DE102005058445B3

DE102005058445B3 - Verfahren zur Ermittlung einer in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage eingespritzten Kraftstoffmemge und Mittel zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005058445B3
Application number: DE200510058445
Authority: DE
Inventors: Uwe Jung; Janos Radeczky; Michael Wirkowski
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-12-08

Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Common-Rail-Einspritzanlage (3), die eine Druckleitung (13) und wenigstens ein mit der Druckleitung (13) verbundenes Einspritzventil (14) aufweist, mittels des wenigstens einen Einspritzventils (14) eingespritzt wird, bei dem ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil (14) erzeugt und an das wenigstens eine Einspritzventil (14) abgegeben wird, Drucksignale erfasst werden, die einen bei der Einspritzung erfolgten Druckabfall in der Druckleitung (13) wiedergeben, und unter Verwendung des erfassten Drucksignals ein Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Krafstoffmasse ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung einer in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Common-Rail-Einspritzanlage eingespritzten Kraftstoffmenge und Mittel zur Durchführung des Verfahrens

Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, wird bei Verwendung einer Direkteinspritzung der zu verbrennende Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Ein hierzu häufig verwendetes Einspritzsystem ist die Common-Rail-Einspritzung. Bei Common-Rail-Einspritzanlagen bringt eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem bzw. eine oder mehrere Druckleitungen, das bzw. die bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht bzw. stehen. Die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt durch Betätigung von mit der Druckleitung verbundenen elektrisch betätigten Einspritzventilen. Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge werden durch eine Motorelektronik gesteuert, die entsprechende Einspritzsignale an die Einspritzventile abgibt. Solche Common-Rail-Einspritzanlagen können zum Beispiel für Otto-Motoren und insbesondere für Dieselmotoren eingesetzt werden.

Bei Dieselmotoren wird die Einspritzmenge je nach Lastpunkt und Umgebungsbedingungen eingestellt. Bei Mehrfacheinspritzungen in einen Zylinder während eines Takts können sogar die Mengen jeder einzelnen Einspritzung sehr unterschiedlich gewählt sein. Die Größe der jeweils in einen Zylinder eingespritzten Menge beeinflusst unter anderem den Brennverlauf, Emissionen, Drehmomententwicklung und die Geräuschentwicklung des Motors. Besondere Bedeutung kommt dabei der Abstimmung der Einspritzmengen für die einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine aufeinander zu; beispielsweise kann es erwünscht sein, während eines Takts gleiche Kraftstoffmengen in alle Zylinder einzuspritzen, um einen möglichst ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine zu erzielen.

Die Einspritzmenge wird unter anderem durch die Öffnungszeit des Einspritzventils und den Druck in der Druckleitung bestimmt. Zur Erzeugung der Einspritzsignale kann ein Kennfeld verwendet werden, das die gewünschte Einspritzmenge mit der erforderlichen Ventilöffnungszeit und gegebenenfalls dem Druck in der Druckleitung verknüpft. Dieses Kennfeld wird für die Steuerung der Einspritzventile aller Zylinder der Brennkraftmaschine genutzt.

Fertigungstoleranzen und Verschleiß der Einspritzanlage, insbesondere auch der Einspritzventile, führen jedoch dazu, dass für eine gegebene Brennkraftmaschine die Genauigkeit des Kennfeldes nicht so hoch ist, wie wünschenswert ist, oder dass die Genauigkeit im Laufe der Zeit abnimmt. Insbesondere können bei Verwendung der mittels des Kennfelds ermittelten Ventilöffnungszeiten die tatsächlich erzielten Einspritzmengen bei verschiedenen Zylindern bzw. Einspritzventilen voneinander und/oder von den gewünschten Einspritzmengen abweichen.

In US 5 176 122 A ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Kraftstoffmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.

In JP 08004577 AA ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Fehlfunktion eines Common-Rail-Einspritzsystems festgestellt wird, in dem ein Abfall des Rail-Drucks während einer Einspritzung mit einem Schätzwert verglichen wird.

In DE 103 57 158 A1 ist eine Common-Rail-Einspritzanlage beschrieben, bei der die Einspritzdauer in Abhängigkeit von einem Abfall des Rail-Drucks während einer Einspritzung korrigiert wird. Hierzu wird eine Abweichung des Rail-Druck-Abfall von einem Sollwert für den Druckabfall ermittelt und zur Korrektur verwendet. Auf diese Weise können Unterschiede für die Einspritzventile in den Einspritzmengen für jeweils eine Einspritzung ausgeglichen werden.

In DE 103 01 236 A1 ist ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Common-Rail-Einspritzung beschrieben, bei dem vor dem Start der Brennkraftmaschine bei stehender Antriebswelle eine Druckerzeugungseinrichtung der Common-Rail-Einspritzanlageeingeschaltet wird. Nach dem folgenden Druckaufbau bei stehender Antriebswelle wird ein Einspritzsignal erzeugt und abgegeben.

In US 2004/0237938 A1 ist eine Common-Rail-Einspritzanlage beschrieben, bei der nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine zum Druckabbau ein vorbestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um, insbesondere bei einer Fehlfunktion des Raildruckreglers – den Raildruck auf einen für die Einspritzventil zulässigen Betriebsdruck zu reduzieren. Wird anhand eines Bewegungssignals eine Kurbelwellengebers ein Stillstand der Antriebswelle erkannt, wird ein Einspritzsignal erzeugt und abgegeben.

In DE 197 20 378 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Öffnungszeit eines Einspritzventils einer Hochdruckspeicher-Einspritzanlage beschrieben, bei dem aus einem Kennfeld anhand der einzuspitzenden Kraftstoffmenge und des statischen Drucks im Hochdruckspeicher eine Einspritzdauer abgeleitet wird.

Um Unterschiede in den Einspritzmengen zwischen verschiedenen Zylindern, die durch die Einspritzventile bedingt sind, zu berücksichtigen, können die mit dem Kennfeld ermittelten Ventilöffnungszeiten unter Verwendung eines für einen jeweiligen Zylinder bzw. ein jeweiliges Einspritzventil spezifischen Korrekturkennfeldes korrigiert werden.

Um gewünschte Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine zu erzielen, ist es daher wichtig, dass das Kennfeld und die Kor rekturkennfelder die Eigenschaften der Einspritzanlage mit guter Genauigkeit wiedergeben. Dazu ist es wünschenswert, die tatsächliche Einspritzmenge bei einer Betätigung eines Einspritzventils ermitteln zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage eingespritzten Kraftstoffmenge bereitzustellen und Mittel zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere ein Verfahren zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage, die wenigstens eine Druckleitung und wenigstens ein mit der Druckleitung verbundenes Einspritzventil für den Zylinder aufweist, mittels des wenigstens einen Einspritzventils eingespritzt wird, bei dem ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil erzeugt und an das wenigstens eine Einspritzventil abgegeben wird, Drucksignale erfasst werden, die einen bei der Einspritzung erfolgten Druckabfall in der Druckleitung wiedergeben, und unter Verwendung des erfassten Drucksignals ein Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt wird.

Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und insbesondere eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage eingespritzt wird, wobei die Common-Rail-Einspritzanlage wenigstens eine Druckleitung, einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks in der Druckleitung und wenigstens ein mit der Druckleitung verbundenes, von der Vorrichtung ansteuerbares Einspritzventil für den Zylinder aufweist, und wobei die Vorrichtung einen Einspritzsignalausgang zur Abgabe von Einspritzsignalen an das wenigstens eine Einspritzventil, und einen Drucksignaleingang zur Erfassung eines Drucksignals des Drucksensors, das einen Druck in der Druckleitung wiedergibt, umfasst, und dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, und insbesondere ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung für das wenigstens eine Einspritzventil zu erzeugen und über den Einspritzsignalausgang an das wenigstens eine Einspritzventil auszugeben, Drucksignale des Drucksensors zu erfassen, die einen bei der Einspritzung erfolgenden Druckabfall wiedergeben, und aus den Drucksignalen einen Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmasse zu ermitteln.

Die Erfindung ist für Brennkraftmaschinen, genauer Verbrennungsmotoren, vorgesehen, bei denen Kraftstoff in den oder die Zylinder der Brennkraftmaschine durch eine Common-Rail-Einspritzanlage erfolgt. Die Common-Rail-Einspritzanlage kann dazu insbesondere eine Druckleitung, in der einzuspritzender Kraftstoff unter Druck gehalten wird, und wenigstens ein mit der Druckleitung verbundene elektrisch betätigbares Einspritzventil aufweisen. Die Brennkraftmaschine kann über einen oder vorzugsweise mehrere Zylinder verfügen, für die jeweils ein Einspritzventil oder mehrere Einspritzventile vorgesehen sind. Als Brennkraftmaschine kommen derzeit insbesondere Dieselmotoren in Betracht, die Erfindung eignet sich jedoch auch für beliebige andere Motoren, insbesondere solche mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs in den oder die Zylinder.

Ein der Erfindung zugrundeliegender Gedanke besteht darin, zur Ermittlung des Kraftstoffvolumens und/oder der Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage eingespritzt wird, wenigstens eine Einspritzung mittels des wenigstens einen Einspritzventils vorzunehmen und den dabei erfolgenden Druckabfall in der Druckleitung zu erfassen. Aus dem Druckabfall kann dann auf das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge geschlossen werden. Die Erfindung ist daher vorzugsweise für Common-Rail-Einspritzanlagen einsetzbar, bei denen mögliche Druck- oder Mengenverluste durch Leckage so gering sind, dass sie die auf die Ermittlung des Kraftstoffvolumens oder der Kraftstoffmenge aus dem Druckabfall keinen wesentlichen Einfluß haben, oder bei denen der Einfluß von Leckagen durch entsprechende Korrekturen berücksichtigt werden kann.

Für die Einspritzung wird ein vorgegebenes Einspritzsignal erzeugt und an das wenigstens eine vorgegebene Einspritzventil abgegeben. Das Einspritzsignal, das insbesondere die Dauer der Öffnung des Einspritzventils bestimmen kann, kann beispielsweise entsprechend einer vorgegebenen Öffnungszeit oder entsprechend einer gewünschten Einspritzmenge bei gegebenem Druck in der Druckleitung, z.B. unter Verwendung einer nur angenommenen Relation zwischen Druck, Ventilöffnungszeit und Einspritzmenge, gewählt werden.

Das vorgegebene Einspritzsignal kann dabei für alle Einspritzventile der Common-Rail-Einspritzanlage gleichzeitig abgegeben werden. Vorzugsweise wird ein Einspritzsignal jedoch zylinderweise an das Einspritzventil eines vorgegebenen Zylinders oder, bei mehreren Einspritzventilen pro Zylinder, die Einspritzventile des vorgegebenen Zylinders abgegeben, was den Vorteil hat, dass Unterschiede der Einspritzung zwischen verschiedenen Zylindern erfasst werden können. Besonders bevorzugt erfolgt die Ermittlung des Kraftstoffeinspritzvolumens oder der Kraftstoffeinspritzmenge jedoch für einzelne Einspritzventile.

Zur Erfassung des mit der Einspritzung einher gehenden Druckabfalls in der Druckleitung wird vorzugsweise der Druck vor und nach der Einspritzung erfasst, ein zeitlicher Verlauf des Drucks während der Einspritzung dagegen braucht nicht zu erfolgen. Dazu werden Drucksignale eines Drucksensors erfasst, die den Druck in der Druckleitung der Common-Rail-Einspritzanlage wiedergeben.

Auf der Basis der Drucksignale kann dann der Druckabfall und aus diesem das eingespritzte Kraftstoffvolumen und/oder die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt werden, die dem Einspritzsignal bzw. der durch das Einspritzsignal bestimmten Öffnungszeit zugeordnet ist.

Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung, die zum Empfang der Drucksignale des Drucksensors einen entsprechenden Drucksignaleingang und zur Abgabe der Einspritzsignale einen entsprechenden Einspritzsignalausgang aufweist. Weiterhin ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zur Erzeugung der Einspritzsignale und Verarbeitung der Drucksignale ausgebildet.

Wenigstens beim Abschalten der Brennkraftmaschine werden Stellungs- oder Bewegungssignale erfasst, aus denen ein Bewegungszustand der Antriebswelle ermittelbar ist, anhand der Stellungs- bzw. Bewegungssignale wird geprüft, ob die Antriebswelle steht, und danach wird das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben. Die Vorrichtung ist. dazu vorzugsweise weiter so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst solche Instruktionen, dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen wenigstens beim Abschalten der Brennkraftmaschine Stellungs- oder Bewegungssignale erfasst, aus denen ein Bewegungszustand der Antriebswelle ermittelbar ist, anhand der Stellungs- bzw. Bewegungssignale prüft, ob die Antriebswelle steht, und danach das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgibt.

Dies hat den Vorteil, dass die Ermittlung der Kraftstoffeinspritzmenge bzw. des Kraftstoffeinspritzvolumens erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine typischerweise noch die normale Betriebstemperatur hat. Darüber hinaus kann der Druckabfall besonders genau erfasst werden, da keine störenden Vibratio nen durch den Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten. Dieses Verfahren eignet sich weiterhin auch für Brennkraftmaschinen, bei denen eine Druckerzeugungseinrichtung der Common-Rail-Einspritzanlage über die Kurbelwelle angetrieben wird. Zur Erfassung der Stellungs- oder Bewegungssignale kann die Vorrichtung insbesondere über einen entsprechenden Eingang verfügen. Vorzugsweise wird die Bewegung der Antriebswelle aus einer Folge von Stellungssignalen ermittelt, die von einem Kurbelwellensensor der Brennkraftmaschine abgegeben werden.

Grundsätzlich kann die Vorrichtung hierzu entsprechende nichtprogrammierbare elektrische Schaltungen umfassen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung jedoch einen mit dem Einspritzsignalausgang und dem Drucksignaleingang verbundenen Prozessor und einen Speicher, in dem unter anderem ein Computerprogramm gespeichert ist, das Instruktion enthält, bei deren Ausführung der Prozessor das Verfahren durchführt.

Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Computerprogramm umfassend Instruktionen, bei deren Ausführung eine Datenverarbeitungsanlage das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, insbesondere Instruktionen zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage, die eine Druckleitung und wenigstens ein mit der Druckleitung verbundenes Einspritzventil für den Zylinder aufweist, mittels des wenigstens einen Einspritzventils eingespritzt wird, wobei bei Ausführung der Instruktionen durch einen Prozessor der Datenverarbeitungseinrichtung ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil erzeugt und an das wenigstens eine Einspritzventil abgegeben wird, Drucksignale erfasst werden, die einen bei der Einspritzung erfolgten Druckabfall in der Druckleitung wiedergeben, und unter Verwendung des erfassten Drucksignals ein Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt wird. Bei der Datenverarbeitungseinrichtung kann es sich insbesondere um eine geeignet ausgebildete, erfindungsgemäße Vorrichtung handeln. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann insbesondere durch einen entsprechenden Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben sein.

Das Computerprogramm umfasst weiter solche Instruktionen, dass der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen wenigstens beim Abschalten der Brennkraftmaschine Stellungs- oder Bewegungssignale erfasst, aus denen ein Bewegungszustand der Antriebswelle ermittelbar ist, anhand der Stellungs- bzw. Bewegungssignale prüft, ob die Antriebswelle steht, und danach das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgibt.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Speichermedium auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass allein durch Vorgabe der Einspritzsignale die entsprechenden Kraftstoffeinspritzvolumina bzw. die entsprechenden Kraftstoffeinspritzmengen für jeden einzelnen Zylinder und insbesondere jedes einzelne Einspritzventil ermittelt werden können. Dazu sind, bis auf die Vorrichtung keine zusätzlichen Einrichtungen in der Brennkraftmaschine und der Common-Rail-Einspritzanlage notwendig, da diese bereits über die Einspritzventile und den Drucksensor verfügen.

Vorzugsweise wird darüber hinaus ein zur Steuerung der Brennkraftmaschine ohnehin verwendetes Motorsteuergerät durch entsprechende Programmierung als Vorrichtung zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge verwendet. Bei dieser Ausführungsform sind also gegenüber einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage kei ne weiteren Einrichtungen notwendig, so dass sich ein besonders einfacher Aufbau ergibt. Es ist lediglich das Motorsteuergerät entsprechend zu programmieren.

Prinzipiell kann das Verfahren bei beliebigen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ermittelt werden, in denen der zeitliche Druckverlauf bis auf die Wirkung der Einspritzung bekannt ist. Eine besonders genaue Ermittlung ist jedoch bei drei verschiedenen Alternativen möglich.

Bei einem ersten Alternativverfahrens kann ermittelt werden, ob die Brennkraftmaschine gemäß wenigstens einem vorgegebenen Stabilitätskriterium in einem stabilen Betriebszustand ist, und der Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge wird nur ermittelt, wenn das Stabilitätskriterium erfüllt ist. Die Vorrichtung ist dazu weiter so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst dazu solche Instruktion, dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor ermittelt, ob die Brennkraftmaschine gemäß wenigstens einem vorgegebenen Stabilitätskriterium in einem stabilen Betriebszustand ist, und der Wert für das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmenge nur ermittelt, wenn das wenigstens eine Stabilitätskriterium erfüllt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine genaue Erfassung des Druckabfalls während des Betriebs der Brennkraftmaschine möglich ist. Insbesondere brauchen dann auch die Abgabe des Einspritzsignals und die Erfassung der Drucksignale nur zu erfolgen, wenn das wenigstens eine Stabilitätskriterium erfüllt ist. Als Einspritzung können in diesem Fall speziell zur Messung gedachte Einspritzungen oder auch normale, zum Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführte Einspritzungen verwendet werden. Als Stabilitätskriterium kann insbesondere verwendet werden, dass die Schwankung eines die Last der Brennkraftmaschine wiedergebenden Parameters über ein vorgegebenes Zeitintervall kleiner als ein vorgegebener Schwankungsgrenzwert ist. Alternativ oder zusätzlich kann ausgehend von während des Betriebs ermittelten Drucksignalen die maximale Schwankung des Drucks in der Druckleitung über ein vorgegebenes Zeitintervall ermit telt und anhand der Schwankung ermittelt werden, ob einstabiler Betriebszustand vorliegt. So kann beispielsweise geprüft werden, ob die Schwankung der Druckwerte so gering ist, dass sie eine hinreichend genaue Erfassung eines auf die Einspritzung hin zu erwartenden Druckabfalls erlauben. Beispielsweise kann geprüft werden, ob der Betrag der Druckschwankungen kleiner als 20% des erwarteten, durch die Einspritzung hervorgerufenen Druckabfalls ist. Es ist auch möglich, die Änderung eines gleitenden Mittelwerts des durch die während des normalen Betriebs erfassten Drucksignale wiedergegebenen Drucks zu überprüfen. Dabei soll das Zeitintervall, über das der gleitende Mittelwert gebildet wird, länger sein als der Zeitraum zwischen drei aufeinanderfolgenden Einspritzungen. Das Stabilitätskriterium ist dann erfüllt, wenn die Änderung des gleitenden Mittelwerts kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Es ist auch möglich, statt nur eines Stabilitätskriteriums zwei oder mehr Stabilitätskriterien zu überprüfen und die genannten Schritte nur durchzuführen, wenn alle die Stabilitätskriterien erfüllt sind.

Ein zweites Alternativverfahren kommt in Betracht, wenn die Erzeugung des Drucks in der Druckleitung nicht über die Brennkraftmaschine, sondern durch eine andere Druckerzeugungseinrichtung erfolgt. Bei dieser Variante des Verfahrens wird vor dem oder beim Start der Brennkraftmaschine bei stehender Antriebswelle eine Druckerzeugungseinrichtung der Common-Rail-Einspritzanlage eingeschaltet, um in der Druckleitung einen vorgegebenen Druck aufzubauen, und danach wird das Einspritzsignal bei stehender Antriebswelle erzeugt und abgegeben. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktionen, dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen vor dem oder beim Start der Brennkraftmaschine bei stehender Antriebswelle eine Druckerzeugungseinrichtung der Common-Rail-Einspritzanlage einschaltet, um in der Druckleitung einen vorgegebenen Druck aufzubauen, und danach das Einspritzsignal bei stehender Antriebswelle erzeugt und abgibt. Diese Variante bietet den Vorteil, dass eine Ermittlung der Kraftstoffeinspritzmenge bzw. des Kraftstoffeinspritzvolumens vor dem Betrieb erfolgen kann und die Ergebnisse bei dem folgenden Betrieb verwendet werden können. Darüber hinaus kann der Druckabfall besonders genau erfasst werden, da keine störenden Vibrationen durch den Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten. Darüber hinaus können bei mehrfacher Durchführung des Verfahrens zu verschiedenen Zeiten die Kraftstoffvolumina bzw. -mengen bei verschiedenen durch die Umgebung der Brennkraftmaschine oder deren eigene Temperatur vorgegebenen Temperaturen ermittelt werden, so dass Korrekturen der Einspritzung auch in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgen können. Die Antriebswelle kann im Fall eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Otto- oder Dieselmotors insbesondere die Kurbelwelle sein. Die Druckerzeugungseinrichtung kann insbesondere wenigstens eine Kraftstoffpumpe umfassen, die von der Vorrichtung durch Abgabe eines Einschaltsignals eingeschaltet oder durch Einschalten der Stromversorgung in Betrieb gesetzt werden kann. Die Vorrichtung kann hierzu insbesondere einen weiteren Ausgang aufweisen, über den die Druckerzeugungseinrichtung eingeschaltet werden kann.

