WO2013113542A1 - Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2013113542A1
WO2013113542A1 PCT/EP2013/050568 EP2013050568W WO2013113542A1 WO 2013113542 A1 WO2013113542 A1 WO 2013113542A1 EP 2013050568 W EP2013050568 W EP 2013050568W WO 2013113542 A1 WO2013113542 A1 WO 2013113542A1
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cylinder
internal combustion
combustion engine
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Michael Walter
Bjoern Bischoff
Udo Schulz
Brahim Baqasse
Markus Hernier
Thibaut BEYRATH
Stefan Bollinger
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors
    • F02D41/247—Behaviour for small quantities

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine.
  • the injection quantities of the pilot injections should be as small as possible in order to avoid emission disadvantages.
  • the pilot injection quantities must be large enough so that the minimum amount of fuel necessary for the combustion process is always injected even taking into account all tolerance sources.
  • the main source of tolerance is age-related
  • Quantity replacement signal occurs. Since the injected Kraftstoffm tight can not be measured directly, one manages with a quantity replacement signal that correlates with the injected fuel quantity.
  • the quantity replacement signal is, for example, a speed change of
  • the activation duration of the injector at which a change in the quantity replacement signal occurs is stored as minimum activation duration and used to compensate for the drift of the injector.
  • DE 10 2008 002 482 A1 describes a method which evaluates a relationship between the values of the minimum control duration and the respective injection quantity resulting from the above-explained zero-quantity calibration by means of regression calculation in order to avoid learning of a
  • a method for regulating and adapting pre-injection quantities is known from DE 10 2004 001 1 19 A1 (pressure sensor method).
  • the subsets of the injection are determined by means of a pressure sensor, which is arranged on a cylinder, from the pressure curve during combustion, the so-called heating process, and regulated to nominal values.
  • a cylinder of the internal combustion engine is provided with a pressure sensor according to the invention.
  • a pressure sensor for this "lead cylinder" or an injector associated with the lead cylinder, first of all, in a first step, a pre-injection of fuel is regulated and adapted by means of the pressure sensor method
  • Fuel quantity injected into the guide cylinder Because the amount of fuel injected depends inter alia on a rail pressure, the first step is carried out for various discrete rail pressures.
  • the drive durations determined in this way are stored non-volatilely in a data memory of a control and / or regulating device of the internal combustion engine.
  • the injector of the guide cylinder is driven constant with the drive duration, which was determined and adapted in the first step.
  • the second method of Nullmengenkalibritation quantity replacement signals such as a
  • Driveline parameters comprising a speed of the internal combustion engine and a transmission ratio of a transmission stored in a learning map and non-volatile stored in a data memory of the control and / or regulating device.
  • Quantity replacement signal determined the quantity replacement signal of the guide cylinder or of the lead injector determined in the second step is used as the desired value. If the volume replacement signal of the cylinder to be calibrated reaches the Setpoint, the associated control period or the difference is stored to a nominal value non-volatile and used analogously to the prior art in the fired operation of the internal combustion engine for drift compensation. Furthermore, it is proposed that the first step and the second step take place simultaneously.
  • the regulation and / or adaptation of the actuation duration according to the pressure sensor method in the fired operation of the internal combustion engine presupposes that the distances between the partial injections must be selected to be large in order to achieve an unambiguous assignment of the pressure curve or the heating profile to the respective injection. Therefore, the soft
  • Control duration is taken from a characteristic as a function of the rail pressure. In order for different rail pressures to be adapted, it is necessary, at least for a short time, to keep the rail pressure constant for the duration of the first step. Alternatively, a regulation or adaptation of the activation duration in the first step can also take place at variable rail pressure.
  • a regulation or adaptation of the activation duration in the first step can also take place at variable rail pressure.
  • Control duration determined and adapted in an adaptive characteristic as a function of the rail pressure This advantageously simplifies the operating conditions for the pressure sensor method.
  • a further refinement is that, in the second step, a ratio of the desired value - quantity replacement signal to a determined actual value of the
  • Quantity replacement signal is adapted as a function of the drive train parameters. This ratio corresponds to the driveline gain that would have to be applied according to the prior art in the zero-quantity calibration.
  • the inventive method reduces the application effort.
  • a second test injection of a second injector with a second actuation duration into a second cylinder take place
  • Fuel quantity is determined that this first injected amount of fuel serves as a reference, and that from the second excitation by means of the reference, a second amount of fuel that was injected during the second driving time of the second injector into the second cylinder is calculated.
  • Speed signal evaluation determines a total excitation with magnitude and phase. From this, the excitation of the individual injectors can be reconstructed according to the principle of vector addition. On the basis of the quantity replacement signal reconstructed for the respective injector, a calibration then takes place independently for each injector, as in a zero quantity calibration according to the prior art.
  • the advantage of the method according to the invention is the
  • an injected fuel quantity is calculated for this by means of the pressure sensor method. With this fuel quantity as a reference value can then be reconstructed from the
  • Quantity replacement signal of the second injection injected thereby
  • Zero quantity calibration is performed in overrun mode or during startup and / or discharge of the internal combustion engine.
  • the zero quantity calibration is preferably carried out in the outlet of the internal combustion engine.
  • the regular shutdown of the injection takes place only with the injector in the injection order before the injector to be calibrated, and not necessarily with the shutdown of the ignition or injection directly following injector. If after switching off the ignition or the
  • the engine continues to rotate more than the working range of a cylinder, the zero quantity calibration can be performed for more than one cylinder or the associated injectors
  • the method according to the invention can also be carried out during a startup phase or startup phase of the internal combustion engine.
  • the next possible cylinder can be injected and ignited determined and applied for this cylinder or the associated injector Nullmengenkalibri für.
  • the invention therefore offers a possibility of carrying out a zero-quantity calibration without an overrun phase.
  • the first activation duration of the first injector is determined by means of zero quantity calibration. It is in the start-up phase and / or phase-out of the
  • Internal combustion engine determines a first drive duration of a first injector.
  • the drive train parameters are then adapted in the second step with the first activation duration thus determined, so that the set replacement signals determined in the second step serve as reference values for the calibration of the further cylinders or the associated injectors.
  • the reference value of the first cylinder also in the above-explained parallel or approximately simultaneous
  • Injection into two cylinders can be used.
  • the reference value is not determined by the pressure sensor method, but by means of the zero quantity calibration in the start-up phase and / or phase-out
  • FIG. 2 is a flow chart of the method according to the invention
  • FIG. 3 is a graphic representation of a superposition of two amplitude signals
  • FIG. 4 shows a control duration characteristic diagram of a second injector which has been calibrated according to the invention together with a first injector
  • FIG. 5 shows a control duration characteristic diagram of a first injector which has been calibrated according to the invention together with a second injector
  • Figure 6 is a graphic representation of a superposition of two amplitude signals which lie to each other so that they include an angle ⁇ , which is not equal to a multiple of 90 °
  • Figure 7 is a graphical representation of a phase-out of a
  • FIG. 8 is a graphical representation of different stop positions in FIG.
  • Figure 9 is a graphical representation of a starting phase of an internal combustion engine
  • Figure 10 is a graphical representation of the relationship between a set replacement signal and a pressure sensor signal.
  • an internal combustion engine bears the reference numeral 10 as a whole. It serves to drive a motor vehicle, not shown, and comprises four cylinders 12a to 12d with four combustion chambers 14a to 14d. Each combustion chamber 14 a to 14 d has an inlet valve 16 a to 16 d, which are connected to an intake pipe 18. Combustion air passes into the respective combustion chamber 14a to 14d via the intake pipe 18 and the intake valves 16a to 16d. in the
  • Intake manifold 18 is a throttle valve (not shown) arranged. By means of the throttle valve, the amount of combustion air that enters the respective combustion chamber 14 a to 14 d, depending on an operating condition of the internal combustion engine 10 is set. Fuel is injected into the combustion chambers 14a to 14d via an injector 20a to 20d, respectively.
