WO2007144253A1 - Injektorabgleichverfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Janos Radeczky
Michael Wirkowski
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, an internal combustion engine having at least one combustion chamber and for each combustion chamber an injector for injecting fuel into the at least one combustion chamber and a motor control, and a software program product.
  • a piezo injector is an injector in which the valve stem is actuated by a piezoelectric actuator.
  • its torque is first detected in a coasting phase of the diesel engine. Subsequently, the injectors with varying drive times ⁇ in: are controlled and then determined from the torque change, how much fuel has been injected from each piezo injector.
  • the actuation time ⁇ in: is changed in such a way for all injectors that the quantity of fuel predetermined by an engine control is always injected.
  • This method is used only for small injection quantities, since otherwise suffers the smoothness of the running of the engine and noise occurs. This process minimizes fuel consumption and emissions.
  • a disadvantage of the known method is that this method makes high demands on the manufacturing accuracy of the piezoelectric actuators. If, for example, the piezoactuator has too great a lengthening for a given drive voltage, a shortest possible drive time predetermined by the engine control may possibly lead to an excessive injection quantity. It must therefore be kept close tolerances in the piezoelectric actuators. In addition, due to aging of the piezoactuators, it may also happen that the amount of fuel that is injected during the shortest possible activation time also increases. Then a predetermined by the engine control, injected small injection quantity can be exceeded.
  • the invention solves the problem by an internal combustion engine according to the preamble of claim 11, wherein the engine control is arranged to perform a method according to the invention.
  • the invention solves the problem by a software program product that can be loaded directly into the internal memory of a digital engine controller and includes software code portions that perform a method of the invention when the software program product is running on the digital engine controller.
  • An advantage of the method according to the invention is that aging effects of the injectors can be detected and optionally corrected. This has the advantage that less stringent tolerances are acceptable in the manufacture of the injectors, as any differences in the aging of the injectors can be compensated subsequently. It can therefore be used cheaper actuators.
  • a further advantage is that the invention can be implemented with very little effort.
  • the advantages of the invention will therefore be achieved inexpensively. It is also easily possible to retrofit existing internal combustion engines.
  • Another advantage is that the emission of pollutants of the internal combustion engine can be kept small even with aging injectors, which contributes to environmental protection.
  • an internal combustion engine is understood to mean in particular a piston engine, in particular a reciprocating piston engine, in particular, for example, an Ottooder diesel engine.
  • the internal combustion engine is preferably designed for use in a passenger car or a truck. Preferably, such firing maximum power between 10 kW and 300 kW.
  • the injector used is preferably a piezo injector, that is to say that the injector comprises a piezoactuator which drives a valve tappet.
  • the injector electrical values refer to the piezo actuator.
  • a servo piezoinjector is preferred, as shown by way of example in FIG. 2 below.
  • each combustion chamber comprises an injector for injecting fuel, this does not mean that it is imperative that only a single injector be present. There may also be two or more injectors.
  • the injector is a piezoinjector, it is meant by the drive time ⁇ in: in particular the time between the beginning of the charge of the piezo injector and the beginning of the discharge of the piezo injector.
  • the beginning of the charge of the piezoelectric injector is the time from which the energy stored in the piezoelectric actuator increases by applying a control voltage U. Accordingly, the beginning of the discharge of the piezoelectric injector is the time at which due to the application of a voltage which is lower than the voltage applied to the piezoelectric actuator at the corresponding time, the energy stored in the piezoelectric actuator decreases.
  • a state of the internal combustion engine is understood in which to obtain the speed of the internal combustion engine only a fuel supply is necessary, which is smaller than the empty running fuel supply.
  • the idling fuel supply is understood to mean that fuel supply which is necessary in order to keep the internal combustion engine idling.
  • the internal combustion engine is in particular in the overrun phase when the engine control does not provide fuel supply and the engine speed nevertheless does not drop below the idling speed.
  • a torque change .DELTA.M By detecting a torque change .DELTA.M are meant in particular all processes, on the basis of which a change in the torque of the internal combustion engine can be concluded.
  • measurement data are recorded in advance, which correlate a change in the rotational angular velocity with a change in the torque and these measured values are stored in a table. By interpolation is then determined from this table based on the change in the angular velocity of the change in torque.
  • Step (f) does not have to be performed in a coasting phase of the internal combustion engine.
  • the determined injector characteristic value (K) describes the aging of the injector.
  • An injector characteristic value describing the aging of the injector is one such characteristic that varies due to typical injector aging events.
  • the rest length of the piezoelectric actuator for piezo injectors in the de-energized state is another injector characteristic.
  • Another injector characteristic is, for example, the energy sensitivity.
  • the energy sensitivity describes the change in the injection quantity at constant activation time ⁇ in: as a function of the drive voltage U of the piezoelectric actuator.
  • the injector characteristic value is the value of the idle stroke.
  • the injector characteristic is the Leerhubschreib. This is the highest voltage that can be applied to the injector during the drive time ⁇ in: so that the injector just barely opens.
  • the method according to the invention comprises the additional step of performing of steps (a) to (f) for an injector for which the method has not yet been carried out.
  • steps (a) to (f) for an injector for which the method has not yet been carried out.
  • Steps (a) to (f) have not yet been performed for the corresponding injector after the start of the process.
