeführt wird.
Alternativ ist vorgesehen, bei einer Hochdruckpumpe mit einem Volumenstrom-Regelventil einen definierten Leckagestrom im
Kraftstoff-Rail auszubilden. Der Volumenstrom kann beispielsweise mit einem Verfahren gemessen werden, das in der WO 2004/104397A1 vorgeschlagen wurde.
Nachdem im Kraftstoff-Rail ein stabiler Zustand erreicht ist, wird ein individuelles Einspritzventil für eine definierte Zeit angesteuert, um die vorgegebene Kraftstoffmenge (Sollwert) einzuspritzen. Durch die kontinuierliche Kraftstoffentnähme des angesteuerten Einspritzventils entsteht im Kraft- stoff-Rail ein Druckabfall. Bei einer Hochdruckpumpe mit einem Volumensteuerventil kann aber auch ein langsamer Druckanstieg auftreten.
Mathematisch kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dem fol- genden Algorithmus gelöst werden. Die aus dem Kraftstoff-Rail entnommene Kraftstoffmenge Qraχi wird durch die eingespritzte Kraftstoffmenge qinjektor und dem eventuellen Leckageanteil qieckage bestimmt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann wie¬ derum mit Hilfe der eingestellten Durchflussmenge (d.h. dem vorgegebenen Sollwert) qinjektor nominal und der eventuellen Ab¬ weichung qinjektor abweichung von der nominalen Durchflussmenge be¬ stimmt werden, so dass sich insgesamt folgende Formel ergibt: Urail ~Lmj ektor nominal 4m] ektor abweichung ~*~ ~[leckage \ -L /
Der Leckageanteil wird durch den Druckabfall im Kraftstoff- Rail in einer Phase bestimmt, wenn weder Kraftstoff zugeführt noch entnommen wird. Aus der bekannten Beziehung zwischen dem Volumen und dem Druck lässt sich die entnommene Kraftstoffmenge Qraii wie folgt berechnen:
Qraii = Vrail / K * ΔP ( 2 )
Vraii ist das Kraftstoffvolumen im Kraftstoff-Rail . Dieses ist ein Systemparameter. K ist der Volumenausdehnungskoeffizient, also eine Stoffeigenschaft, die von der Kraftstofftemperatur abhängig ist und bei längerer Testdauer als Variable zu betrachten ist. ΔP ist der Druckabfall nach einer vorbestimmten Testdauer, die gemessen wird.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich dann
U inj ektor abweichung V rail / JA Δ Jr — C[inj ektor nominal ~~ ^leckage ( -J /
Die auf diese Weise ermittelte Mengenabweichung qinjektor abweichung wird für eine Ansteuerung für nachfolgende Einspritzun- gen mit diesem Einspritzventil zur Kompensation bzw. zur Korrektur berücksichtigt.
Es ist vorgesehen, den obigen Algorithmus für jedes Einspritzventil und/oder für jeden Zylinder anzuwenden, um für jedes Einspritzventil beziehungsweise für jeden Zylinder die Abweichung der Einspritzmenge von der vorgegebenen Sollmenge zu kompensieren. Auf diese Weise lassen sich sehr einfach und in vorteilhafter Weise individuelle Herstellungstoleranzen und/oder die Alterung an den einzelnen Einspritzventilen a- daptieren. Erfindungswesentlich ist des Weiteren, dass die Testeinspritzung in der Phase der Schubabschaltung durchgeführt wird, damit durch die Testeinspritzung keine Beeinträchtigung des Motorlaufs oder des Fahrkomforts spürbar ist. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Testeinspritzung während der Kompressionsphase oder während der Expansionsphase des Verbrennungsmotors durchzuführen.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand des Flussdiagramms der Figur 3 näher erläutert. In Position 20 startet das Programm mit den entsprechenden Rückstellungen des Speichers. In Position 21 erfolgt eine Abfrage, ob der Betriebszustand der Schubabschaltung erreicht ist. Ist das nicht der Fall, dann springt das Programm auf Position 20 zu- rück. Im anderen Fall, wenn eine Schubabschaltung detektiert wurde, wird in Position 22 ein definierter, stabiler Zustand des Kraftstoff-Rails eingestellt. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Kraftstoffzufuhr zum Kraftstoff-Rail unterbrochen wird. Des Weiteren befinden sich die Einspritz- ventile im nicht angesteuerten Zustand. In Position 23 startet das Programm mit der Testphase, sobald der stabile Zustand festgestellt wurde. In Position 24 erfolgt eine erste Druckmessung im Kraftstoff-Rail . Der erste Druckwert wird vorzugsweise zwischengespeichert. In Position 25 erfolgt die Auswahl eines individuellen Einspritzventils, beispielsweise des ersten Einspritzventils. In Position 26 wird das erste Einspritzventil mit einem Testimpuls angesteuert, während alle übrigen Einspritzventile deaktiviert bleiben. Der Testimpuls ist so ausgelegt, dass eine als Sollwert vorgegebene Kraftstoffmenge in den entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Kraftstoffmenge ist vorzugsweise sehr klein und entspricht beispielsweise der einer Vor- oder Nacheinspritzung bei einer Mehrfacheinspritzung oder der einer Heizeinspritzung für einen Katalysator.