  • the injectors 20a to 20d are connected to a high-pressure fuel storage 22, which is also referred to as "rail" connected.
  • the fuel-air mixture in the combustion chambers 14a to 14d is ignited after the compression stroke; either by spark ignition or
  • the hot combustion gases are discharged from the combustion chambers 14a to 14d via exhaust valves 24a to 24d in an exhaust pipe 26.
  • an exhaust system 28 which cleans the exhaust gas by chemical conversion of the pollutants contained therein.
  • Exhaust pipe 26 may be arranged with the combustion air amount is set in the combustion chambers 14 a to 14 d.
  • crankshaft 30 is rotated, whose speed or rotational speed and
  • a fresh air mass flowing via the intake pipe 18 to the combustion chambers 14a to 14d is detected by an air mass sensor 34. Furthermore, at the
  • a combustion chamber pressure sensor 36 is arranged, which detects the pressure in the combustion chamber 14d.
  • This cylinder 12d is referred to as a "master cylinder”.
  • the operation of the internal combustion engine 10 is controlled by and / or
  • Control device 38 controlled and / or regulated. This receives signals from, inter alia, the crankshaft sensor 32, the air mass sensor 34 and the combustion chamber pressure sensor 36. Controlled by the control and / or regulating device 38 among other things, the injectors 20. It should be noted at this point that whenever a component of the Index a to d is not explicitly mentioned, the corresponding explanations for all
  • An amount of fuel Q injected into the combustion chambers 14 from the injectors 20 is proportional to a drive duration T at constant pressure the injectors. The amount of fuel Q further influences
  • FIG. 2 shows a flowchart of an embodiment of the invention
  • a pre-injection is controlled and adapted according to the pressure sensor method for the guide cylinder 12d known, for example, from DE 10 2004 001 1 19 A1.
  • a drive duration t before L is known, which is so dimensioned that a desired amount of fuel is injected into the guide cylinder 12d via the drift-laden injector 20d of the guide cylinder 12d.
  • This control duration tvorL is determined separately for different rail pressures and the results obtained non-volatile in a data memory of the control and / or
  • the first step 40 can take place both during a "fired" operation, ie with injection of fuel, and during a coasting phase, for which the intervals between the partial injections are chosen to be so great in that the individual partial injections can be unambiguously assigned to a determined heating course in the cylinder 12.
  • the control can also take place at variable rail pressure.
  • the first drive time t L is not determined at different discrete rail pressures, but determined and adapted from an adaptive characteristic as a function of the rail pressure. In this case, a regression analysis can be performed to determine the characteristic.
  • a second step 42 the injector 20d of the guide cylinder 12d is constantly driven with the drive duration t before L determined previously in the first step 40.
  • the injector 20d of the guide cylinder 12d is constantly driven with the drive duration t before L determined previously in the first step 40.
  • the quantity replacement signals S may have the rotational nonuniformity of
  • Quantity replacement signal S can also be a ratio between a fixed setpoint and a measured actual value of the set replacement signal S depending on the drive parameters are adapted. This ratio corresponds to one
  • Driveline reinforcement which would have to be applied according to the prior art.
  • the invention eliminates the application of the drive train reinforcement.
  • the second step 42 the comparatively slower adaptation of the drive train parameters, can take place simultaneously.
  • a third step 44 all cylinders 12a to c, except for the master cylinder 12d, are actuated according to the known method of "zero quantity calibration" and the quantity replacement signal S.
  • the procedure is that the quantity replacement signal S previously determined in the second step 42 is used as setpoint In this case, the activation duration tz of the cylinders 12 is varied until the measured quantity replacement signal S reaches the desired value
  • the associated activation period T or a difference to a nominal value of the activation period T is stored non-volatilely in a data memory of the control and / or regulating device 38 ,
  • the second step 42 the adaptation of the drive train parameters
  • a set replacement signal S is determined, which results from the Superposition of a first set replacement signal S, triggered by the
  • Test injection into the master cylinder 12d, and a second set replacement signal S, triggered by the second test injection into another cylinder 12 results.
  • FIG. 3 shows, as part of an embodiment of the method according to the invention, a reconstruction of set replacement signals S of two injectors 20 subjected simultaneously to respective test injections from a measured quantity replacement signal S, for example an excitation of oscillatable components of the drive train within an internal combustion engine 10.
  • the now measured oscillation is first represented by an amplitude A12 and a corresponding phase position ⁇ . This can be done, for example, as Fourier transformation of a corresponding speed signal.
  • A12 Amplitude of the total vibration that is, the superposition of the two vibrations caused by the respective injectors
  • FIG. 4 shows a test result which was obtained on a motor vehicle with a four-cylinder internal combustion engine after carrying out the method according to the invention.
  • a received drive characteristic map 45 of a second injector 20 was determined three times.
  • the respective drive duration of a first injector 20d was used as a parameter and took the
  • the three determined actuation duration curves 45a, 45b and 45c are in this case entered in a graph which shows a specific set replacement signal S2 of the second injector 20 over the actuation period T, measured in .mu. ⁇ .
  • the An horrdauerkennfeld 45a represents the An horrdauerkennfeld the second injector 20 at a drive duration of the first injector 20d of 140 s.
  • the drive duration map 45b was recorded at a drive duration of the first injector 20d of 180 s and the drive duration map 45c was for a drive duration of the first injector 20d of 220 ⁇
  • the three determined drive duration maps 45a, 45b and 45c of the second injector 20 lie exactly within the measurement accuracy of the speed evaluation method used.
  • FIG. 5 shows a diagram for corresponding drive duration characteristics of the first injector 20d, with the injector 20d and the injector 20 having "exchanged" their roles here, as it were, with respect to FIG. 5
  • the three drive duration characteristic maps 45 'determined for the injector 20d lie exactly on top of each other within the measurement accuracy of the speed evaluation method and thus prove the accuracy of the inventive device
  • Vibrations extinguish when the injection quantities for the respective injectors 20 are equal. This can be used, for example, to exactly match two injectors 20 if an absolute value of the respective injection for which the adjustment is made is not relevant.
  • FIG. 6 now shows a method according to the invention
  • A1 A12 ⁇ sin (a) / sin (180 ° - ⁇ )
  • A2 A12 ⁇ sin ( ⁇ - ⁇ ) / sin (180 ° - ⁇ )
  • a quantity of fuel injected into the second cylinder 12 during the second test injection can be calculated from the detected quantity substitute signals S as the reference value. As a result, the drive train application can be omitted.
  • An embodiment of the method according to the invention allows a
  • Cylinder segment is extended.
  • FIG. 7 shows in a diagram an outlet of the internal combustion engine 10 without injection of fuel when the throttle valve 19 is open and closed.
  • the angle of the crankshaft is plotted in ° CA on the abscissa axis; the ordinate is the speed in revolutions per minute.
  • Throttle 19 more air into the cylinder 12, whereby a maximum pressure in the cylinder increases.
  • the higher maximum pressures in the cylinders 12 lead to a rotational nonuniformity of the crankshaft, wherein the gas torque built up by the last compressing cylinder 12 before the zero crossing of the rotational speed becomes so large that it comes to a reversal of direction and the internal combustion engine 10 compresses the previously compressed cylinder 12, until it comes again to the direction of rotation and the internal combustion engine 10 is finally.
  • Gas exchange torques are small compared to the moments of inertia and friction moments.