  • the fact that the method for the injector has not yet been carried out means, in particular, that steps (a) to (f) have not yet been carried out during a contiguous overrun phase or in the time interval since the last start of the internal combustion engine.
  • step (d) is: After detecting a torque change ⁇ Mi of the torque M driving another injector with the same drive voltage Ui.
  • step (e) is then: repeating steps (a) to (d) for all injectors of the internal combustion engine.
  • Another step (e3) is: repeating steps (a) to (e2) further incrementing i until i has reached a preset value N or the internal combustion engine is no longer in the overrun phase. It follows step (f).
  • the method according to the invention comprises the step of adapting an injector-specific control variable in the engine control to the determined Integrable injector parameters K :.
  • K is the injector characteristic of the jth injector, j is an index, not an exponent.
  • the injector-individual control variable is the injector-specific control voltage U : which is adjusted so that, for the same drive time ⁇ in: all injectors inject the substantially equal amount of fuel m.
  • the engine control controls each injector with the same drive time ⁇ in: but with injector-specific drive voltages U : .
  • the j is not an exponent, but an index.
  • the quantities of fuel are substantially the same if between the largest value and the smallest value there is a difference of at most 25%, in particular at most 20%, in particular at most 15%, in particular at most 10%, in particular at most 5%.
  • the method according to the invention comprises the step of outputting a warning message if the injector characteristic value K exceeds a predetermined threshold value. If the internal combustion engine comprises a plurality of injectors, it is sufficient if one of the injector characteristic values K : exceeds the preset threshold value.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an injector of the internal combustion engine from FIG. 1,
  • Figure 3 is a schematic representation of the dependence of the fuel quantity m of the drive voltage U and 4 shows a flowchart of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 in the form of a diesel engine, which comprises four cylinders 2, namely 2a, 2b, 2c, 2d, in which pistons 3, namely 3a, 3b, 3c, 3d, run.
  • the pistons 3 are each connected to a crankshaft 5 via a connecting rod 4, namely 4a, 4b, 4c, 4d.
  • a rotation angle sensor 6 is provided for detecting a rotation angle ⁇ .
  • the rotation angle sensor 6 is connected via an electrical line 7 in conjunction with an engine control 8.
  • the cylinder 2 are supplied via an air supply line 9 with fresh air. Exhaust leaves the cylinder 2 through an exhaust pipe 10th
  • piezo injectors 14 From a fuel tank 11, fuel 13 is passed through a fuel line 12 to piezo injectors 14, namely 14a, 14b, 14c, 14d. Each cylinder 2 has here exactly one Piezoinj ector 14. There may also be two or more piezo injectors per cylinder. All piezo injectors 14 are electrically connected via a control line 15 to the motor controller 8. Via a communication line 16, the motor controller 8 is electrically connected to a not shown here warning lamp.
  • the digital engine controller 8 controls the piezoinjectors 14 in such a way that in the respective working cycles of the cylinder 2 an amount of fuel m is injected which is smaller than the amount of fuel that was required to Keep internal combustion engine 1 idle.
  • the engine controller 8 controls the piezoinjectors so that no fuel is injected at all.
  • the internal combustion engine 1 is in the overrun phase, for example, when the driver of the passenger car leaves the gas at high speed, so that the mass of the passenger car pushes the internal combustion engine 1.
  • the engine controller 8 was none of the injectors 14 drive, so that no fuel was injected.
  • the engine control unit 8 sends an electrical signal to the piezoinjector 14a.
  • a piezoactuator 17 (FIG. 2) arrives in the piezoinjector 14a and prints on a stamp 18.
  • the stamp 18 then opens a connecting channel 19 between a pressure chamber 20 and a leakage channel 21.
  • the piezo injector 14a Due to the control by the engine control unit 8, the piezo injector 14a therefore emits a fuel quantity mi into the cylinder 2a. In the associated power stroke, the combustion of the fuel quantity mi leads to an acceleration of the crankshaft 5.
  • the rotation angle sensor 6 By means of the rotation angle sensor 6, a change in the rotational speed of the crankshaft 5 is detected from a plurality of measurements of the rotation angle ⁇ and forwarded to the engine control unit 8. Due to this signal, the engine controller 8 detects a torque change ⁇ Mi.
  • the engine control unit 8 After the engine control unit 8 has detected the torque change .DELTA.M.sub.i, it calculates therefrom the fuel quantity mi which has been injected into the cylinder 2a by the piezoactuator 14a on the basis of the control with the drive voltage U.sub.i.
  • the motor controller 8 controls the piezoinjector 14a with a drive voltage U2 different from the first drive voltage Ui.
  • the activation time ⁇ in: remains constant. Due to the newly applied drive voltage in turn lengthens the piezoelectric actuator 14a and it will be a
  • FIG. 3 A graphical representation of this dependence is shown in FIG. 3 for two different piezo injectors 1 and 2, here for the piezo injectors 14a and 14b.
  • the motor controller 8 calculates the equalization line gl.
  • the gradient of the straight line g1 represents a first injector characteristic value K 1 , where "1" is not an exponent but an index indicating that it refers to the first injector (here, injector 14a).
  • a second injector characteristic value is the drive voltage at which the straight line g1 cuts the ordinate. In the case shown in FIG. 3, this is the case with the drive voltage Ui.
  • the elongation of the piezoelectric actuator 17 within the activation time ⁇ in] is not sufficient to open the piezoelectric injector 1 (in this case piezoactuator 14a).