Bei dem Verfahren ist es bevorzugt, dass ein Stoppsignal erfasst wird, das ein Abschalten der Brennkraftmaschine wiedergibt, wenigstens nach Schließen der Einspritzventile Druck in der Druckleitung aufgebaut wird, und nach der Feststellung, dass die Antriebswelle steht, das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben wird. Dazu ist die Vorrichtung vorzugsweise weiter so ausgebildet und dazu umfasst das Computerprogramm weiter solche Instruktionen, dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen ein Stoppsignal erfasst, das ein Abschalten der Brennkraftmaschine wiedergibt, dass wenigstens nach Schließen der Einspritzventile Druck in der Druckleitung aufgebaut wird, und nach der Feststellung, dass die Antriebswelle steht, das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird bei einer durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe der bei Abschalten der Brennkraftmaschine noch vorhandene Drehimpuls zum Aufbau von Druck in der Druckleitung genutzt, indem alle Einspritzventile zunächst geschlossen gehalten werden. Dabei wird vorzugsweise ein Durchflussregler in der Verbindung zwischen dem Tank und der Druckerzeugungseinrichtung durch Abgabe entsprechender Durchflussreglersignale über einen entsprechenden Ausgang auf maximalen Durchfluss gestellt. Erst nach dem resultierenden Stillstand der Antriebswelle und damit im wesentlichen konstantem Druck in der Druckleitung wird dann die Einspritzung vorgenommen, die in diesem Fall nur eine Einspritzung darstellt, die nicht zum Betrieb dient, aber ähnliche Eigenschaften haben kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der zur Durchführung des Verfahrens notwendige Druck in der Druckleitung sehr einfach ohne weitere Hilfsmittel aufgebaut werden kann. Bei einer Brennkraftmaschine mit einer nicht von der Antriebswelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Druckerzeugungseinrichtung wird die Druckerzeugungseinrichtung vorzugsweise durch Erzeugung und Abgabe entsprechender Steuersignale so gesteuert, dass der gewünschte Druck aufgebaut bzw. ein bestehender Druck nicht abgebaut wird.

Das zweite Alternativerfahren und das Verfahren eignen sich insbesondere zur Ermittlung kleiner Einspritzmengen, da nicht durch die Einspritzungen verursachte Druckschwankungen nur sehr gering oder nicht vorhanden sind.

Vorzugsweise werden das Verfahren und wenigstens eines des ersten oder zweiten Alternativverfahrens kombiniert, wobei in der Phase, in der die erste Variante durchgeführt wird, größere Einspritzmengen ermittelt werden und vor bzw. nach dem Betrieb kleine Mengen.

Prinzipiell braucht bei dem Verfahren nur das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmenge für ein Einspritzventil ermittelt zu werden. Vorzugsweise werden die Erzeugung und Abgabe des Einspritzsignals, die entsprechende Erfassung der Drucksignale und die Ermittlung des Kraftstoffvolumens bzw. der Kraftstoffmenge für jeden der Zylinder, besonders bevorzugt für jedes Einspritzventil, zeitlich nacheinander durchgeführt. Hierzu kann die Vorrichtung entsprechend ausgebildet sein und das Computerprogramm kann entsprechende Instruktionen enthalten. Damit können Werte für alle Einspritzventile erhalten werden.

Der Wert für das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmenge kann auf unterschiedliche Art und Weise ermittelt werden. Beispielsweise können empirische oder aus theoretischen Überlegungen abgeleitete Formeln ausgewertet werden. Es ist auch möglich, neuronale Netze zu verwenden. Bei dem Verfahren wird jedoch vorzugsweise der Wert für das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmasse aus den Drucksignalen unter Verwendung eines Kennfeldes ermittelt. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise weiter so ausgebildet und das Computerprogramm enthält solche Instruktionen, dass sie bzw. der die Instruktionen ausführende Prozessor den Wert für das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmasse aus den Drucksignalen unter Verwendung eines Kennfeldes ermittelt. Diese Ausführungsform erlaubt in vorteilhafter Weise eine besonders schnelle und genaue Ermittlung des Wertes für die Kraftstoffmenge oder das Kraftstoffvolumen, da das Kennfeld einfach und schnell auszulesen ist, die Erstellung des Kennfeldes jedoch unter erheblichem Zeitaufwand erfolgen kann. Vorzugsweise ist das Kennfeld hierzu in der Vorrichtung, insbesondere einem nichtflüchtigen Speicher der Vorrichtung gespeichert.

Der Kraftstoff kann je nach Temperatur unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Es ist daher bei dem Verfahren bevorzugt, dass ein Temperatursignal erfasst wird, das eine Temperatur des Kraftstoffs wiedergibt, und bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge verwendet wird. Die Vorrichtung verfügt hierzu vorzugsweise über einen Temperatursignaleingang und ist weiter dazu ausgebildet, über den Temperatursignaleingang ein Temperatursignal zu erfassen, das eine Temperatur des Kraftstoffs wiedergibt, und bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge zu verwenden. Das Computerprogramm verfügt vorzugsweise über Instruktionen, bei deren Ausführung der Prozessor ein Temperatursignal erfasst, das eine Temperatur des Kraftstoffs wiedergibt, und bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge verwendet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auch bei variierenden Temperaturen des Kraftstoffs in der Druckleitung der Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge genau ermittelt werden kann. Insbesondere die Temperatur des Kraftstoffs über die Temperaturabhängigkeit der Dichte des Kraftstoffs und/oder des Elastizitätsmoduls bzw, der Kompressibilität des Kraftstoffs erfolgen. Die Temperatur kann jedoch auch nur als unabhängige Dimension in dem Kennfeld verwendet werden.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Kraftstoffmenge eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung adaptiert. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise weiter so ausgebildet und das Computerprogramm enthält solche Instruktionen, dass die Vorrichtung bzw. der die Instruktionen ausführende Prozessor in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Kraftstoffmenge eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung adaptiert. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei jedem Betriebszyklus der Brennkraftmaschine die Steuerung der Einspritzung adaptiert werden kann und damit immer eine sehr genaue Einspritzung möglich ist. Insbesondere kann ein dem Zylinder bzw. dem Einspritzventil zugeordnetes Kennfeld, das die Abhängigkeit der Ventilöffnungszeit unter anderem von der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge oder dem gewünschten Kraftstoffeinspritzvolumen wiedergibt, adaptiert werden. Alternativ kann ein Korrekturkennfeld, das zur zylinder- oder einspritzventilspezifischen Korrektur eines Kennfeldes, das die Abhängigkeit der Ventilöffnungszeit unter anderem von der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge oder dem gewünschten Kraftstoffeinspritzvolumen für alle Zylinder gleich wiedergibt, adaptiert werden.