Durch die Kraftstoffeinspritzung erfolgt eine Kraftstoffentnähme aus dem Kraftstoff-Rail, so dass nun eine zweite Druck- messung durchgeführt und der zweite Druckwert zwischengespeichert werden kann (Position 27) . In Position 28 wird nun die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bzw. der Istwert für die Kraftstoffmenge berechnet. In Position 29 wird die Differenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert berechnet. Aus der Abweichung ergibt sich ein Korrekturwert, mit dem die Ansteuerung des ersten Einspritzventils bei den nächsten Einspritzungen entsprechend adaptiert wird. Dieser Korrekturwert wird in Position 30 für den ersten Injektor ge- speichert, so dass die nächsten Einspritzungen automatisch korrigiert werden. Danach springt das Programm wieder auf Position 25 zurück und startet die Testphase mit der Auswahl des nächsten individuellen Einspritzventils.
Es ist vorgesehen, dass das Programm mit der Testphase für die einzelnen Einspritzventile in zyklischem Abstand wiederholt wird, so dass sowohl Kurzzeiteffekte als auch Langzeiteffekte automatisch korrigierbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Einspritzventils (1), wobei eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors (11) eingespritzten Kraftstoffmenge kompensiert wird, wobei der Kraftstoff mit Hilfe mehrerer Einspritzventile (1) eines Einspritzsystems (10) während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs in den Verbrennungsmotor (11) eingespritzt wird und wobei die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert der eingespritzten Kraftstoffmenge durch Erfassung des Druckabfalls in einem Kraftstoff-Rail (2) des Einspritzsystems (10) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass während einer Schubabschaltephase eine Testphase eingeleitet wird, bei der zunächst im Kraftstoff-Rail (2) ein definierter, stabiler Zustand eingestellt wird,
- dass nach Erreichen des stabilen Zustands ein erster Druckwert im Kraftstoff-Rail (2) mit einer ersten Druck- messung ermittelt wird,
- dass anschließend wenigstens ein Einspritzventil (1) ausgewählt wird, das für eine Testeinspritzung mit einem vorgegebenen Sollwert angesteuert wird,
- dass nach Testeinspritzung ein zweiter Druckwert mit einer zweiten Druckmessung im Kraftstoff-Rail (2) ermittelt wird,
- dass aus den beiden ermittelten Druckwerten ein Differenzwert berechnet wird und
- dass aus dem berechneten Differenzwert ein Korrektur- faktor bestimmt wird, mit dem die Ansteuerung des ausgewählten Einspritzventils (1) korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung des stabilen Zustands alle Einspritz- ventile (1) deaktiviert sind und dass das Kraftstoff-Rail (2) eingangsseitig geschlossen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung des stabilen Zustands dem Kraftstoff- Rail (2) ein definierter Leckagestrom zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den berechneten Differenzwert ein Grenzwert vorgegeben wird und dass bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes der Korrekturfaktor ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert beziehungsweise der Korrekturfaktor für jedes Einspritzventil (1) individuell ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors (11) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Testeinspritzung wahrend der Kompressionsphase erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Testeinspritzung wahrend der Ex- pansionsphase erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Testeinspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge der einer Voreinsprit- zung, der einer Nacheinspritzung und/oder der einer Heizeinspritzung für einen Katalysator entspricht.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der einge- spritzten Kraftstoffmenge bei einem Benzin- oder Dieselmotor erfolgt.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kraftstoff-Rail
(2) eines Einspritzsystems (10) für einen Verbrennungsmotor (11), mit einem Drucksensor (5), der am Kraftstoff- Rail (2) zur Messung des Kraftstoffdrucks angeordnet ist und mit einer Steuereinheit (3) , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) ausgebildet ist, während einer Schubabschaltphase des Kraftfahrzeugs im Kraftstoff-Rail (2) einen kontrollierten Zustand einzustellen, danach für eine Testeinspritzung ein individuelles Einspritzventil (1) zur Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge (Sollwert) anzusteuern, eine Druckdifferenz im Kraft- stoff-Rail (2) zu ermitteln und daraus einen Korrekturfaktor zur Anpassung des Istwertes für die eingespritzte Kraftstoffmenge bei dem getesteten Einspritzventil (1) zu bestimmen .
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verwendung insbesondere für ein Common Rail Einspritzsys- tem bei einem Diesel- oder Benzinmotor.
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