  • the pressure drop in the pressure chamber 20 described above in connection with FIG. 2 is not sufficient to lift the valve tappet 23 away from the valve seat 24.
  • injector 14b there is another balancing line g2.
  • the reason for the differences between injector 1 and injector 2 may be, for example, a different aging behavior. This results in an injector characteristic K 2 .
  • the motor control 8 corrects the drive voltages U 1 (for piezo injector 14 a) U 2 (for piezo injector 14 b). , U 3 (for piezo injector 14 c) and U 4 (for piezo injector 14 d) injector-indi- vidual. If, for example, an amount of fuel is injected which corresponds to the fuel quantity m 5 (see FIG.
  • the engine control unit 8 controls the injector 1 (ie the piezoinjector 14 a) with a voltage U 1 which corresponds to U 5 , whereas it controls the injector 2 (ie piezo injector 14b), with a voltage U 2 (the "2" is an index) which is smaller than the drive voltage U 1 .
  • both injectors 1 and 2 ie the piezo injectors 14 a and 14 b
  • both injectors 1 and 2 inject the same amount of fuel m 5 despite different aging.
  • the drive voltages for all other Piezoinj be corrected injektorindividuell reflectors so that all piezo injectors with the same activation time ⁇ in: the same amount of fuel m inject 5, regardless of whether they are aged Where appropriate different.
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method according to the invention.
  • the torque change of the torque M of the internal combustion engine 1 is determined, for example by measuring the change over time of the Drehwinkelge- speed of the crankshaft. 5
  • the drive voltage U is changed to a value U 1+ i different from U 1 .
  • Steps one to four are repeated with further incrementing of i until i has reached a preset value N or when the internal combustion engine 1 is no longer in the overrun phase (step S5).
  • An injector characteristic value K of the injector 14a is subsequently calculated from the fuel quantities mi, rri 2 ,..., M N determined in the aforementioned steps and the associated drive voltages Ui, U2,..., U N (step S6). Subsequently, the procedure for the other injectors of the internal combustion engine is repeated.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit den Schritten: (a) während einer Schubphase der Brennkraftmaschine Ansteuern eines Injektors eines ersten Brennraums für eine vorbestimmte Ansteuerzeit τinj, mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung Ui=1, (b) Erfassen einer Drehmomentänderung, (c) Ermitteln einer Kraftstoffmenge mi=1 des während der Ansteuerzeit τinj vom Injektor eingespritzten Kraftstoffs aus der Drehmomentänderung, (d) Ändern der Ansteuerspannung auf einen von Ui verschiedenen Wert Ui+1, (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine nicht mehr in der Schubphase befindet und (f) Ermitteln eines Injektorkennwerts des Injektors des ersten Brennraums aus den Kraftstoffmengen m1, m2,..., mN und den Ansteuerspannungen U1, U2,..., UN.

Description

Beschreibung
INJEKTORABGLEICHVERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine, die mindestens einen Brennraum und für jeden Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Brennraum und eine Motorsteuerung aufweist, und ein Softwareprogrammprodukt .
Bekannt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors, der vier Zylinder und für jeden Zylinder einen Piezoinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden der vier Zylinder um- fasst. Ein Piezoinjektor ist ein Injektor, bei dem der Ventilstößel von einem Piezoaktor betätigt wird. Während des bekannten Verfahrens wird in einer Schubphase des Dieselmotors zunächst dessen Drehmoment erfasst. Anschließend werden die Injektoren mit variierenden Ansteuerzeiten τin: angesteuert und anschließend aus der Drehmomentänderung ermittelt, wie viel Kraftstoff vom jeweiligen Piezoinjektor eingespritzt worden ist.
Auf diese Weise wird die Ansteuerzeit bestimmt, die benötigt wird, um eine vorgegebene Einspritzmenge in den Brennraum einzuspritzen und es wird gegebenenfalls eine Ansteuerzeitkorrektur ermittelt.
Aufgrund der so ermittelten Ansteuerzeitkorrektur wird die Ansteuerzeit τin: für alle Injektoren so geändert, dass stets die von einer Motorsteuerung vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dieses Verfahren wird nur für kleine Einspritzmengen verwendet, da ansonsten in der Schubphase die Laufruhe der Brennkraftmaschine leidet und Geräusche auftreten. Durch dieses Verfahren werden Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß minimiert. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass dieses Verfahren hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Piezoaktoren stellt. Weist nämlich der Piezoaktor bei gegebener Ansteuerspannung eine zu große Längung auf, so kann mög- licherweise eine von der Motorsteuerung vorgegebene kürzest- mögliche Ansteuerzeit zu einer zu großen Einspritzmenge führen. Es müssen daher enge Toleranzen bei den Piezoaktoren eingehalten werden. Es kann zudem auch aufgrund von Alterung der Piezoaktoren dazu kommen, dass ebenfalls die Menge an Kraftstoff ansteigt, die während der kürzestmöglichen Ansteuerzeit eingespritzt wird. Dann kann eine von der Motorsteuerung vorgegebene, einzuspritzende kleine Einspritzmenge überschritten werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bestehende Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.
Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen ersten Brennraum und für jeden Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Brennraum umfasst, und die beim Betrieb ein Drehmoment aufweist, mit den Schritten: (a) insbesondere während einer Schubphase der Brennkraftmaschine Ansteuern des Injek- tors des ersten Brennraums für eine vorbestimmte Ansteuerzeit X11-I3 , mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung Ui, anschließend (b) Erfassen einer Drehmomentänderung des Drehmoments (M) der Brennkraftmaschine, (c) Ermitteln einer Kraftstoffmenge In1 des während der Ansteuerzeit τin: vom Injektor einge- spritzten Kraftstoffs aus der Drehmomentänderung des Drehmoments, (d) nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung des Drehmoments Ändern der Ansteuerspannung auf einen von U1 = Ui verschiedenen Wert U2=1+i, (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen vor- eingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine nicht mehr in der Schubphase befindet und (f) Ermitteln eines Injektorkennwerts des Injektors des ersten Brenn- raums insbesondere aus den Kraftstoffmengen mi, m2 , ... , mN und den Ansteuerspannungen Ui, U2, ... , UN.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 11, bei der die Motorsteuerung ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Gemäß einem dritten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Softwareprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher einer digitalen Motorsteuerung geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird, wenn das Softwareprogrammprodukt auf der digitalen Motorsteuerung läuft.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass Alterungseffekte der Injektoren erfasst und gegebenenfalls korrigiert werden können. Das hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Injektoren weniger strenge Toleranzen akzeptabel sind, da etwaige Unterschiede in der Alterung der Injektoren nachträglich ausgeglichen werden können. Es können daher kostengünstigere Aktoren verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung mit sehr gerin- gern Aufwand implementierbar ist. Die Vorteile der Erfindung werden daher kostengünstig erreichbar. Es ist zudem leicht möglich, bestehende Brennkraftmaschinen nachzurüsten .
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine auch bei alternden Injektoren klein gehalten werden kann, was zum Umweltschutz beiträgt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einer Brennkraftmaschine insbesondere eine Kolbenmaschine, insbesondere eine Hubkolbenmaschine, insbesondere beispielsweise ein Ottooder Dieselmotor verstanden. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt zur Verwendung in einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen ausgebildet. Bevorzugt weisen derartige Brenn- kraftmaschinen eine Maximalleistung zwischen 10 kW und 300 kW auf .
Als Injektor wird bevorzugt ein Piezoinjektor verwendet, das heißt, dass der Injektor einen Piezoaktor umfasst, der einen Ventilstößel antreibt. In diesem Fall beziehen sich die elektrischen Injektorkennwerte auf den Piezoaktor. Bevorzugt ist dabei ein Servo-Piezoinjektor, wie er weiter unten beispielhaft in Figur 2 gezeigt ist.
Wenn in Anspruch 1 davon gesprochen wird, dass jeder Brennraum einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst, so ist damit nicht gemeint, dass zwingend nur ein einziger Injektor vorhanden sein muss. Es können auch zwei oder mehre- re Injektoren vorhanden sein.
Wenn es sich bei dem Injektor um einen Piezoinjektor handelt, so ist unter der Ansteuerzeit τin: insbesondere die Zeit zwischen Beginn der Ladung des Piezoinjektors und Beginn der Entladung des Piezoinjektors gemeint. Der Beginn der Ladung des Piezoinjektors ist der Zeitpunkt, ab dem durch Anlegen einer Ansteuerspannung U die im Piezoaktor gespeicherte Energie zunimmt. Entsprechend ist der Beginn des Entladens des Piezoinjektors der Zeitpunkt, zu dem aufgrund des Anlegens einer Spannung, die geringer ist als die am Piezoaktor zum entsprechenden Zeitpunkt anliegende Spannung, die im Piezoaktor gespeicherte Energie abnimmt.
Sofern mehr als ein Injektor vorhanden ist, ist es nicht not- wendig, dass an alle Injektoren die gleichen Ansteuerspannungen U1 angelegt werden. Der j-te Injektor wird dann also mit einer Ansteuerspannung U1 3 angesteuert. Der hochgestellte Index j ist dabei kein Exponent, sondern ein Index.
Unter einer Schubphase der Brennkraftmaschine wird insbesondere ein Zustand der Brennkraftmaschine verstanden, bei dem zum Erhalt der Drehzahl der Brennkraftmaschine nur eine Kraftstoffzufuhr notwendig ist, die kleiner ist als die Leer- laufkraftstoffzufuhr . Unter der Leerlaufkraftstoffzufuhr wird diejenige Kraftstoffzufuhr verstanden, die notwendig ist, um die Brennkraftmaschine im Leerlauf zu halten. Die Brennkraftmaschine befindet sich insbesondere dann in der Schubphase, wenn die Motorsteuerung keine Kraftstoffzufuhr vorsieht und die Drehzahl der Brennkraftmaschine trotzdem nicht unter die Leerlaufdrehzahl sinkt.
Unter dem Erfassen einer Drehmomentanderung ΔM sind insbe- sondere alle Vorgange zu verstehen, aufgrund derer auf eine Änderung des Drehmoments der Brennkraftmaschine geschlossen werden kann. Es ist insbesondere möglich, in vorgegebenen Zeitabstanden einen Drehwinkel ω einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu messen und aus dessen Zeitabhangigkeit die Drehwinkelgeschwindigkeit zu bestimmen. Aus einer Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit kann dann auf eine Änderung des Drehmoments geschlossen werden. Dazu werden vorab Messdaten aufgenommen, die eine Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit mit einer Änderung des Drehmoments korrelieren und diese Messwerte werden in einer Tabelle abgelegt. Durch Interpolation wird aus dieser Tabelle dann anhand der Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit die Änderung des Drehmoments bestimmt .