  • Figure 8 shows a diagram of an influence of the throttle position on a stop position of the internal combustion engine 10.
  • the abscissa the consecutive numbers of the tests are plotted.
  • the ordinate shows the crank angle in ° KW before the ignition TDC.
  • the zero quantity calibration starts at a drive duration, which certainly does not lead to an injection of fuel. At each phase out the
  • Quantity replacement signal S in this case the signal of the crankshaft sensor 32, with a reference speed signal (see Figure 7), in which certainly no
  • Injection and combustion takes place.
  • differentiation-forming methods and / or evaluation of the rotational speed gradients can take place and / or comparisons of rotational speed patterns can be used.
  • the zero quantity calibration is carried out for the following cylinder 12 or the associated injector 20. It is also possible to carry out the zero-quantity calibration in a start-up phase or start-up phase of the internal combustion engine 10.
  • the next possible cylinder 12 can be injected and ignited in the determined.
  • the zero quantity calibration is applied to this cylinder 12 or to the injector 20 assigned to it. Subsequently, the normal starting function known from the prior art is applied to the next cylinder 12 in the firing order.
  • a reference speed signal belonging to the starting phase is shown in FIG. 9.
  • the illustrated speed curve as a function of the crank angle is calculated as a function of a constantly applied starting torque.
  • the reference speed signal is improved by measuring and storing further associated data, such as engine friction as a function of temperature, drive duration of the injectors, starter speed (for the zero-level calibration in the starting phase), position of the throttle 19, and others.
  • engine friction as a function of temperature
  • drive duration of the injectors for the zero-level calibration in the starting phase
  • starter speed for the zero-level calibration in the starting phase
  • position of the throttle 19 and others.
  • the more accurate the reference speed signal the safer and better is the zero-quantity calibration.
  • FIG. 10 shows the measured relationship between the quantity replacement signal S from FIG Nullmengenkalibri für

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) umfassend folgende Schritte: - mittels des Drucksensorverfahrens wird in einem ersten Schritt (40) für einen ersten Injektor (20d) eine erste Ansteuerdauer (tvorL) ermittelt, bei der eine gewünschte Kraftstoff menge in einen ersten Zylinder (12d) eingespritzt wird. Die erste Ansteuerdauer (tvorL) wird in einem Steuer- und/oder Regelgerät (38) nichtflüchtig gespeichert; - in einem zweiten Schritt (42) wird der erste Injektor (20d) mit der ersten Ansteuerdauer (tvorL) angesteuert und ein daraus resultierendes Mengenersatzsignal wird in Abhängigkeit der Triebstrangparameter in einem Lernkennfeld abgelegt und nichtflüchtig im Steuer- und/oder Regelgerät (38) gespeichert; - in einem dritten Schritt (44) wird mittels der Nullmengenkalibrierung für alle weiteren Zylinder (20) eine Ansteuerdauer der den Zylindern (20) zugeordneten Injektoren (12) variiert, bis das im zweiten Schritt (42) ermittelte Mengenersatzsignal als Sollwert erreicht ist wobei die so ermittelte Ansteuerdauer nichtflüchtig im Steuer- und/oder Regelgerät (38) gespeichert wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
In modernen Kraftstoffeinspritzsystemen der hier betroffenen Art, beispielsweise in Common-Rail-Dieseleinspritzsystemen, werden zur Verbesserung der
Gemischaufbereitung zeitlich vor oder nach den eigentlichen
Haupteinspritzungen liegende Teileinspritzungen mit relativ kleinen
Kraftstoffmengen realisiert. Die gesamte Einspritzmenge, berechnet gewöhnlich auf der Basis einer Momentenanforderung des Fahrers, wird dabei
beispielsweise auf zwei Voreinspritzungen und eine Haupteinspritzung aufgeteilt.
Die Einspritzmengen der Voreinspritzungen sollen dabei möglichst klein sein, um Emissionsnachteile zu vermeiden. Andererseits müssen die Voreinspritzmengen groß genug sein, damit auch unter Berücksichtigung aller Toleranzquellen stets die für den Verbrennungsprozess notwendige Mindestmenge an Kraftstoff eingespritzt wird. Wesentliche Toleranzquelle ist dabei eine alterungsbedingte
Drift der Injektoren.
Aus der DE 199 45 618 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem die Drift eines Injektors über eine sogenannte Nullmengenkalibrierung adaptiert und
kompensiert wird. Dabei wird in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eine Ansteuerdauer und damit die eingespritzte Kraftstoffm enge jedes einzelnen Injektors solange variiert, bis eine Änderung eines sogenannten
Mengenersatzsignals eintritt. Da die eingespritzte Kraftstoffm enge nicht direkt gemessen werden kann, behilft man sich mit einem Mengenersatzsignal, das mit der eingespritzten Kraftstoffmenge korreliert. Das Mengenersatzsignal ist beispielsweise eine Drehzahländerung der
Kurbelwelle, ein Ausgangssignal einer Lambdasonde oder ein Ausgangssignal eine lonenstromsonde. Die Ansteuerdauer des Injektors bei der eine Änderung des Mengenersatzsignals eintritt wird als Mindestansteuerdauer gespeichert und zur Kompensation der Drift des Injektors verwendet.
Die DE 10 2008 002 482 A1 beschreibt ein Verfahren, das einen Zusammenhang zwischen den bei der zuvor erläuterten Nullmengenkalibrierung sich ergebenden Werten der Mindestansteuerdauer und der jeweiligen Einspritzmenge mittels Regressionsberechnung auswertet, um damit das Lernen eines
Nullmengenkalibrierwert.es zu verbessern.
Ein Verfahren zur Regelung und Adaption von Voreinspritzmengen ist aus der DE 10 2004 001 1 19 A1 bekannt (Drucksensorverfahren). Dabei werden mithilfe eines Drucksensors, der an einem Zylinder angeordnet ist, aus dem Druckverlauf während der Verbrennung, dem sogenannten Heizverlauf, die Teilmengen der Einspritzung bestimmt und auf Sollwerte geregelt.
Aus der DE 10 2006 026 640 A1 ist ferner ein Verfahren bekannt mit dem bei Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine in denen Unterschiede und/oder Schwankungen der Drehzahl im Wesentlichen von einer Verbrennungslage abhängen, der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung für die Reduzierung der Unterschiede und/oder Schwankungen adaptiert wird.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, ein erstes bekanntes
„Drucksensorverfahren" derart mit einem zweiten bekannten Verfahren, der sogenannten„Nullmengenkalibrierung", zu kombinieren, dass die wesentlichen Nachteile beider Verfahren, nämlich die hohen Kosten durch zusätzliche
Drucksensorik mit Auswerteschaltung und Software beim Drucksensorverfahren, sowie ein hoher Applikationsaufwand bei der Nullmengenkalibrierung, weitestgehend vermieden werden.
Dabei wird erfindungsgemäß ein Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem Drucksensor versehen. Für diesen„Leitzylinder" beziehungsweise einem dem Leitzylinder zugeordneten Injektor wird zunächst, in einem ersten Schritt, mittels des Drucksensorverfahrens eine Voreinspritzung von Kraftstoff geregelt und adaptiert. Damit ist für den dem Leitzylinder zugeordneten Injektor eine
Ansteuerdauer bekannt, bei welcher der Injektor eine gewünschte
Kraftstoffmenge in den Leitzylinder einspritzt. Weil die eingespritzte Kraftstoffmenge unter anderem auch von einem Raildruck abhängig ist, wird der erste Schritt für verschiedene diskrete Raildrücke durchgeführt. Die so ermittelten Ansteuerdauern werden in einem Datenspeicher eines Steuer- und/oder Regelgerätes der Brennkraftmaschine nichtflüchtig abgespeichert.
