DE102007034335A1

DE102007034335A1 - Verfahren zur Bestimmung der eingespritzten Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung

Info

Publication number: DE102007034335A1
Application number: DE102007034335A
Authority: DE
Inventors: Thomas Breitbach; Rainer Peck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009013058A1; CN101765709B; US20100191443A1; JP2010533817A; KR20100051623A; CN101765709A; JP5124020B2; EP2173995A1; US8275536B2

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung einer in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens einer Einspritzung unter hohem Druck eingespritzten Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Vergleichs eines Maßes für die Istmenge des eingespritzten Kraftstoffs wenigstens einer Test-Nacheinspritzung, die aufgrund eines Maßes für eine vorgegebene Sollmenge einer gewünschten Voreinspritzung vorgenommen wird, und des Maßes für die Sollmenge eine Korrekturgröße für die Voreinspritzung festgelegt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Für den Betrieb moderner Brennkraftmaschinen, insbesondere selbsteinspritzender Dieselmotoren ist eine hochgenaue Zumessung der Kraftstoffmasse bei sehr hohen Einspritzdrücken erforderlich. Die Präzision der gesteuerten Kraftstoff-Zumessung wird jedoch bei modernen Einspritzsystemen einerseits durch die Fertigungsgenauigkeit und andererseits durch sich über die Laufzeit der Brennkraftmaschine verändernde Eigenschaften der Komponenten des Einspritzsystems, insbesondere Drift-Erscheinungen, welche beispielsweise zu erhöhten Toleranzen führen, beschränkt. Häufig genügt nun die erzielbare Genauigkeit nicht, um die motorischen Anforderungen zu erfüllen. Insbesondere führen Ungenauigkeiten der Voreinspritzmengen je nach Betriebspunkt zu deutlich erhöhten Emissionen, beispielsweise im Teillastbetrieb, oder zu auffälligen und damit störenden Verbrennungsgeräuschen. Es besteht daher ein großes Interesse, die eingespritzte Kraftstoffmasse sehr genau zu kennen und insbesondere die während des Betriebs der Brennkraftmaschine tatsächlich auftretenden Abweichungen der realen Einspritzmenge von der gewünschten Einspritzmenge zu kennen, um so entsprechende Korrekturen der An steuerung der Einspritzventile vornehmen und so eine korrekte Einspritzmenge sicherstellen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 ermöglicht es, die in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens einer Einspritzung unter hohem Druck eingespritzte Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung sehr genau zu bestimmen. Dies geschieht dadurch, dass mittels eines Vergleichs eines Maßes für die Istmenge des eingespritzten Kraftstoffs wenigstens einer Test-Nacheinspritzung, die aufgrund eines Maßes für eine vorgegebene Sollmenge einer gewünschten Voreinspritzung vorgenommen wird, und des Maßes für die Sollmenge dieser Test-Nacheinspritzung eine Korrekturgröße für die Voreinspritzung festgelegt wird. Mittels dieser Korrekturgröße können die Parameter der Ansteuerung der Einspritzventile korrigiert und damit eine korrekte Einspritzmenge sichergestellt werden. Das Verfahren ermöglicht es anders ausgedrückt, aus der real eingespritzten Kraftstoffmasse der Nacheinspritzung, deren Einspritzmenge so gewählt wird, dass sie der Menge einer gewünschten Voreinspritzung entspricht, das Verhältnis zwischen realer und gewünschter Einspritzmenge dieser Test-Nacheinspritzung zu bestimmen, hieraus die Korrekturgröße für die Voreinspritzung, das heißt eine Korrektur der Parameter der Ansteuerung der Einspritzventile abzuleiten, um so eine korrekte Einspritzmenge für eine Voreinspritzung in allen Motorbetriebsbereichen sicherzustellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
So sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, das Maß für die Istmenge aus einem im Abgasbereich gemessenen Lambdasignal ermittelten. Mit dieser Maßnahme kann das von einem im Abgasbereich ohnehin zur Lambdaregelung angeordneten Lambdasensor bereitgestellte Sensorsignal herangezogen werden zur Ermittlung des Maßes für die Istmenge.