Wird die Drehmomentanderung wie beschrieben erfasst, so wird beispielsweise nur in jedem w-ten (mit w = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, oder w > 9) potentiellen Arbeitstakt eines Brennraums der Brennkraftmaschine der jeweilige Injektor angesteuert. Die anderen Injektoren werden wahrend dieser Zeit nicht angesteuert. Kommt es aufgrund des Ansteuerns des Injektors zu einem Einspritzen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum, so resultiert daraus eine Zunahme der Drehwinkelgeschwindigkeit und des Drehmoments.
Bei den nachfolgenden potentiellen Arbeitstakten, also Takten der Brennkraftmaschine, die eigentlich als Arbeitstakte zur Verfugung stehen, wird der Injektor hingegen nicht angesteuert. Nach dem Arbeitstakt des entsprechenden Brennraums, wah- rend dem der Injektor angesteuert wurde, folgen also w-1 potentielle Arbeitstakte, bei denen der Injektor angesteuert werden könnte, jedoch nicht angesteuert wird.
Aufgrund der inneren Reibung der Brennkraftmaschine sinkt die Drehwinkelgeschwindigkeit wegen der fehlenden Einspritzung von Kraftstoff wieder ab. Aus den Drehwinkelgeschwindigkeiten nach Ansteuern des Injektors und ohne Ansteuern des Injektors wird dann auf die Drehmomentänderung aufgrund des Ansteuerns des Injektors geschlossen.
Schritt (f) muss nicht in einer Schubphase der Brennkraftmaschine ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beschreibt der ermittelte Injektorkennwert (K) die Alterung des Injektors. Ein Injektorkennwert, der die Alterung des Injektors beschreibt, ist ein solcher Kennwert, der sich aufgrund von typischen Alterungsvorgängen bei Injektoren ändert.
Ein Beispiel hierfür ist für Piezoinjektoren die Ruhelänge des Piezoaktors im spannungsfreien Zustand. Ein weiterer Injektorkennwert ist beispielsweise die Energieempfindlichkeit. Die Energieempfindlichkeit beschreibt die Änderung der Ein- spritzmenge bei konstanter Ansteuerzeit τin: in Abhängigkeit von der Ansteuerspannung U des Piezoaktors. Die in einem Pie- zoaktor gespeicherte Energie ergibt sich näherungsweise zu W = ^ CU2 , wobei C die elektrische Kapazität des Piezoaktors ist und U2 das Quadrat der anliegenden Ansteuerspannung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Injektorkennwert der Wert des Leerhubs. Alternativ ist der Injektorkennwert die Leerhubspannung. Dies ist die größte Spannung, die während der Ansteuerzeit τin: an den Injektor angelegt werden kann, so dass der Injektor gerade noch nicht öffnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Schritt des Durchführens der Schritte (a) bis (f) für einen Injektor, für den das Verfahren noch nicht durchgeführt worden ist. Dass das Verfahren für einen Injektor noch nicht durchgeführt worden ist, heißt nicht notwendigerweise, dass für diesen Injektor das Verfah- ren noch nie durchgeführt wurde, sondern nur, dass die
Schritte (a) bis (f) für den entsprechenden Injektor nach Beginn des Verfahrens noch nicht durchgeführt worden sind.
Dass das Verfahren für den Injektor noch nicht durchgeführt worden ist, heißt insbesondere, dass die Schritte (a) bis (f) während einer zusammenhängenden Schubphase oder im Zeitintervall seit dem letzten Start der Brennkraftmaschine noch nicht durchgeführt worden ist.
Es ist dabei unbeachtlich, ob zunächst für einen Injektor die Ansteuerspannung U variiert wird und anschließend für einen weiteren Injektor die Ansteuerspannung U variiert wird oder ob zunächst die Ansteuerspannung U konstant gehalten wird und nacheinander unterschiedliche Injektoren angesteuert werden und danach die Ansteuerspannung geändert wird.
Erfindungsgemäß ist daher auch ein Verfahren mit zunächst den Schritten (a) bis (c) , wobei Schritt (d) lautet: Nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung ΔMi des Drehmoments M Ansteu- ern eines anderen Injektors mit der gleichen Ansteuerspannung Ui. Schritt (e) lautet dann: Wiederholen der Schritte (a) bis (d) für alle Injektoren der Brennkraftmaschine. Ein weiterer Schritt (e2) lautet dann: Ändern der Ansteuerspannung auf einen von Ui verschiedenen Wert U1=2 und Durchführen der Schrit- te (a) bis (e) . Ein weiterer Schritt (e3) lautet: Wiederholen der Schritte (a) bis (e2) unter weiterem Inkrementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine nicht mehr in der Schubphase befindet. Es folgt Schritt (f) .
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Anpassens einer injektorindividuellen Ansteuergröße in der Motorsteuerung an die ermit- telten Injektorkennwerte K: . K: ist der Injektorkennwert des j-ten Injektors, j ist ein Index, kein Exponent.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die injek- torindividuelle Ansteuergröße die injektorindividuelle Ansteuerspannung U: , die so angepasst wird, dass bei gleicher Ansteuerzeit τin: alle Injektoren die im Wesentlichen gleiche Kraftstoffmenge m einspritzen. Das heißt, dass die Motorsteuerung jeden Injektor zwar mit der gleichen Ansteuerzeit τin:, aber mit injektorindividuellen Ansteuerspannungen U: ansteuert. Das j ist dabei kein Exponent, sondern ein Index.