In einem zweiten Schritt wird der Injektor des Leitzylinders konstant mit derjenigen Ansteuerdauer angesteuert, die im ersten Schritt ermittelt und adaptiert wurde. Dabei werden entsprechend dem zweiten Verfahren der Nullmengenkalibrierung Mengenersatzsignale, wie beispielsweise eine
Drehzahlschwankung der Kurbelwelle, gemessen und abhängig von den
Triebstrangparametern, umfassend eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes, in einem Lernkennfeld abgelegt und nichtflüchtig in einem Datenspeicher des Steuer- und/oder Regelgerätes abgespeichert.
In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden alle weiteren Zylinder bzw. die den Zylindern zugeordneten Injektoren, entsprechend der Nullmengenkalibrierung angesteuert und ein daraus resultierendes
Mengenersatzsignal ermittelt. Dabei wird das im zweiten Schritt ermittelte Mengenersatzsignal des Leitzylinders bzw. des Leitinjektors als Sollwert eingesetzt. Erreicht das Mengenersatzsignal des zu kalibrierenden Zylinders den Sollwert, wird die dazugehörige Ansteuerdauer oder die Differenz zu einem Nominalwert nichtflüchtig gespeichert und analog zum Stand der Technik im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine zur Driftkompensation verwendet. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der erste Schritt und der zweite Schritt simultan erfolgen. Die Regelung und/oder Adaption der Ansteuerdauer nach dem Drucksensorverfahren im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine setzt voraus, dass die Abstände zwischen den Teileinspritzungen groß gewählt werden müssen, um eine eindeutige Zuordnung des Druckverlaufs bzw. des Heizverlaufs zu der jeweiligen Einspritzung zu erzielen. Daher weichen die
Abstände zwischen den Teileinspritzungen in der Regel von einem Optimum der Brennkraftmaschine bezüglich Emissionsverhalten, spezifischen
Kraftstoffverbrauch und/oder Laufruhe ab. Die Regelung und/oder Adaption der Ansteuerdauer für den Leitzylinder erfolgt demgegenüber, aufgrund der optimalen Bedingungen, sehr schnell, so dass die wesentlich langsamere Adaption der Triebstrangparameter simultan erfolgen kann. Dadurch wird eine Dauer des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft reduziert.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass im ersten Schritt die
Ansteuerdauer aus einer Kennlinie als Funktion des Raildrucks entnommen wird. Damit verschiedene Raildrücke adaptiert werden können, ist es notwendig, zumindest kurzzeitig, den Raildruck für die Dauer des ersten Schritts konstant zu halten. Alternativ kann eine Regelung bzw. Adaption der Ansteuerdauer im ersten Schritt auch bei variablem Raildruck erfolgen. Dabei wird die
Ansteuerdauer in einer adaptiven Kennlinie als Funktion des Raildrucks ermittelt und adaptiert. Damit werden in vorteilhafter Weise die Betriebsbedingungen für das Drucksensorverfahren vereinfacht.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass im zweiten Schritt ein Verhältnis des Sollwert - Mengenersatzsignals zu einem ermittelten Istwert des
Mengenersatzsignals in Abhängigkeit der Triebstrangparameter adaptiert wird. Dieses Verhältnis entspricht der Triebstrangverstärkung, die gemäß dem Stand der Technik bei der Nullmengenkalibrierung appliziert werden müsste. Auf diese
Weise reduziert das erfindungsgemäße Verfahren den Applikationsaufwand. Ergänzend wird vorgeschlagen, dass im zweiten Schritt zeitgleich zu einer ersten Testeinspritzung eines ersten Injektors mit einer ersten Ansteuerdauer in den ersten Zylinder eine zweite Testeinspritzung eines zweiten Injektors mit einer zweiten Ansteuerdauer in einen zweiten Zylinder erfolgt, dass ein resultierendes
Mengenersatzsignal als Überlagerung einer ersten Anregung durch den ersten Zylinders und einer zweiten Anregung durch zweiten Zylinders erfasst wird aus der die erste Anregung und die zweite Anregung rekonstruiert und der jeweiligen Ansteuerdauer des jeweiligen Injektors zugeordnet wird, dass für den ersten Zylinder mittels Drucksensorverfahren im ersten Schritt eine erste eingespritzte
Kraftstoff menge ermittelt wird, dass diese erste eingespritzte Kraftstoffmenge als Referenz dient, und dass aus der zweiten Anregung mithilfe der Referenz eine zweite Kraftstoffmenge, die während der zweiten Ansteuerdauer des zweiten Injektors in den zweiten Zylinder eingespritzt wurde, berechnet wird.
Die erfindungsgemäße Ermittlung von Lernwerten kann wie bei der
Nullmengenkalibrierung nach dem Stand der Technik im Schubbetrieb erfolgen. Allerdings wird das vorgeschlagene Verfahren hinsichtlich des Lernvorgangs jeweils autark auf zwei Injektoren parallel durchgeführt. Aus jeder
Testeinspritzung der beiden Injektoren ergibt sich eine Anregung des
Triebstrangs. Diese Anregungen, da parallel oder mindesten in etwa zeitgleich, werden auf dem Triebstrang überlagert. Eine entsprechende
Drehzahlsignalauswertung ermittelt daraus eine Gesamtanregung mit Betrag und Phase. Daraus lässt sich nach dem Prinzip der Vektoraddition die Anregung der einzelnen Injektoren rekonstruieren. Auf Basis des für den jeweiligen Injektor rekonstruierten Mengenersatzsignals erfolgt sodann eine Kalibrierung für jeden Injektor autark, wie bei einer Nullmengenkalibrierung gemäß dem Stand der Technik. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei die
Möglichkeit, die Kalibriergeschwindigkeit zu verdoppeln, ohne eine
Verschlechterung im Signal-/Rauschabstand in Kauf nehmen zu müssen.
Erfolgt eine der Einspritzungen auf dem Leitzylinder, wird für diesen mittels des Drucksensorverfahrens eine eingespritzte Kraftstoff menge berechnet. Mit dieser Kraftstoff menge als Referenzwert kann dann aus dem rekonstruierten
Mengenersatzsignal der zweiten Einspritzung die dabei eingespritzte
Kraftstoffmenge ermittelt werden. Damit stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit bereit, absolute eingespritzte Kraftstoffmengen zu ermitteln, ohne eine aufwendige Triebstrangadaption entsprechend dem voranstehend beschriebenen zweiten Schritt durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet noch besser, wenn die
Nullmengenkalibrierung im Schubbetrieb oder während eines Anlaufs und/oder Auslaufs der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird die Nullmengenkalibrierung vorzugsweise im Auslauf der Brennkraftmaschine durchgeführt. Um die Bedingungen für den zu kalibrierenden Injektor zu erreichen, bevor ein Stillstand der Brennkraftmaschine eintritt, erfolgt die reguläre Abschaltung der Einspritzung erst mit dem Injektor, der in der Einspritzreihenfolge vor dem zu kalibrierenden Injektor liegt, und nicht zwangsläufig mit dem auf das Abschalten der Zündung oder der Einspritzung direkt folgenden Injektor. Sofern nach Abschalten der Zündung oder der
Einspritzung die Brennkraftmaschine mehr als den Arbeitsbereich eines Zylinders weiterdreht, kann auch für mehr als einen Zylinder bzw. die zugeordneten Injektoren die Nullmengenkalibrierung durchgeführt werden
Prinzipiell lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch während einer Startphase oder Anlaufphase der Brennkraftmaschine durchführen. Hierbei wird ausgehend von einer Positionserkennung der stehenden Brennkraftmaschine, beispielsweise aus der vorausgegangenen Auslaufphase, der nächste mögliche Zylinder auf dem eingespritzt und gezündet werden kann bestimmt und für diesen Zylinder bzw. den zugeordneten Injektor die Nullmengenkalibrierung angewandt.