Besonders bevorzugt erfolgt die Adaption für alle Zylinder, so dass Unterschiede in dem Einspritzverhalten zwischen den Zylindern wenigstens näherungsweise ausgeglichen werden können.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung werden Einspritzsignale für mehrere Einspritzungen erzeugt und abgegeben, wobei sys tematisch, beispielsweise durch Abgabe entsprechender Signale, wenigstens zwei einstellbare Parameter, die Einfluss auf die Einspritzmenge haben, in dem für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Bereich variiert werden. Insbesondere kann statt der Ventilöffnungszeit oder zusätzlich zu dieser auch der Druck in der Druckleitung der Common-Rail-Einspritzanlage variiert werden. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktionen, dass Einspritzsignale für mehrere Einspritzungen erzeugt und abgegeben, wobei systematisch, beispielsweise durch Abgabe entsprechender Signale, wenigstens zwei einstellbaren Parameter, die Einfluss auf die Einspritzmenge haben, in dem für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Bereich variiert werden. Dies hat den Vorteil, dass nach Adaption der Steuerung erreicht werden kann, dass die Common-Rail-Einspritzanlage im gesamten Arbeitsdruckbereich exakt die Sollmenge einspritzt. Besonders bevorzugt werden alle die Einspritzmenge beeinflussenden, einstellbaren Parameter variiert.

Es ist jedoch auch möglich, den Druck nicht systematisch zu variieren, sondern nur bei der Durchführung des Verfahrens zu erfassen und dem ermittelten Kraftstoffvolumen bzw. der ermittelten Kraftstoffmenge zuzuordnen.