Die Kraftstoffmengen sind dann im Wesentlichen gleich, wenn zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert eine Diffe- renz von höchstens 25 %, insbesondere höchstens 20%, insbesondere höchstens 15 %, insbesondere höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %, liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungs- gemäße Verfahren den Schritt des Ausgebens einer Warnmeldung, wenn der Injektorkennwert K einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Umfasst die Brennkraftmaschine mehrere Injektoren, so ist ausreichend, wenn einer der Injektorkennwerte K: den voreingestellten Schwellenwert überschreitet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen Brennkraftmaschine,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Injektors der Brennkraftmaschine aus Figur 1,
Figur 3 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit der Kraftstoffmenge m von der Ansteuerspannung U und Figur 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemaßen Verfahrens .
Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 in Form eines Diesel- motors, der vier Zylinder 2, nämlich 2a, 2b, 2c, 2d umfasst, in denen Kolben 3, nämlich 3a, 3b, 3c, 3d laufen. Die Kolben 3 sind über jeweils ein Pleuel 4, nämlich 4a, 4b, 4c, 4d mit einer Kurbelwelle 5 verbunden. An der Kurbelwelle 5 ist ein Drehwinkelsensor 6 zum Erfassen eines Drehwinkels ω ange- bracht.
Der Drehwinkelsensor 6 steht über eine elektrische Leitung 7 in Verbindung mit einer Motorsteuerung 8. Die Zylinder 2 werden über eine Luftzufuhrleitung 9 mit Frischluft versorgt. Abgas verlasst die Zylinder 2 durch eine Abgasleitung 10.
Aus einem Kraftstofftank 11 wird durch eine Kraftstoffleitung 12 Kraftstoff 13 zu Piezoinjektoren 14, nämlich 14a, 14b, 14c, 14d, geleitet. Jeder Zylinder 2 weist hier genau einen Piezoinj ektor 14 auf. Es können auch zwei oder mehr Piezoinjektoren pro Zylinder vorhanden sein. Alle Piezoinjektoren 14 sind über eine Steuerleitung 15 mit der Motorsteuerung 8 e- lektrisch verbunden. Über eine Kommunikationsleitung 16 ist die Motorsteuerung 8 mit einer hier nicht eingezeichneten Warnlampe elektrisch verbunden.
Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 in einer Schubphase befindet, so steuert die digitale Motorsteuerung 8 die Piezoinjektoren 14 so, dass in den jeweiligen Arbeitstakten der Zylin- der 2 eine Kraftstoffmenge m eingespritzt wird, die kleiner ist als diejenige Kraftstoffmenge, die benotigt wurde, um die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf zu halten. Insbesondere steuert die Motorsteuerung 8 die Piezoinjektoren so an, dass gar kein Kraftstoff eingespritzt wird. Die Brennkraftmaschine 1 befindet sich beispielsweise dann in der Schubphase, wenn der Fahrer des Personenkraftwagens bei hoher Geschwindigkeit vom Gas geht, so dass die Masse des Personenkraftwagens die Brennkraftmaschine 1 schiebt. In einer Schubphase, in der keine Kraftstoffzufuhr notwendig ist, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 zu halten, wurde die Motorsteuerung 8 keinen der Injektoren 14 ansteuern, so dass auch kein Kraftstoff eingespritzt wurde.
Zum Durchfuhren eines erfindungsgemaßen Verfahrens sendet die Motorsteuerung 8 ein elektrisches Signal an den Piezoinjektor 14a. Das bedeutet, dass eine elektrische Spannung Ui an den Piezoinjektor 14 angelegt wird. Aufgrund der angelegten Spannung Ui langt sich ein Piezoaktor 17 (Figur 2) im Piezoinjektor 14a und druckt auf einen Stempel 18. Darauf öffnet der Stempel 18 einen Verbindungskanal 19 zwischen einer Druckkammer 20 und einem Leckagekanal 21.
In der Druckkammer 20 befindlicher, unter Einspritzdruck von 150 MPa stehender Kraftstoff 13 fließt durch den Verbindungskanal 19 in den Leckagekanal 21, in dem ein Ruckleitungsdruck von 0,1 bis 0,3 MPa herrscht. Dadurch wird der Druck in der Druckkammer 20 reduziert. Aufgrund des Kraftstoffdrucks in einer Ringkammer 22 wird ein Ventilstoßel 23 von einem Ventilsitz 24 abgehoben, so dass Kraftstoff aus der Ringkammer 22 durch eine Dusenoffnung 25 austreten kann.
Aufgrund der Ansteuerung durch die Motorsteuerung 8 gibt der Piezoinjektor 14a daher eine Kraftstoffmenge mi in den Zylinder 2a ab. Im zugehörigen Arbeitstakt fuhrt die Verbrennung der Kraftstoffmenge mi zu einer Beschleunigung der Kurbelwelle 5. Mit Hilfe des Drehwinkelsensors 6 wird aus mehreren Messungen des Drehwinkels ω eine Änderung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5 detektiert und an die Motorsteuerung 8 weitergeleitet. Aufgrund dieses Signals erfasst die Motorsteuerung 8 eine Drehmomentanderung ΔMi .