Anschließend wird die normale, aus dem Stand der Technik bekannte,
Startfunktion für den entsprechend der Einspritzreihenfolge nächsten Zylinder durchgeführt. Für konventionelle Antriebskonzepte mit Brennkraftmaschinen liegt der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Verkürzung der
Kalibrierdauer während der Schubphase. Für alternative Antriebskonzepte, die eine Abschaltung der Brennkraftmaschine zulassen, wie beispielsweise das rein elektrische Fahren beim Parallelhybridantrieb oder ein sogenanntes„Segeln" bei abgeschalteter Brennkraftmaschine, stehen keine Schubphasen für eine
Nullmengenkalibrierung nach dem Stand der Technik zur Verfügung. Die Erfindung bietet daher eine Möglichkeit, eine Nullmengenkalibrierung ohne Schubphase durchzuführen.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass im ersten Schritt für den ersten Zylinder die erste Ansteuerdauer des ersten Injektors mittels Nullmengenkalibrierung ermittelt wird. Dabei wird in der Anlaufphase und/oder Auslaufphase der
Brennkraftmaschine eine erste Ansteuerdauer eines ersten Injektors ermittelt. Mit der so ermittelten ersten Ansteuerdauer werden dann erfindungsgemäß im zweiten Schritt die Triebstrangparameter adaptiert, so dass die im zweiten Schritt ermittelten Mengenersatzsignale als Referenzwerte für die Kalibrierung der weiteren Zylinder bzw. der dazugehörenden Injektoren dienen. Dadurch kann auf die kostenintensive Ausstattung des Leitzylinders mit Drucksensoren verzichtet werden. Es versteht sich von selbst, dass der Referenzwert des ersten Zylinders auch bei der voranstehend erläuterten parallelen oder annähernd gleichzeitigen
Einspritzung in zwei Zylinder verwendet werden kann. Wobei der Referenzwert nicht mittels dem Drucksensorverfahren ermittelt wird, sondern mittels der Nullmengenkalibrierung in der Anlaufphase und/oder Auslaufphase der
Brennkraftmaschine.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer
Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Es zeigen:
Figur 1 Das Umfeld der Erfindung
Figur 2 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 3 eine grafische Darstellung einer Uberlagerung zweier Amplitudensignale
Figur 4 ein Ansteuerdauerkennfeld eines zweiten Injektors der erfindungsgemäß zusammen mit einem ersten Injektor kalibriert wurde
Figur 5 ein Ansteuerdauerkennfeld eines ersten Injektors, der erfindungsgemäß zusammen mit einem zweiten Injektor kalibriert wurde
Figur 6 eine grafische Darstellung einer Überlagerung zweier Amplitudensignale die so zueinander liegen, dass sie einen Winkel τ einschließen, welcher ungleich einem Vielfachen von 90° ist
Figur 7 eine graphische Darstellung einer Auslaufphase einer
Brennkraftmaschine
Figur 8 eine graphische Darstellung unterschiedlicher Stopppositionen in
Abhängigkeit einer Stellung einer Drosselklappe
Figur 9 eine graphische Darstellung einer Startphase einer Brennkraftmaschine und
Figur 10 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Mengenersatzsignal und einem Drucksensorsignal.
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie dient zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs und umfasst vier Zylinder 12a bis 12d mit vier Brennräumen 14a bis 14d. Jeder Brennraum 14a bis 14d verfügt über ein Einlassventil 16a bis 16d, die mit einem Ansaugrohr 18 verbunden sind. Über das Ansaugrohr 18 und die Einlassventile 16a bis 16d gelangt Verbrennungsluft in den jeweiligen Brennraum 14a bis 14d. Im
Ansaugrohr 18 ist eine Drosselklappe (nicht dargestellt) angeordnet. Mittels der Drosselklappe wird die Menge an Verbrennungsluft, die in den jeweiligen Brennraum 14a bis 14d gelangt, abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 eingestellt. Kraftstoff wird in die Brennräume 14a bis 14d über jeweils einen Injektor 20a bis 20d eingespritzt. Die Injektoren 20a bis 20d sind an einen Kraftstoffhochdruckspeicher 22, der auch als„Rail" bezeichnet wird, angeschlossen.
Das in den Brennräumen 14a bis 14d befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch wird nach dem Kompressionshub entzündet; entweder durch Fremdzündung oder
Selbstzündung. Die heißen Verbrennungsgase werden aus den Brennräumen 14a bis 14d über Auslassventile 24a bis 24d in ein Abgasrohr 26 abgeleitet. Dieses führt zu einer Abgasanlage 28, welche das Abgas durch chemische Umwandlung der darin enthaltenen Schadstoffe reinigt. Alternativ oder parallel zur Drosselklappe im Ansaugrohr 18, kann auch eine Abgasstauklappe im
Abgasrohr 26 angeordnet sein mit der die Verbrennungsluftmenge in den Brennräumen 14a bis 14d eingestellt wird.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird eine Kurbelwelle 30 in Drehung versetzt, deren Drehzahl beziehungsweise Drehgeschwindigkeit und
Drehbeschleunigung von einem hochauflösenden Kurbelwellensensor 32 erfasst wird.
Eine über das Ansaugrohr 18 zu den Brennräumen 14a bis 14d strömende Frischluftmasse wird von einem Luftmassensensor 34 erfasst. Ferner ist an der
Brennkraftmaschine 10 ein Brennraumdrucksensor 36 angeordnet, der den Druck im Brennraum 14d erfasst. Dieser Zylinder 12d wird als„Leitzylinder" bezeichnet.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer-und/oder
Regeleinrichtung 38 gesteuert und/oder geregelt. Diese erhält Signale unter anderem vom Kurbelwellensensor 32, dem Luftmassensensor 34 und dem Brennraumdrucksensor 36. Angesteuert werden von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 38 unter anderem die Injektoren 20. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass immer, wenn bei einer Komponente der Index a bis d nicht explizit erwähnt ist, die entsprechenden Ausführungen für alle
Komponenten a bis d gelten.
Eine Kraftstoffmenge Q, die von den Injektoren 20 in die Brennräume 14 eingespritzt wird, ist bei konstantem Druck proportional zu einer Ansteuerdauer T der Injektoren. Die Kraftstoffmenge Q beeinflusst des Weiteren ein
zylinderindividuelles Drehmoment M, welches auf die Kurbelwelle 30 wirkt.
Figur 2 zeigt ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird in einem Schritt 40 nach der zum Beispiel aus der DE 10 2004 001 1 19 A1 bekannten Drucksensormethode für den Leitzylinder 12d eine Voreinspritzung geregelt und adaptiert. Damit ist für den Leitzylinder 12d eine Ansteuerdauer tvorL bekannt, die so bemessen ist, dass über den driftbehafteten Injektor 20d des Leitzylinders 12d eine gewünschte Kraftstoffmenge in den Leitzylinder 12d eingespritzt wird. Diese Ansteuerdauer tvorL wird getrennt für verschiedene Raildrücke ermittelt und die dabei ermittelten Ergebnisse nichtflüchtig in einem Datenspeicher des Steuer-und/oder
Regelgerätes 38 abgelegt.
Erfindungsgemäß kann der erste Schritt 40 sowohl während einem„befeuerten" Betrieb, also mit Einspritzung von Kraftstoff, als auch während einer Schubphase erfolgen. Voraussetzung für die Durchführung des ersten Schrittes 40 im befeuerten Betrieb, ist dass die Abstände zwischen den Teileinspritzungen so groß gewählt werden, dass die einzelnen Teileinspritzungen einem ermittelten Heizverlauf im Zylinder 12 eindeutig zugeordnet werden können.