Eine andere Möglichkeit sieht eine Berechnung der im Abgasbereich auftretenden Luftzahl Lambda vor.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Korrekturgröße im Rahmen eines periodisch stattfindenden Lernverfahrens festgelegt wird, das in vorgegebenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Bevorzugt werden die im Rahmen des Lernverfahrens ermittelten Korrekturgrößen und die Maße für die Istmengen des eingespritzten Kraftstoffs sowie für die Sollmengen des eingespritzten Kraftstoffs in einem Lern-Kennfeld abgelegt, auf das später im Betrieb leicht zurückgegriffen werden kann.
Als Maß für die eingespritzte Kraftstoffmasse kann die eingespritzte Kraftstoffmenge oder eine die eingespritzte Kraftstoffmenge charakterisierende Ansteuergröße, z. B. die Ansteuerdauer, herangezogen werden.
Die Nacheinspritzung zur Ermittlung der Korrekturgröße kann bei einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens aufgrund einer Nacheinspritzung in einen Brennraum einer mindestens einen Brennraum aufweisenden Brennkraftmaschine ermittelt werden. Auf diese Weise kann injektorindividuell ein Lern-Kennfeld ermittelt werden, sodass eine zylinderindividuelle Korrektur der Einspritzung möglich ist.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, die Korrekturgröße aufgrund einer Nacheinspritzung in alle Brennräume einer mehrere Brennräume aufweisenden Brennkraftmaschine zu ermitteln. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die mittlere Abweichung aller Injektoren vom Sollwert ermittelt und entsprechend korrigiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine betrifft zunächst ein Steuergerät, das zur Durchführung des Verfahrens hergerichtet ist. Das Steuergerät umfasst vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in dem die Verfahrensschritte als Computerprogramm abgelegt sind. Das Steuergerät umfasst ferner vorzugsweise einen speziellen Speicher, in welchem die unterschiedlichen Werte der Korrekturgröße abgelegt werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur zeigt Funktionsblöcke, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geeignet sind. In 1 ist eine Brennkraftmaschine 100 dargestellt, die vorzugsweise mehrere Brennräume, beispielsweise vier Brennräume aufweist, in die mittels Injektoren Kraftstoff eingespritzt wird. Der Brennkraftmaschine 100 wird ferner eine Luftmasse m_L zugeführt, die mittels einer geeigneten Einrichtung 104, beispielsweise mittels eines Heißfilmluftmassenmessers HFM auf an sich bekannte Weise erfasst wird.
Die Ansteuerung der Injektoren 102 erfolgt gesteuert mithilfe eines Ansteuerdauerkennfelds 110, aus dem die einer gewünschten Sollmenge QSoll zugeordnete Ansteuerdauer der Injektoren 102, mittels denen der Kraftstoff in die Brennräume eingespritzt wird, entnehmbar ist. Zur Regelung der Diesel-Brennkraftmaschinen 100 ist nun eine hochgenaue Zumessung der Kraftstoffmasse bei sehr hohen Einspritzdrücken erforderlich. Die erreichbare Genauigkeit der gesteuerten Kraftstoff-Zumessung bei modernen Einspritzsystemen wird jedoch einerseits durch die Fertigungsgenauigkeit und andererseits durch ein Driften der Bauteile während des Betriebs der Brennkraftmaschine, beispielsweise aufgrund Verschleißes und dergleichen beschränkt. Insbesondere führen Ungenauigkeiten von Voreinspritzungen VE je nach Betriebspunkt zu deutlich erhöhten Emissionen, beispielsweise im Teillast-Betrieb, oder zu auffälligen Verbrennungsgeräuschen.