In den nachfolgenden Takten des Zylinders 2a, die eigentlich Arbeitstakte sein konnten, wird kein Kraftstoff eingespritzt. Auch in den übrigen Zylindern 2b, 2c, 2d wird kein Kraftstoff eingespritzt. Daraufhin sinkt die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5 wiederum ab, was durch den Drehwinkelsensor 6 detektiert wird. In einer alternativen Ausführungsform wird zur Bestimmung der Drehmomentänderung ΔMi auch die Abnahme der Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5 verwendet.
Nachdem die Motorsteuerung 8 die Drehmomentänderung ΔMi er- fasst hat, errechnet sie daraus diejenige Kraftstoffmenge mi, die vom Piezoaktor 14a aufgrund der Ansteuerung mit der Ansteuerspannung Ui in den Zylinder 2a eingespritzt worden ist.
Anschließend steuert die Motorsteuerung 8 den Piezoinjektor 14a mit einer von der ersten Ansteuerspannung Ui verschiedenen Ansteuerspannung U2 an. Die Ansteuerzeit τin: bleibt dabei konstant. Aufgrund der erneut angelegten Ansteuerspannung längt sich wiederum der Piezoaktor 14a und es wird eine
Kraftstoffmenge rri2 eingespritzt, die wie oben beschrieben von der Motorsteuerung 8 aufgrund der Drehmomentänderung ΔM2 er- fasst wird.
Durch sukzessives Verändern der Ansteuerspannungen Ui, U2, U3, ... also beispielsweise sukzessives Erhöhen oder beispielsweise sukzessives Absenken der Ansteuerspannung U werden so die zugehörigen Kraftstoffmengen mi, m2, m3, ... ermittelt So wird so eine Abhängigkeit der Kraftstoffmenge m von der An- Steuerspannung U erhalten.
Eine grafische Darstellung dieser Abhängigkeit ist in Figur 3 für zwei verschiedene Piezoinjektoren 1 und 2 gezeigt, hier für die Piezoinjektoren 14a und 14b. Die Motorsteuerung 8 er- rechnet aus den Messwerten mi, m2, ... , mN zu den Ansteuerspannungen Ui, U2, ... , UN die Ausgleichsgerade gl. Die Steigung der Geraden gl stellt einen ersten Injektorkennwert K1 dar, wobei die „1" kein Exponent, sondern ein Index ist und angibt, dass er sich auf den ersten Injektor (hier also In- jektor 14a) bezieht. Ein zweiter Injektorkennwert ist die Ansteuerspannung, bei der die Gerade gl die Ordinate schneidet. Im in Figur 3 gezeigten Fall ist dies bei der Ansteuerspannung Ui der Fall.
Bei Ansteuerspannungen, die kleiner sind als Ui, reicht die Längung des Piezoaktors 17 innerhalb der Ansteuerzeit τin] nicht aus, um den Piezoinjektor 1 (in diesem Fall also Piezo- aktor 14a) zu öffnen. Der Grund hierfür ist, dass der oben im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebene Druckabfall in der Druckkammer 20 nicht ausreichend ist, um den Ventilstößel 23 vom Ventilsitz 24 abzuheben.
Für einen Injektor 2, hier beispielhaft Injektor 14b, ergibt sich eine andere Ausgleichsgerade g2. Der Grund für die Un- terschiede zwischen Injektor 1 und Injektor 2 kann beispielsweise ein unterschiedliches Alterungsverhalten sein. Es ergibt sich ein Injektorkennwert K2.
Wird nach der Schubphase von den Injektoren 14 nach Ansteue- rung durch die Motorsteuerung 8 Kraftstoff 13 eingespritzt, so dass die Brennkraftmaschine 1 eine Leistung abgibt, so korrigiert die Motorsteuerung 8 die Ansteuerspannungen U1 (für Piezoinjektor 14a) U2 (für Piezoinjektor 14b), U3 (für Piezoinjektor 14c) und U4 (für Piezoinjektor 14d) injektorindi- viduell. Ist beispielsweise eine Kraftstoffmenge einzuspritzen, die der Kraftstoffmenge m5 entspricht (vgl. Figur 3), so steuert die Motorsteuerung 8 den Injektor 1 (also den Piezoinjektor 14a) mit einer Spannung U1 an, die U5 entspricht, wohingegen sie den Injektor 2 (also Piezoinjektor 14b), mit einer Spannung U2 (die „2" ist ein Index) ansteuert, die kleiner ist als die Ansteuerspannung U1.
Dadurch wird sichergestellt, dass bei gleicher Ansteuerzeit T11-I3 beide Injektoren 1 und 2 (also die Piezoinjektoren 14a und 14b) trotz unterschiedlicher Alterung die gleiche Kraftstoffmenge m5 einspritzen. Entsprechend werden auch die Ansteuerspannungen für alle übrigen Piezoinj ektoren injektorindividuell korrigiert, so dass alle Piezoinjektoren bei gleicher Ansteuerzeit τin: gleiche Kraftstoffmenge m5 einspritzen, unabhängig davon, ob sie ge- gebenenfalls unterschiedlich gealtert sind.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt Sl wird während einer Schubphase der Brennkraftmaschine 1 der Injektor 14a des ersten Brennraums 2a für eine vorbestimmte Ansteuerzeit τin], mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung U1=I angesteuert. In einem zweiten Schritt S2 wird die Drehmomentänderung
Figure imgf000015_0001
des Drehmoments M der Brennkraftmaschine 1 ermittelt, beispielsweise durch Messung der zeitlichen Änderung des Drehwinkelge- schwindigkeit der Kurbelwelle 5.