Für die Regelung der ersten Ansteuerdauer tvorL nach dem Drucksensorverfahren ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, den Druck im
Kraftstoffhochdruckspeicher 22 für die Dauer des Verfahrens konstant zu halten. Erfindungsgemäß kann die Regelung auch bei variablem Raildruck erfolgen. Dazu wird die erste Ansteuerdauer tvorL nicht bei verschiedenen diskreten Raildrücken ermittelt, sondern aus einer adaptiven Kennlinie als Funktion des Raildrucks ermittelt und adaptiert. Dabei kann zur Ermittlung der Kennlinie eine Regressionsanalyse vorgenommen werden.
In einem zweiten Schritt 42 wird der Injektor 20d des Leitzylinders 12d konstant mit der zuvor im ersten Schritt 40 ermittelten Ansteuerdauer tvorL angesteuert. Dabei werden nach dem z. B. aus der DE 10 2008 002 482 A1 bekannten Verfahren der„Nullmengenkalibrierung", abhängig von den sogenannten
Triebstrangparametern, insbesondere der Kurbelwellendrehzahl und des
Übersetzungsverhältnisses, sogenannte Mengenersatzsignale S ermittelt und in einem Kennfeld abgelegt.
Die Mengenersatzsignale S können eine die Drehungleichförmigkeit der
Kurbelwelle charakterisierende Größe, ein Ausgangsignal einer Lambdasonde oder ein Ausgangssignal einer lonenstromsonde sein. Anstelle des
Mengenersatzsignals S kann auch ein Verhältnis zwischen einem festen Sollwert und einem gemessenen Istwert des Mengenersatzsignals S abhängig von den Triebparametern adaptiert werden. Dieses Verhältnis entspricht einer
Triebstrangverstärkung, die nach dem Stand der Technik appliziert werden müsste. Durch die Erfindung entfällt die Applikation der Triebstrangverstärkung.
Weil der erste Schritt 40, die Regelung der ersten Ansteuerdauer tvorL mittels Drucksensorverfahren, aufgrund der optimalen Voraussetzungen sehr schnell ist, kann der zweite Schritt 42, die vergleichsweise langsamere Adaption der Triebstrangparameter, simultan erfolgen.
In einem dritten Schritt 44 werden alle Zylinder 12a bis c, außer dem Leitzylinder 12d, nach dem bekannten Verfahren der„Nullmengenkalibrierung" angesteuert und das Mengenersatzsignal S ermittelt. Die Vorgehensweise ist dabei, dass das zuvor im zweiten Schritt 42 ermittelte Mengenersatzsignal S als Sollwert verwendet wird. Die Ansteuerdauer tvorZ der Zylinder 12 wird dabei solange variiert, bis das gemessene Mengenersatzsignal S den Sollwert erreicht. Die dazugehörige Ansteuerdauer T oder eine Differenz zu einem Nominalwert der Ansteuerdauer T wird nichtflüchtig in einem Datenspeicher des Steuer-und/oder Regelgerätes 38 gespeichert.
Der zweite Schritt 42, die Adaption der Triebstrangparameter, kann
erfindungsgemäß umgangen werden, indem zeitgleich mit einer Testeinspritzung auf den Leitzylinder 12d eine zweite Testeinspritzung in einen weiteren Zylinder 12 erfolgt. Dabei wird ein Mengenersatzsignal S ermittelt, das sich aus der Überlagerung eines ersten Mengenersatzsignals S, ausgelöst durch die
Testeinspritzung in den Leitzylinder 12d, und eines zweiten Mengenersatzsignals S, ausgelöst durch die zweite Testeinspritzung in einen weiteren Zylinder 12, ergibt.
In Figur 3 ist als Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Rekonstruktion von Mengenersatzsignalen S zweier zeitgleich mit jeweiligen Testeinspritzungen beaufschlagten Injektoren 20 aus einem gemessenen Mengenersatzsignal S, beispielsweise einer Anregung von schwingungsfähigen Bauteilen des Triebstrangs innerhalb einer Brennkraftmaschine 10, gezeigt.
Im vorliegenden Fall wird nunmehr am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern angenommen, dass die zwei mit Testeinspritzungen beaufschlagten Injektoren 20 bzw. die entsprechend zugeordneten Zylinder 12 orthogonal zueinander liegen. Demnach ist der erste Injektor 20d bzw. der zugehörige
Leitzylinder 12d durch die Ordinatenachse gekennzeichnet, während der zweite Injektor 20 bzw. Zylinder 12 durch die Abszissenachse dargestellt ist. Die nunmehr gemessene Schwingung wird zunächst durch eine Amplitude A12 und eine entsprechende Phasenlage α dargestellt. Dies kann beispielsweise als Fouriertransformation eines entsprechenden Drehzahlsignals vorgenommen werden.
Die jeweiligen Phasen einer reinen Anregung bzw. Schwingung auf dem
Leitzylinder 12d oder dem zweiten Zylinder 12 sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in dem hier dargestellten Koordinatensystem als Achsen verwendet. Das gemessene Signal mit der Amplitude A12 und Phase α wird sodann mit Hilfe der trigonometrischem Funktionen auf die beiden Achsen 1 und 2 projiziert:
A1 = A12 « sin (a)
A2 = A12 · cos (a) Mit:
A12: Amplitude der Gesamtschwingung das heißt, der Überlagerung der beiden, durch die jeweiligen Injektoren verursachte Schwingungen
A1 : die rekonstruierte Amplitude von Leitzylinder 12d
A2: die rekonstruierte Amplitude von Zylinder 12
a: Phase(nlage) bzw. Phasenverschiebung der gemessenen Anregung A12 gegenüber der Phase von Zylinder 12 bzw. Leitzylinder 12d.
Dadurch lassen sich in einfacher Weise die beiden die Gesamtanregung verursachenden Einzelanregungen der Injektoren 20d und 20 separieren.
Sodann wird für jeden der beiden Injektoren 20, den ersten Injektor 20d und den zweiten Injektor 20, ein Algorithmus gemäß dem Stand der Technik durchgeführt, wobei eine Ansteuerdauer eines jeweiligen Injektors 20 so lange nachgeführt wird, bis eine vorgegebene Zielmenge erreicht ist und anschließend wird daraus ein zuvor erwähnter Lernwert gemäß dem Stand der Technik bestimmt.
Figur 4 gibt ein Testergebnis wieder, welches an einem Kraftfahrzeug mit einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurde. Dabei wurde ein erhaltenes Ansteuerdauerkennfeld 45 eines zweiten Injektors 20 dreimal ermittelt. Die jeweilige Ansteuerdauer eines ersten Injektors 20d wurde dabei als Parameter eingesetzt und nahm die
Ansteuerdauer 140 μβ, 180 μβ und 220 μβ an.
Die drei ermittelten Ansteuerdauerkennlinien 45a, 45b und 45c sind hierbei in ein Schaubild eingetragen, welches ein bestimmtes Mengenersatzsignal S2 des zweiten Injektors 20 über die Ansteuerdauer T, gemessen in μβ, aufzeigt. Dabei stellt das Ansteuerdauerkennfeld 45a das Ansteuerdauerkennfeld des zweiten Injektors 20 dar bei einer Ansteuerdauer des ersten Injektors 20d von 140 s. Das Ansteuerdauerkennfeld 45b wurde bei einer Ansteuerdauer des ersten Injektors 20d von 180 s aufgenommen und das Ansteuerdauerkennfeld 45c wurde für eine Ansteuerdauer des ersten Injektors 20d von 220 μβ
aufgenommen. Die drei ermittelten Ansteuerdauerkennfelder 45a, 45b und 45c des zweiten Injektors 20 liegen dabei im Rahmen der Messgenauigkeit des eingesetzten Drehzahlauswertverfahrens exakt aufeinander.