Die Erfindung wird im Folgenden noch näher beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage und einem Motorsteuergerät nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines Kennfeldes zur Ermittlung einer bei der Brennkraftmaschine in 1 eingespritzten Kraftstoffmenge,
3 eine schematische Darstellung einer Temperaturabhängigkeit eines bei einer Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendeten Korrekturfaktors,
4 ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung einer eingespritzten Kraftstoffmenge nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage und einem Motorsteuergerät nach einem dritten Beispiel.
In 1 verfügt eine Brennkraftmaschine 1 in Form eines Dieselmotors über vier Zylinder, die einschließlich der für jeden der Zylinder vorgesehenen Einrichtungen gleich und in üblicher Weise aufgebaut sind. Der Einfachheit halber sind in 1 nur ein Zylinder 2 und für diesen vorgesehene Einrichtungen, soweit im folgenden in der Beschreibung verwendet, gezeigt; die folgende Beschreibung der Einrichtungen gilt entsprechend für die anderen Zylinder. Die Zylinder werden über eine Common-Rail-Einspritzanlage 3 mit Kraftstoff versorgt. Ein Motorsteuergerät 4, das gleichzeitig eine Vorrichtung zur Ermittlung von Kraftstoffeinspritzmengen nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, steuert die Common-Rail-Einspritzanlage 3 in Abhängigkeit von Signalen von Sensoren an der Brennkraftmaschine und der Common-Rail-Einspritzanlage 3.
Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Antriebswelle in Form einer Kurbelwelle 5, auf die über Pleuelstangen 6 die Bewegung der Kolben 7 in den Zylindern 2 übertragen wird. Ein Stellungssensor 8 erfasst die Stellung der Kurbelwelle 5 und gibt entsprechende Stellungssignale ab.
Die Common-Rail-Einspritzanlage 3 verfügt über eine Zuleitung 9 von einem nicht in den Figuren gezeigten Kraftstofftank, einen in der Zuleitung 9 angeordneten steuerbaren Durchflussregler 10 (wie z.B. ein Ventilstromregler, auch als VCV bezeichnet) zur Regelung des durch die Zuleitung strömenden Kraftstoffflusses sowie eine von der Zuleitung 9 gespeiste und von der Antriebswelle 5 angetriebene Hochdruckpumpe 11. Die Hochdruckpumpe 11 kann den Kraftstoff über ein nur sehr schematisch gezeigtes Druckregelventil 12 in eine mit der Hochdruckpumpe 11 verbundenen Druckleitung 13 pressen.
An die Druckleitung 13 sind elektrisch betätigbare Einspritzventile 14 zu in den Figuren nicht separat gezeigten Einspritzdüsen in den Zylindern 2 angeschlossen.
In bzw. an der Druckleitung 13 sind ein Drucksensor 15 zur Erfassung des Kraftstoffdrucks in der Druckleitung 13 und ein Temperatursensor 16 zur Erfassung der Kraftstofftemperatur in der Druckleitung 13 angeordnet, die Druck bzw. Temperatursignale erzeugen.
Das Motorsteuergerät 4 steuert die Brennkraftmaschine und insbesondere die Common-Rail-Einspritzanlage 3 und ermittelt durch Einspritzungen in die Zylinder 2 eingespritzte Kraftstoffmengen.
Dazu verfügt es über einen Speicher 17, einen Prozessor 18, der auf den Speicher 17 zugreift, sowie mit dem Prozessor über entsprechende nicht gezeigte Schnittstellen verbundene Ein- und Ausgänge.
Ein Stellungssignaleingang 19 des Motorsteuergeräts 4 ist mit dem Stellungssensor 8 verbunden und dient zur Erfassung von Stellungssignalen des Stellungssensors 8.
Ein Drucksignaleingang 20 und ein Temperatursignaleingang 21 des Motorsteuergeräts 4 sind mit dem Drucksensor 15 bzw. dem Temperatursensor 16 verbunden und erlauben die Erfassung von den Sensoren jeweils abgegebenen Druck- bzw. Temperatursignalen.
Ein mit dem Durchflussregler 10 verbundener Durchflussreglersteuerausgang 22 und ein mit dem Druckregelventil 12 verbundener Druckregelventilsteuerausgang 23 des Motorsteuergeräts 4 dienen zur Ausgabe von Durchflussreglersteuersignalen bzw. Druckregelventilsteuersignalen an den Durchflussregler 10 bzw. das Druckregelventil 12.
Die Motorsteuerung 4 verfügt schließlich noch über Einspritzsignalausgänge 24 zur Abgabe von Einspritzsignalen an die Einspritzventile 14.
In einem nichtflüchtigen Teil des Speichers 17 sind ein Computerprogramm mit Instruktionen zur Ausführung des im folgenden beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung von in den Zylinder 2 eingespritzten Kraftstoffmengen, ein TI-Kennfeld 25 und ein im folgenden noch näher erläutertes Einspritzmengen-Kennfeld 26 gespeichert. Das Computerprogramm enthält weiterhin Instruktionen zur Ansteuerung der Common-Rail-Einspritzanlage 3, insbesondere der Einspritzventile 14 und des Druckregelventils 12. Dazu werden das TI-Kennfeld 25, das für eine gewünschte einzuspritzende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Druck in der Druckleitung 13 entsprechende Ventilöffnungszeiten der Einspritzventile bzw. Daten über entsprechende Einspritzsignale angibt, und in 1 nur gemeinsam mit dem TI-Kennfeld veranschaulichte, den einzelnen Einspritzventilen zugeordnete Korrekturkennfelder zur zylinder- bzw. Einspritzventilspezifischen Korrektur der Werte des TI-Kennfeldes, verwendet.
Im normalen Betrieb erzeugt das Motorsteuergerät 4 mittels des Prozessors 18 und des TI-Kennfeldes 25 entsprechend einer vorgegebenen Last oder eines vorgegebenen Drehmoments mit bekannten Verfahren Einspritzsignale zum kurzzeitigen Öffnen der Einspritzventile 14, indem zunächst aus dem Drehmoment bzw. der Last gewünschte Einspritzmengen und unter Berücksichtigung des herrschenden Drucks in der Druckleitung 13 mittels des TI-Kennfeldes 25 Ventilöffnungszeiten für alle Einspritzventile ermittelt werden. Die Ventilöffnungszeiten werden dann unter Verwendung der den einzelnen Einspritzventilen zugeordneten Korrekturkennfelder einspritzventilspezifisch korrigiert. Die korrigierten Ventilöffnungszeiten dienen dann zur Erzeugung der Einspritzsignale.
Zur Ermittlung von bei einer Einspritzung eingespritzten Kraftstoffmengen und einer nachfolgenden Adaption der Steuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere der Korrekturkennfelder wird folgendes Verfahren nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt, wozu das Computerprogramm entsprechende Instruktionen aufweist.
Dem Verfahren liegt unter anderem folgende Überlegung zugrunde: Bei einer Einspritzung in einer Common-Rail-Einspritzanlage fällt der Druck in der Druckleitung kurzzeitig entsprechend der Einspritzmenge ab, bevor er wieder auf einen voreingestellten Wert ansteigt. Aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck vor und nach einer Einspritzung und dem Druck vor der Einspritzung kann die Einspritzmenge ermittelt werden. Beispielsweise kann dazu ein Einspritzmengen-Kennfeld 26 verwendet werden, wie es in 2 beispielhaft veranschaulicht ist, in der p den Druck in der Druckleitung 13, Δp die Druckdifferenz und m die eingespritzte Kraftstoffmenge angibt. Die physikalische Grundlage eines solchen Kennfeldes besteht darin, dass das eingespritzte Kraftstoffvolumen ΔV mit dem Druckverlust bzw. der Druckdifferenz Δp zusammenhängt. Im einfachsten Fall kann eine Beziehung zwischen ΔV und Δp beispielsweise durch folgende Gleichung gegeben sein, in der E den Elastizitätsmodul des Kraftstoffs und V das hydraulische Gesamtvolumen in dem Bereich mit hohem Druck, im wesentlichen der Druckleitung 13 bezeichnen: ΔV = V·Δp/E.
Unter Verwendung der bekannten Dichte des Kraftstoffs kann dann ein Wert für die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt werden.
Eine genauere Beschreibung des Zusammenhangs kann beispielsweise durch eine analytisch oder empirisch bestimmte Funktion bzw. ein entsprechendes Einspritzmengen-Kennfeld ermittelt werden, das qualitativ in 2 dargestellt ist, in der m die eingespritzte Kraftstoffmenge bezeichnet.
Zur Korrektur der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls bzw. der Kompressibilität E und der Dichte des Kraftstoffs kann der aus dem Kennfeld ermittelte Wert für die eingespritzte Kraftstoffmenge m noch mit einem von der Kraftstofftemperatur abhängigen Korrekturfaktor k multipliziert werden. Ein entsprechender Zusammenhang zwischen dem Korrekturfaktor und der Kraftstofftemperatur T ist qualitativ in 3 gezeigt und kann quantitativ ebenfalls aus analytischen Modellen oder empirisch gewonnen werden.
Bei dem Verfahren wird wenigstens eine vorgegebene Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil vorgenommen und ein dabei erfolgter Druckabfall in der Druckleitung erfasst. Bei der Einspritzung kann es sich, je nach Ausführungsform, um eine speziell für die Messung vorgegebene Testeinspritzung oder, bei Messung während des Betriebs, auch eine normale Einspritzung zum Betrieb der Brennkraftmaschine handeln, die durch das entsprechende Einspritzsignal und die Bedingungen in Einspritzanlage gegeben sein können. Unter Verwendung des erfassten Druckabfalls wird dann die eingespritzte Kraftstoffmasse bzw. -menge ermittelt.