Grundidee der Erfindung ist es nun, Abweichungen der realen Voreinspritzmengen von der gewünschten Voreinspritzmenge während des normalen Fahrbetriebs mittels einer spät abgesetzten und vergleichbaren Nacheinspritzmenge QNE zu bestimmen und der Motorsteuerung verfügbar zu machen. Mit dieser Information ist eine Korrektur der Ansteuerung der Injektoren 102 möglich. Auf diese Weise ist auch eine Korrektur der Toleranzen des Einspritzsystems möglich.
Um nun die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse sehr präzise bestimmen zu können und auf diese Weise eine Korrektur der Voreinspritzmenge vornehmen zu können, sieht die Erfindung vor, bei wenigstens einer Testeinspritzung, die bevorzugt als nicht momentenwirksame Nacheinspritzung ausgeführt ist, die reale Einspritzmenge zu ermitteln und das Verhältnis zwischen realer und gewünschter Einspritzmenge in einem Lern-Kennfeld abzulegen. Dies geschieht auf nachfolgend näher beschriebene Weise.
Ein Lernbetriebskoordinator 130, der Teil eines Steuergerätes 200 ist, veranlasst die Ansteuerung des Injektors 102, mittels dem Kraftstoff während einer Nacheinspritzung QNE in einen Brennraum der Brennkraftmaschine 100 eingespritzt wird. Gleichzeitig wird die eingespritzte Luftmasse m_L mittels des Heißfilmluftmassenmessers 104 ermittelt und die Luftzahl Lambda durch beispielsweise eine Lambdasonde 106 erfasst und aus diesen Größen in einer Recheneinheit 150 die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse mK, NE während der Nacheinspritzung berechnet. Auch diese Kraftstoffmasse mK, NE wird in dem Lernkennfeld 140 gespeichert. Die späte, nicht momentenwirksame Nacheinspritzung beeinträchtigt den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht, führt aber zu einer Veränderung des Luftüberschusses.
Eine Änderung von Lambda aufgrund der Einspritzung kann durch die Beziehung Delta (1/Lambda) = (14,5 × mK, NE × Eta)/mL,wobei Eta eine einen Nachweisgrad definierende Größe darstellt, die beispielsweise empirisch ermittelt wird und dem Umstand Rechnung trägt, dass eine sehr späte Nacheinspritzung nicht mehr vollständig verbrennt und abhängig von der Ausführung der Lambda-Sonde 106 nur niedrige HC-Konzentrationen vollständig umsetzen und nachweisen kann. Das Maß für den Nachweisgrad Eta erlaubt eine eineindeutige Abbildung zwischen real eingespritzter Menge der Nacheinspritzung mK, NE und dem Lambdasignal.
Es wird nun die Differenz oder das Verhältnis aus der so ermittelten und einer angeforderten Kraftstoffmasse QSoll der Nacheinspritzung ermittelt und in dem Lernkennfeld 140 gespeichert, dessen Koordinaten den jeweiligen Betriebspunkt BP des Einspritzventils hinreichend charakterisieren. Die angeforderte Kraftstoffmasse Q_soll wird in einer Voreinspritzungsbestimmungseinrichtung 112, in der eine gewünschte Testmenge einer Nacheinspritzung QNE, die der Voreinspritzmenge entspricht, ermittelt. Die auf diese Weise bestimmte Sollmenge Q_soll wird simultan auch dem Lern-Kennfeld 140 zugeführt. Alternativ hierzu können auch die zu der gemessenen Ist-Kraftstoffmasse gehörenden Ansteuerparameter gespeichert werden. Äquivalent hierzu ist auch die Speicherung der gegenüber den nominellen Ansteuerparametern notwendige Korrektur dieser Parameter, um die gewünschte Einspritzmenge zu erreichen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren wurde anhand der Einspritzung der Kraftstoffmasse in einen Brennraum einer mehrere Brennräume aufweisenden Brennkraftmaschine erläutert. Die Einspritzung in einen Brennraum ermöglicht es, ein injektorindividuelles Lern-Kennfeld 140 zu bestimmen.