In Figur 5 ist ein Schaubild für entsprechende Ansteuerdauerkennfelder des ersten Injektors 20d aufgezeigt, wobei hier quasi gegenüber Figur 34 Injektor 20d und Injektor 20 ihre Rollen„getauscht" haben. In dem hier dargestellten
Schaubild wurde ein jeweiliges bestimmtes Mengenersatzsignal S1 des ersten Injektors 20d über die Ansteuerdauer T, gemessen in μβ, aufgetragen. Die Ansteuerdauer des zweiten Injektors 20 wurde dabei als Parameter verwendet und betrug für Ansteuerdauerkennfeld 45a' 140 s, für Ansteuerdauerkennfeld 45b' 180 s und für Ansteuerdauerkennfeld 45c' 220 s.
Auch hier liegen die drei für Injektor 20d ermittelten Ansteuerdauerkennfelder 45' im Rahmen der Messgenauigkeit des Drehzahlauswerteverfahrens exakt aufeinander und belegen damit die Genauigkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Alternativ zum genannten Szenario, in welchem zwei orthogonale Injektoren 20d und 20 bzw. entsprechende Leitzylinder 12d und Zylinder 12 mit jeweiligen Testeinspritzungen beaufschlagt werden, können auch zwei gegenphasig liegende Injektoren 20 bzw. Zylinder 12 angeregt werden. Die beiden
Schwingungen löschen sich dann aus, wenn die Einspritzmengen für die jeweiligen Injektoren 20 gleich groß sind. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, zwei Injektoren 20 exakt aufeinander abzugleichen, wenn ein Absolutbetrag der jeweiligen Einspritzung für die der Abgleich erfolgt nicht relevant ist.
Figur 6 zeigt nunmehr eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorgenommene Rekonstruktion von durch einen ersten Injektor 20d und einen zweiten Injektor 20 jeweils angeregten Schwingungen aus einer durch die beiden Schwingungen sich ergebenden gemessenen Gesamtschwingung. Dabei schließen die Injektoren 20d und 20 einen Winkel τ ein, der nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen von 90° ist.
Ähnlich wie in Figur 3 ist diese Konstellation ebenfalls in einem
Koordinatensystem dargestellt, wobei der zweite Zylinder 12 bzw. Injektor 20 auf einer horizontalen Achse und der Leitzylinder 12d bzw. der erste Injektor 20d auf einer gegenüber der horizontalen Achse um den Winkel τ gedrehten Achse gezeichnet ist. Die Achsen dieses Koordinatensystems schließen demnach einen Winkel τ ein. Das gemessene Signal wird wiederum in eine Darstellung mit Amplitude und Phase umgewandelt und in diesem Koordinatensystem entsprechend eingezeichnet. Dabei ist die Amplitude A12 mit einem Winkel α zum Injektor 20 eingetragen. Eine Rekonstruktion der Einzelamplituden A1 und A2 ergibt sich hier durch Anwendung des Sinussatzes analog zu der
Rekonstruktion in Figur 3. Dadurch ergibt sich eine verallgemeinerte
Auswertebeziehung wie folgt:
A1 = A12■ sin (a) / sin (180° - τ)
A2 = A12■ sin (τ - α) / sin (180° - τ)
Weil für den Leitzylinder 12d nach dem Drucksensorverfahren die während der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge berechnet wird, kann mit dieser Kraftstoff menge als Referenzwert eine Kraftstoff menge, die während der zweiten Testeinspritzung in den zweiten Zylinder 12 eingespritzt wurde, aus den ermittelten Mengenersatzsignalen S berechnet werden. Dadurch kann die Triebstrangapplikation entfallen.
Nach dem Stand der Technik ist es erforderlich, eine Nullmengenkalibrierung während einer Schubphase der Brennkraftmaschine 10 durchzuführen. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine
Verlagerung der Nullmengenkalibrierung in eine Auslaufphase, nach Abschalten der Zündung der Brennkraftmaschine 10. Denkbar ist auch eine Durchführung der Nullmengenkalibrierung in einer Anlaufphase oder Startphase der Brennkraftmaschine 10, wodurch die Anlaufphase um mindestens ein
Zylindersegment verlängert wird.
Figur 7 zeigt in einem Diagramm einen Auslauf der Brennkraftmaschine 10 ohne Einspritzung von Kraftstoff bei geöffneter und geschlossener Drosselklappe 19. Auf der Abszissenachse ist der Kurbelwellenwinkel in °KW aufgetragen; die Ordinate bezeichnet die Drehzahl in Umdrehungen je Minute. Bei geöffneter Drosselklappe 19 (Kurve 46) dominieren die Gaswechselmomente der einzelnen Zylinder 12 gegenüber den Reibmomenten und Trägheitsmomenten. Durch die geöffnete Drosselklappe 19 strömt gegenüber einer geschlossenen
Drosselklappe 19 mehr Luft in die Zylinder 12, wodurch ein Maximaldruck im Zylinder ansteigt. Die höheren Maximaldrücke in den Zylindern 12 führen zu einer Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle, wobei das durch den letzten komprimierenden Zylinder 12 vor dem Nulldurchgang der Drehzahl aufgebaute Gasmoment so groß wird, dass es zu einer Drehrichtungsumkehr kommt und die Brennkraftmaschine 10 den zuvor verdichteten Zylinder 12 komprimiert, bis es erneut zur Drehrichtungsumkehr kommt und die Brennkraftmaschine 10 letztendlich steht.
Wird die Drosselklappe 19 geschlossen (Kurve 48), strömt weniger Luft in die Zylinder 12 und infolgedessen reduzieren sich die Maximaldrücke in den Zylindern 12. Der Drehzahlverlauf ist gleichmäßiger und es kommt nicht zu einer Drehrichtungsumkehr bevor die Brennkraftmaschine stoppt. Die
Gaswechselmomente sind klein gegenüber den Trägheitsmomenten und Reibmomenten.
Figur 8 zeigt in einem Diagramm einen Einfluss der Drosselklappenstellung auf eine Stoppposition der Brennkraftmaschine 10. Auf die Abszisse sind die fortlaufenden Nummern der Versuche aufgetragen. Die Ordinate zeigt den Kurbelwinkel in °KW vor dem Zünd-OT.
Bei geschlossener Drosselklappe 19 (gestrichelte Verbindungslinie) streuen die Stopppositionen der Brennkraftmaschine 10 zwischen Unterem Totpunkt (180 °KW vor Zünd-OT) und Zünd-OT (0 °KW vor Zünd-OT). Folglich ist bei geschlossener Drosselklappe 19 keine Einstellung der Stoppposition möglich. Demgegenüber existiert bei geöffneter Drosselklappe durch die erhöhten Gaswechselmomente und die zweifach Richtungsumkehr eine Art
Ausgleichsposition bei ca. 90 °KW vor Zünd-OT in welcher sich alle Zylinder 12 auf gleichem Niveau befinden. Die Linie 50 zeigt, dass die Abweichung von der Ausgleichsposition bei allen Versuchen circa 10 °KW beträgt.