Das Verfahren setzt jeweils voraus, dass in der Druckleitung 13 ein quasi-stationärer Druck herrscht, d.h. ein Druck, der bis auf die Veränderung durch die Einspritzungen im Wesentlichen konstant ist, da sonst der Druckabfall durch die Ein spritzung von einer auf anderen Ursachen beruhenden Änderung des Drucks überlagert wird und die Einspritzmenge nicht korrekt wiedergibt.
Bei dem Verfahren nach der ersten bevorzugten Ausführungsform werden die stabilen Betriebsbedingungen bzw. der quasi-stationäre Druck dadurch sichergestellt, dass beim Abschalten der Brennkraftmaschine in der Druckleitung 13 ein vorgegebener Druck aufgebaut wird, und danach bei stehender Antriebswelle 5 die Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil 14 durchgeführt wird.
Die Schritte des Verfahrens sind in 4 grob schematisch gezeigt.
In Schritt S10 wird zunächst ein Stopp-Signal erfasst, dass die Brennkraftmaschine, d.h. hier der Dieselmotor, abgeschaltet werden soll. Es werden dann zunächst keine weiteren Einspritzsignale an die Einspritzventile 14 abgegeben, so dass diese geschlossen gehalten werden. Als Folge gelangt kein Kraftstoff mehr in die Zylinder 2, so dass die Brennkraftmaschine, genauer die Antriebswelle 5, gebremst durch die Reibungsverluste langsam zum Stillstand kommt.
Um einen möglichst hohen Druck in der Druckleitung 13 aufzubauen, gibt das Motorsteuergerät, genauer der Prozessor 18, in Schritt S12 über die Ausgänge 22 und 23 Druckregelventilsteuersignale bzw. Durchflussreglersteuersignale aus, um das Druckregelventil 12 zu schließen und den Durchflussregler 10 zu öffnen. Dadurch wird, bis auf Leckverluste, ein hoher Druck in der Druckleitung 13 aufgebaut bis die Antriebswelle 5 zum Stillstand gekommen ist.
Weiter erfasst das Motorsteuergerät 4 in Schritt S14 Stellungssignale des Stellungssensors 8 und überprüft, ob die Antriebswelle 5 zum Stillstand gekommen ist. Ist dies nicht der Fall, erfasst sie weiter Stellungssignale.
Wird bei der Prüfung erkannt, dass die Antriebswelle 5 zum Stillstand gekommen ist, wird in Schritt S16 zunächst durch Erfassung eines Drucksignals des Drucksensors 15 der Druck in der Druckleitung 13 und durch Erfassung eines Temperatursignals des Temperatursensors 16 die Temperatur des Kraftstoffs in der Druckleitung 13 ermittelt.
In Schritt S18 wird dann für die Einspritzung ein vorgegebenes Einspritzsignal, das einer vorgegebenen gewünschten Kraftstoffmenge entsprechen soll, von dem Motorsteuergerät 4 bzw. dem Prozessor 18 erzeugt und über den Einspritzsignalausgang 24 an ein vorgegebenes Einspritzventil der Einspritzventile 14 abgegeben. Es erfolgt dann durch Öffnung des Einspritzventils für eine durch das Einspritzsignal gegebene Ventilöffnungszeit die Einspritzung von Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder 2.
In der Dauer der Ventilöffnungszeit nach der Abgabe des Einspritzsignals, wird dann in Schritt S20 erneut ein Drucksignal des Drucksensors 15 über den Drucksignaleingang 20 erfasst, das den Druck in der Druckleitung 13 nach der Einspritzung wiedergibt.
In Schritt S22 wird dann die Druckdifferenz Δp zwischen dem vor und nach der Einspritzung erfassten Druck gebildet.
Aus der ermittelten Druckdifferenz Δp ermittelt der Prozessor 18 danach unter Verwendung des Einspritzmengen-Kennfeldes 26, d.h. insbesondere auch des Drucks in der Druckleitung 13, und des unter Verwendung des erfassten Temperatursignals ermittelten Korrekturfaktors die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge.
In Schritt S24 wird zur Adaption der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung das dem Einspritzventil zugeordnete Korrekturkennfeld entsprechend adaptiert, indem der verwendeten Ventilöffnungszeit bei dem ermittelten Druck in der Drucklei tung 13 der Quotient aus der gewünschten und der ermittelten Kraftstoffmenge zugeordnet wird.
Vorzugsweise werden Einspritzungen, d.h. die Schritte S16 bis S24 für alle Einspritzventile der Brennkraftmaschine einzeln und für verschiedene gewünschte Kraftstoffmengen bzw. Ventilöffnungszeiten durchgeführt, um das alle Korrekturkennfelder adaptieren zu können. Damit können Unterschiede zwischen dem Einspritzverhalten der verschiedenen Einspritzventile ausgeglichen werden, so dass ein sehr ruhiger Lauf des Motors erzielt werden kann.
Bei einer bevorzugten Variante werden Einspritzsignale für mehrere Einspritzungen erzeugt und abgegeben, wobei systematisch, beispielsweise durch Abgabe entsprechender Signale, wenigstens zwei einstellbare Parameter, die Einfluss auf die Einspritzmenge haben, in dem für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Bereich variiert werden. Insbesondere wird zusätzlich zu der Ventilöffnungszeit auch der Druck in der Druckleitung 13 der Common-Rail-Einspritzanlage 3 variiert, indem entsprechende Steuersignale an das Druckregelventil 12 ausgegeben werden. Die Motorsteuerung 4 verfügt dazu über ein entsprechend modifiziertes Computerprogramm.
Es können dann verschiedene Wertebereiche der Korrekturkennfelder adaptiert werden, wobei gegebenenfalls Interpolationsverfahren verwendet werden können.
Ein zweites Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine Betriebsphasen mit quasi-stationären Bedingungen bestimmt und die Einspritzmengen in diesen Phasen ermittelt werden. Dazu unterscheidet sich nur das Motorsteuergerät, das gleichzeitig eine Vorrichtung zur Ermittlung von Kraftstoffeinspritzmengen nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, von dem des ersten Ausführungsbeispiels, wobei bei diesem auch nur die Programmierung des Prozessors 15, leicht angepasst werden muss. Die Be zugszeichen und Ausführungen für die Brennkraftmaschine, die Common-Rail-Einspritzanlage und die Motorsteuerung bis auf deren Programmierung unterscheiden gelten daher auch hier.
Dazu wird laufend überprüft, ob sich die Brennkraftmaschine 1 gemäß einem Stabilitätskriterium in einem quasi-stationären Betriebszustand und damit der Druck in der Druckleitung 13 in einem quasi-stationären Zustand befinden. Hierzu erfasst das Motorsteuergerät 4 laufend Werte eines Parameters, der die Last der Brennkraftmaschine wiedergibt. Dieser Parameter wird in dem Motorsteuergerät ohnehin verwendet. Als Stabilitätskriterium wird ein Grenzwertkriterium für die zeitliche Schwankung der Werte des Parameters in einem vorgegebenen Zeitintervall vor dem Zeitpunkt der Prüfung verwendet. Es werden die letzten Werte des Parameters über das Zeitintervall, dessen Dauer länger als der zeitliche Abstand von mehreren, im Beispiel 10, normalen Einspritzungen ist, erfasst. Aus den erfassten Werte wird die maximale Schwankung der Werte, beispielsweise die Differenz aus Maximum und Minimum, ermittelt und mit dem erwarteten, durch die Einspritzung hervorgerufenen Druckabfall verglichen. Ist dieser im Vergleich zu der Schwankung so groß, dass eine Ermittlung des Druckabfalls trotz der Schwankungen hinreichend genau ist, wird das Vorliegen eines quasi-stationären Zustands festgestellt. Beispielsweise kann gefordert werden, dass das Verhältnis aus maximaler Schwankung und erwartetem Druckabfall kleiner als ein vorgegebener Wert kleiner 1, beispielsweise 0,2 oder 20% ist.
Es werden dann die Schritte S16 bis S24 des Verfahrens im ersten Ausführungsbeispiel für jedes Einspritzventil 14 ausgeführt.
Ein drittes Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass nun statt der von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Hochdruckpumpe 11 eine unabhängig von der Brennkraftmaschine 1 elektrisch angetriebene gesteuerte Hochdruckpumpe 11' verwendet wird (vgl. 5).
Darüber hinaus unterscheidet sich das Motorsteuergerät 4', das gleichzeitig eine Vorrichtung zur Ermittlung von Kraftstoffeinspritzmengen nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, von dem Motorsteuergerät 4 des ersten Ausführungsbeispiels durch einen Hochdruckpumpensignalausgang 27, über den Steuersignale an die Hochdruckpumpe 11' zur Steuerung derselben abgegeben werden können und durch die Programmierung des Motorsteuergeräts, so dass ein Verfahren nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Ermittlung von Kraftstoffeinspritzmengen durchgeführt werden kann. Alle anderen Komponenten sind gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ungeändert, so dass für diese die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel auch hier gelten.