In einem dritten Schritt S3 wird aus der Drehmomentänderung ΔM1=i des Drehmoments M die Kraftstoffmenge m1=i ermittelt, die während der Ansteuerzeit xin: vom Injektor 14a eingespritzt worden ist. In einem nachfolgenden vierten Schritt S4 wird die Ansteuerspannung U auf einen von U1 verschiedenen Wert U1+i geändert.
Die Schritte eins bis vier werden unter weiterem Inkrementie- ren von i wiederholt, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine 1 nicht mehr in der Schubphase befindet (Schritt S5) . Aus dem in den vorgenannten Schritten ermittelten Kraftstoffmengen mi, rri2, ..., mN und den zugehörigen Ansteuerspannungen Ui, U2, ... , UN wird anschließend ein Injektorkennwerts K des Injektors 14a berechnet (Schritt S6) . Anschließend wird das Verfahren für die anderen Injektoren der Brennkraftmaschine wiederholt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene be- vorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die mindestens einen ersten Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) und für jeden Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) einen Injektor (14a, 14b, 14c, 14d) zum Einspritzen von Kraftstoff (13) in den mindestens einen Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) umfasst, und die beim Betrieb ein Drehmoment (M) aufweist, mit den Schritten:
(a) während einer Schubphase der Brennkraftmaschine (1) Ansteuern des Injektors (14a) des ersten Brennraums (2a) für eine vorbestimmte Ansteuerzeit (τiri]) , mit einer vorbestimmten Ansteuerspannung (U1=i) (Schritt Sl), anschließend
(b) Erfassen einer Drehmomentänderung (ΔM1=i) des Drehmoments (M) der Brennkraftmaschine (1),
(c) Ermitteln einer Kraftstoffmenge (m1=i) des während der Ansteuerzeit τin: vom Injektor (14a) eingespritzten Kraft- Stoffs aus der Drehmomentänderung (ΔM1=i) des Drehmoments (M),
(d) nach dem Erfassen einer Drehmomentänderung (ΔM1=i) des Drehmoments (M) Ändern der Ansteuerspannung (U) ,
(e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) unter weiterem In- krementieren von i, bis i einen voreingestellten Wert N erreicht hat oder sich die Brennkraftmaschine (1) nicht mehr in der Schubphase befindet und
(f) Ermitteln eines Injektorkennwerts (K1) des Injektors (14a) des ersten Brennraums (2a) aus den Kraftstoffmengen (mi, m2, ..., i%) und den Ansteuerspannungen (Ui, U2, ... , UN) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Injektorkennwert (K1) die Alterung des Injektors (14a) beschreibt .
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der In¬ jektorkennwert (K1) die Energieempfindlichkeit des Injektors ist .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Injektor (14a) einen Leerhub aufweist und der Injektorkennwert (K1) der Wert des Leerhubs ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den zusätzlichen Schritt: Nach Erreichen des voreingestellten Werts N Durchführen der Schritte (a) bis (f) für einen Injektor (14b, 14c, 14d) , für den das Verfahren noch nicht durchgeführt worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die
Brennkraftmaschine (1) mindestens zwei Brennräume (2a, 2b, 2c, 2d) mit je mindestens einem Injektor (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist und das Verfahren für alle Injektoren (14a, 14b, 14c, 14d) durchgeführt wird, so dass für alle Injektoren In- jektorkennwerte (K1, K2, K3, K4) erhalten werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Brennkraftmaschine (1) eine Motorsteuerung (8) zum Ansteuern der Injektoren (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist und das Verfahren den Schritt des Anpassen einer injektorindividuellen Ansteuergröße (U1, U2, U3, U4) in der Motorsteuerung (8) an die ermittelten Injektorkennwerte (K1, K2, K3, K4) umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die injektorindividuelle Ansteuergröße die injektorindividuelle Ansteuerspannung (U1, U2, U3, U4) ist, die so angepasst wird, dass bei gleicher Ansteuerzeit τin: alle Injektoren (14a, 14b, 14c, 14d) die im Wesentlichen gleiche Kraftstoffmengen (m) einspritzen .
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Motorsteuerung (8) eine kleinstmögliche Ansteuerzeit aufweist und das Verfahren dann durchgeführt wird, wenn diese kleinstmögliche Ansteuerzeit nicht ausreicht, um nicht mehr eine vorgegebene Einspritzmenge einzuspritzen.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den Schritt: Ausgeben einer Warnmeldung, wenn der Injektorkennwert (K1) einen voreingestellten Schwellenwert überschreitet.
11. Brennkraftmaschine die mindestens einen Brennraum (2a, 2b, 2c, 2d) und für jeden Brennraum einen Injektor (14a, 14b, 14c, 14d) zum Einspritzen von Kraftstoff (13) in den mindes- tens einen Brennraum (14a, 14b, 14c, 14d) und eine Motorsteuerung (8) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Motorsteuerung (8) eingerichtet ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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