Es versteht sich, dass das Verfahren hierauf nicht beschränkt ist.
Es ist vielmehr auch möglich, die Nacheinspritzung in allen Zylindern gleichzeitig vorzunehmen. Auf diese Weise kann die mittlere Abweichung aller Injektoren 106 vom Sollwert ermittelt werden und in dem Lern-Kennfeld 140 gespeichert werden.
Eine zweite Komponente der hier beschriebenen Funktion stellt die Anwendung des Gelernten dar. Die so bei Test-Nacheinspritzungen gelernten Verhältnisse, deren Parameter Gegenstand des Lern-Kennfelds 140 sind, werden anschließend im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine die Bestimmung der Menge der Voreinspritzung QVE berücksichtigt. Es wird hierzu der Korrekturfaktor K bei der Bestimmung der Voreinspritzmenge berücksichtigt. Dieser Korrekturfaktor wird einem Übertragungskennfeld 142 zugeführt, um den aufgrund des vorbeschriebenen Lernprozesses gefundenen Korrekturfaktor K der Nacheinspritzung auf die Voreinspritzung-Anforderungen zu übertragen. Hierdurch wird letztendlich die gewünschte Menge der Voreinspritzung QVE soweit verändert, dass die real eingespritzte Menge gerade wieder dem ursprünglichen Mengenwunsch entspricht.
Das Maß für die eingespritzte Kraftstoffmasse kann die Kraftstoffmenge selbst sein, wie oben beschrieben. Es ist aber statt einer Abweichung zwischen der Soll- und der Ist-Kraftstoffmenge zur Bestimmung der korrekten Ist-Masse auch möglich, die notwendige Ansteuerdauerkorrektur zu ermitteln und abzuspeichern. Die Speicherung der Korrekturwerte der Ansteuerdauerkorrektur kann dabei ähnlich wie bei der sogenannten Nullmengenkorrektur erfolgen. Alternativ hierzu kann das Lernkennfeld so gestaltet werden, dass zu der ermittelten Ist-Kraftstoffmasse die benötigten Ansteuerparameter (z. B. Ansteuerdauer) oder die jeweilige Korrektur gegenüber den nominellen Ansteuerparametern abgespeichert wird.
Welche der beiden Varianten tatsächlich eingesetzt wird, hängt auch von der erreichbaren Genauigkeit der beiden Varianten ab.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine (100) mittels wenigstens einer Einspritzung unter hohem Druck eingespritzten Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Vergleichs eines Maßes für die Istmenge des eingespritzten Kraftstoffs wenigstens einer Test-Nacheinspritzung, die aufgrund eines Maßes für eine vorgegebene Sollmenge einer gewünschten Voreinspritzung vorgenommen wird, und des Maßes für die Sollmenge eine Korrekturgröße für die Voreinspritzung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die Istmenge aus einem im Abgasbereich gemessenen Lambdasignal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die Istmenge aus einer im Abgasbereich auftretenden berechneten Luftzahl Lambda ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße im Rahmen eines Lernverfahrens ermittelt wird, das in vorgegebenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rahmen des, Lernverfahrens ermittelten Korrekturgrößen und die Maße für die Istmengen des eingespritzten Kraftstoffs sowie für die Sollmengen des eingespritzten Kraftstoffs in einem Lern-Kennfeld (140) abgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die eingespritzte Kraftstoffmasse die Kraftstoffmenge oder eine Ansteuerdauer eines Kraftstoffinjektors ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße aufgrund einer Nacheinspritzung in einen Brennraum einer wenigstens einen Brennraum aufweisenden Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße aufgrund einer Nacheinspritzung in alle Brennräume einer mehrere Brennräume aufweisenden Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergerichtetes Steuergerät (200) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (200) wenigstens einen Korrekturgrößenspeicher (140) aufweist, in welchem während des Lernverfahrens ermittelte Korrekturwerte hinterlegt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturgrößenspeicher ein Lern-Kennfeld (140) ist.