Bei dem Verfahren wird bei Erfassung eines Startsignals für die Brennkraftmaschine 1 durch die Motorsteuerung 4 zunächst nur die Hochdruckpumpe 11' durch Abgabe entsprechender Signale über den Hochdruckpumpensignalausgang 27 in Betrieb gesetzt, um einen vorgegebenen Druck in der Druckleitung 13 aufzubauen. Dazu werden ebenfalls der Durchflussregler 11 und das Druckregelventil 13 entsprechend angesteuert. Vor Betätigung eines in den Figuren nicht gezeigten Anlassers und damit bei stehender Antriebswelle 5 werden dann die Schritte S16 bis S24 des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt.
Die Verfahren des ersten und des dritten Ausführungsbeispiels eignen sich insbesondere zur Ermittlung kleiner Einspritzmengen, da nicht durch die Einspritzungen verursachte Druckschwankungen nur sehr gering oder nicht vorhanden sind.
In einer besonders bevorzugten vierten Ausführungsform der Erfindung werden das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels während des Betriebs zur Messung großer Einspritzmengen und danach das Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels zur Messung kleiner Einspritzmengen durchgeführt. Damit wird eine Bestimmung der Einspritzmengen über einen weiten Mengen bereich und eine entsprechend weitgehende Adaption der Motorsteuerung bzw. der Korrekturkennfelder ermöglicht.
In einem fünften Beispiel werden das Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels zur Messung kleiner Einspritzmengen vor dem Betrieb und danach während des Betriebs das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels zur Messung großer Einspritzmengen durchgeführt. Auch damit wird eine Bestimmung der Einspritzmengen über einen weiten Mengenbereich und eine entsprechend weitgehende Adaption der Motorsteuerung bzw. der Korrekturkennfelder ermöglicht.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen darin, dass für jeden Zylinder bzw. dessen Einspritzventile oder für jedes Einspritzventil ein eigenes TI-Kennfeld vorgesehen ist, das für die jeweiligen Einspritzventile spezifische Werte enthält. Die Korrekturkennfelder können dann entfallen. Es werden bei dem Verfahren nun die Korrekturkennfelder, sondern die TI-Kennfelder adaptiert, so dass Unterschiede der Einspritzeigenschaften zwischen den Zylindern bzw. Einspritzventilen ausgeglichen werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Common-Rail-Einspritzanlage (3), die wenigstens eine Druckleitung (13) und wenigstens ein mit der Druckleitung (13) verbundenes Einspritzventil (14) für den Zylinder (2) aufweist, mittels des wenigstens einen Einspritzventils (14) eingespritzt wird, bei dem ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil (14) erzeugt und an das wenigstens eine Einspritzventil (14) abgegeben wird, Drucksignale erfasst werden, die einen bei der Einspritzung erfolgten Druckabfall in der Druckleitung (13) wiedergeben, und unter Verwendung der erfassten Drucksignale ein Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens beim Abschalten der Brennkraftmaschine (1) Stellungs- oder Bewegungssignale erfasst werden, aus denen ein Bewegungszustand der Antriebswelle (5) ermittelbar ist, bei dem anhand der Stellungs- bzw. Bewegungssignale geprüft wird, ob die Antriebswelle (5) steht, und bei dem danach das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Stoppsignal erfasst wird, das ein Abschalten der Brennkraftmaschine (1) wiedergibt, wenigstens nach Schließen der Einspritzventile (14) Druck in der Druckleitung (13) aufgebaut wird, und nach der Feststellung, dass die Antriebswelle (5) steht, das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wert für das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmenge aus den Drucksignalen unter Verwendung eines Kennfeldes (25) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Temperatursignal erfasst wird, das eine Temperatur des Kraftstoffs wiedergibt, und bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Einspritzsignale für mehrere Einspritzungen erzeugt und abgegeben werden, wobei systematisch wenigstens zwei einstellbare Parameter, die Einfluss auf die Einspritzmenge haben, in dem für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) relevanten Bereich variiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Kraftstoffmenge eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung adaptiert wird.
Vorrichtung zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Common-Rail-Einspritzanlage (3) eingespritzt wird, wobei die Common-Rail-Einspritzanlage (3) wenigstens eine Druckleitung (13), einen Drucksensor (15) zur Erfassung des Drucks in der Druckleitung (13) und wenigstens ein mit der Druckleitung (13) verbundenes, von der Vorrichtung ansteuerbares Einspritzventil (14) für den Zylinder (2) aufweist, und wobei die Vorrichtung einen Einspritzsignalausgang (24) zur Abgabe von Einspritzsignalen an das wenigstens eine Einspritzventil (14), und einen Drucksignaleingang (20) zum Empfang mindestens eines Drucksignals des Drucksensors (15) umfasst, und dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, und insbesondere ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung für das wenigstens eine Einspritzventil (14) zu erzeugen und über den Einspritzsignalausgang an das wenigstens eine Einspritzventil (14) auszugeben, Drucksignale des Drucksensors (15) zu erfassen, die einen bei der Einspritzung erfolgenden Druckabfall wiedergeben, und aus den Drucksignalen einen Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoff menge zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens beim Abschalten der Brennkraftmaschine (1) Stellungs- oder Bewegungssignale erfasst, aus denen ein Bewegungszustand der Antriebswelle (5) ermittelbar ist, anhand der Stellungs- bzw. Bewegungssignale prüft, ob die Antriebswelle (5) steht, und danach das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die ein Stoppsignal erfasst, das ein Abschalten der Brennkraftmaschine (1) wiedergibt, dass wenigstens nach Schließen der Einspritzventile (14) Druck in der Druckleitung (13) aufgebaut wird, und nach der Feststellung, dass die Antriebswelle (5) steht, das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, die den Wert für das Kraftstoffvolumen bzw. die Kraftstoffmenge aus den Drucksignalen unter Verwendung eines Kennfeldes ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, die über einen Temperatursignaleingang (21) verfügt und weiter dazu ausgebildet ist, über den Temperatursignaleingang (21) ein Temperatursignal zu erfassen, das eine Temperatur des Kraftstoffs wiedergibt, und bei der Ermittlung der Kraftstoffmenge zu verwenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die weiter so ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Kraftstoffmenge eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung adaptiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die weiter so ausgebildet ist, dass Einspritzsignale für mehrere Einspritzungen erzeugt und abgegeben werden, wobei systematisch wenigstens zwei einstellbare Parameter, die Einfluss auf die Einspritzmenge haben; in dem für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) relevanten Bereich variiert werden.
Computerprogramm umfassend Instruktionen, bei deren Ausführung eine Datenverarbeitungsanlage (4) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt, insbesondere Instruktionen zur Ermittlung eines Kraftstoffvolumens und/oder einer Kraftstoffmenge, das bzw. die in einen Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Common-Rail-Einspritzanlage (3), die eine Druckleitung (13) und wenigstens ein mit der Druckleitung (13) verbundenes Einspritzventil (14) aufweist, mittels des wenigstens einen Einspritzventils (14) eingespritzt wird, wobei bei Ausführung der Instruktionen durch einen Prozessor (18) der Datenverarbeitungseinrichtung (4) ein vorgegebenes Einspritzsignal für wenigstens eine Einspritzung durch das wenigstens eine Einspritzventil (14) erzeugt und an das wenigstens eine Einspritzventil (14) abgegeben wird, Drucksignale erfasst werden, die einen bei der Einspritzung erfolgten Druckabfall in der Druckleitung (13) wiedergeben, und unter Verwendung des erfassten Drucksignals ein Wert für das eingespritzte Kraftstoffvolumen bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt wird, wenigstens beim Abschalten der Brennkraftmaschine (1) Stellungs- oder Bewegungssignale erfasst werden, aus denen ein Bewegungszustand der Antriebswelle (5) ermittelbar ist, anhand der Stellungs- bzw. Bewegungssignale geprüft wird, ob die Antriebswelle (5) steht, und danach das wenigstens eine Einspritzsignal erzeugt und abgegeben wird.
Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.