Die Nullmengenkalibrierung beginnt bei einer Ansteuerdauer, die sicher nicht zu einer Einspritzung von Kraftstoff führt. Bei jeder Auslaufphase wird die
Ansteuerdauer inkrementell erhöht, bis es zu einer Einspritzung mit Verbrennung kommt. Eine Erkennung erfolgt durch den Vergleich des gemessenen
Mengenersatzsignals S, in diesem Fall das Signal des Kurbelwellensensors 32, mit einem Referenzdrehzahlsignal (siehe Figur 7), bei dem sicher keine
Einspritzung und Verbrennung stattfindet. Dabei können differenzbildende Verfahren und/oder Auswertung der Drehzahlgradienten erfolgen und/oder Vergleiche von Drehzahlmustern zum Einsatz kommen.
Um die Bedingungen für eine Nullmengenkalibrierung für den jeweiligen Injektor 20 in der Auslaufphase zu erreichen, bevor die Brennkraftmaschine 10 zum Stillstand gekommen ist, ist es denkbar die regulären Einspritzungen nach Abschalten der Zündung nicht mit dem zuerst folgenden Zylinder 12
abzuschalten, sondern die Einspritzungen und damit die Verbrennung weiterzuführen und erst mit dem in der Einspritzreihenfolge vor dem zu kalibrierenden Injektor 20 beziehungsweise dem zugehörigen Zylinder 12 zu beenden.
Dreht die Brennkraftmaschine 10 nach dem Ausschalten der Zündung und Abschalten der Einspritzung um mehr als einen Zylinder 12 weiter, wird die Nullmengenkalibrierung für den nachfolgend Zylinder 12 beziehungsweise den zugehörigen Injektor 20 durchgeführt. Es ist auch möglich, die Nullmengenkalibrierung in einer Startphase oder Anlaufphase der Brennkraftmaschine 10 durchzuführen. Hierbei wird ausgehend von einer Positionserkennung der stehenden Brennkraftmaschine 10, beispielsweise aus der vorhergehenden Auslaufphase, der nächste mögliche Zylinder 12 in den eingespritzt und gezündet werden kann bestimmt. Auf diesen Zylinder 12 beziehungsweise auf den ihm zugeordneten Injektor 20 wird die Nullmengenkalibrierung angewandt. Anschließend wird die normale, aus dem Stand der Technik bekannte, Startfunktion auf den in der Zündreihenfolge nächsten Zylinder 12 angewandt.
Ein zur Startphase gehörendes Referenzdrehzahlsignal zeigt Figur 9. Der dargestellte Drehzahlverlauf als Funktion des Kurbelwinkels ist in Abhängigkeit eines konstant anliegenden Startdrehmoments berechnet.
Bei einem Startdrehmoment von 45 Nm wird bei voller Ladung des ersten Zylinders 12 ein erster Oberer Totpunkt nicht erreicht. Die kinetische Energie der Brennkraftmaschine 10 reicht nicht aus, um im Bereich des hohen
Gaswechselmoments bei ca. 160 ° KW den ersten verdichtenden Zylinder 12 durch seinen Oberen Totpunkt (180 °KW) zu drehen. Die Brennkraftmaschine bleibt stehen.
Das Referenzdrehzahlsignal wird durch Messung und Speicherung weiterer zugehöriger Daten, wie beispielsweise Reibung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Temperatur, Ansteuerdauer der Injektoren, Starterdrehzahl (für die Nullmengenkalibrierung in der Startphase), Stellung der Drosselklappe 19 und weiteres, verbessert. Je genauer das Referenzdrehzahlsignal, desto sicherer und besser wird die Nullmengenkalibrierung.
Es versteht sich von selbst, dass an Stelle des Drehzahlsignals eines
Kurbelwellensensors 32 auch das Signal eines Brennraumdrucksensors 36 für eine Nullmengenkalibrierung im sogenannten Start- und/oder Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine 10 verwendet werden kann. Figur 10 stellt den gemessenen Zusammenhang zwischen dem Mengenersatzsignal S aus der Nullmengenkalibrierung, dargestellt auf der Ordinatenachse und dem Signal aus der Drucksensormethode dargestellt auf der Abszissenachse dar. Es besteht ein direkter/linearer Zusammenhang, so dass beide Signale als äquivalent betrachtet werden können.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) umfassend folgende Schritte:
In einem ersten Schritt (40) wird mittels des Drucksensorverfahrens für einen ersten Injektor (20d) eine erste Ansteuerdauer (tvorL) ermittelt, bei der eine gewünschte Kraftstoff menge in einen Leitzylinder (12d) eingespritzt wird, und gespeichert;
in einem zweiten Schritt (42) wird der erste Injektor (20d) mit der ersten Ansteuerdauer (tvorL) angesteuert und ein daraus resultierendes
Mengenersatzsignal (S) wird in Abhängigkeit der Triebstrangparameter in einem Lernkennfeld abgelegt und gespeichert;
in einem dritten Schritt (44) wird mittels einer Nullmengenkalibrierung für alle weiteren Zylinder (20) eine Ansteuerdauer (T) der den Zylindern (20) zugeordneten Injektoren (12) variiert, bis das im zweiten Schritt (42) ermittelte Mengenersatzsignal (S) als Sollwert erreicht ist, wobei die so ermittelten Ansteuerdauer (T) gespeichert wird.
2. Verfahren nach vorangehendem Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt (40) und der zweite Schritt (42) simultan erfolgen.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im ersten Schritt (40) die Ansteuerdauer aus einer Kennlinie als Funktion des Drucks in einem Kraftstoffhochdruckspeicher (22) entnommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt (42) ein Verhältnis des Sollwerts des Mengenersatzsignals (S) zu einem ermittelten Istwert des
Mengenersatzsignals (S) in Abhängigkeit der Triebstrangparameter adaptiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt (42) ) zeitgleich zu einer ersten Testeinspritzung eines ersten Injektors (20d) mit einer ersten Ansteuerdauer (T) in den Leitzylinder (12d) eine zweite Testeinspritzung eines zweiten Injektors (20) mit einer zweiten Ansteuerdauer (T) in einen zweiten Zylinder (12) erfolgt und ein daraus resultierendes Mengenersatzsignal (S) als Überlagerung einer ersten Anregung durch den Leitzylinder (12d) und einer zweiten Anregung durch zweiten Zylinder (12) erfasst wird, dass aus dem Mengenersatzsignal (S) die erste Anregung und die zweite Anregung rekonstruiert und der jeweiligen Ansteuerdauer (T) des jeweiligen Injektors (20) zugeordnet wird, dass für den Leitzylinder (12d) im ersten Schritt (40) mittels Drucksensorverfahren eine erste eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt wird, dass diese erste eingespritzte Kraftstoff menge als Referenz dient, und dass aus der zweiten Anregung mithilfe der Referenz eine zweite Kraftstoff menge, die während der zweiten Ansteuerdauer (T) des zweiten Injektors (20) in den zweiten Zylinder (12) eingespritzt wurde, berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Nullmengenkalibrierung in einem Schubbetrieb, einem Anlauf und/oder einem Auslauf der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach vorangehendem Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung der Einspritzungen nach Ausschalten der
Brennkraftmaschine (10) erst bei Erreichen des Injektors (20), der in der Einspritzreihenfolge vor dem zu kalibrierenden Injektor (20) liegt, erfolgt.
8. Verfahren nach vorangehendem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anlauf der Brennkraftmaschine (10) ausgehend von einer
Positionserkennung der stehenden Brennkraftmaschine (10), ein nächster Zylinder (12), in den eingespritzt und gezündet werden kann, bestimmt wird und ein, diesem Zylinder (12) zugeordneter Injektor (20) kalibriert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im ersten Schritt (40) für den Leitzylinder (12d) die erste Ansteuerdauer (tvorL) des ersten Injektors (20d) mittels
Nullmengenkalibrierung ermittelt wird
10. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist
1 1 . Steuer- und/oder Regeleinrichtung (38) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 programmiert ist.
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