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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren und von einer Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine nach Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Aus
der
EP 0 416 265 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
bekannt. Dort wird bei der Voreinspritzung die Ansteuerdauer so
lange erhöht, bis anhand eines Rückmeldesignals
eine erfolgte Voreinspritzung erkannt wird. Als Rückmeldesignal
wird wenigstens eine der Größen gemessene Spritzdauer,
Elementraumdruck, Brennraumdruck, Körperschall, Luftschall
bzw. ein Lichtsignal im Brennraum verwendet.
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Nachteilig
bei dieser Vorgehensweise ist, dass die Abgleichwerte lediglich
in stationären Betriebszuständen ermittelt werden
können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
haben demgegenüber den Vorteil, dass die Ermittlung der
minimalen Ansteuerdauer unabhängig von den Betriebsbedingungen,
die beim fahrenden Fahrzeug vom Fahrer bzw. auch von aktiven Komponenten,
wie z. B. einem Automatikgetriebe bestimmt werden, durchführbar
sind. Weiterhin sind die Ergebnisse unabhängig von der
jeweiligen Kurbelwellen position des Motors und die Testfrequenz
ist damit unabhängig von der Motordrehzahl.
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Das
Verfahren kann bei jedem Motorabstellen, insbesondere im Motorsteuergerätenachlauf oder
in Stopphasen eines Start-/Stop-Betriebs, ausgeführt werden.
Damit ist eine deterministische Überwachung einmal pro
Fahrzyklus möglich. Ein Warten auf das Eintreten bestimmter
Fahrbetriebszustände ist nicht notwendig. Das Verfahren
hat keinen Einfluss auf Emissionen im Fahrbetrieb durch Testeinspritzungen,
die nicht für den eigentlichen Motorbetrieb benötigt
werden. Es treten keine Auswirkung auf den Fahrbetrieb (z. B. geänderte
Geräuschentwicklung) durch Testeinspritzungen auf.
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Das
Verfahren arbeitet sehr schnell, da bei stehendem Motor der minimale
Abstand zwischen den Testansteuerungen eines Injektors unabhängig von
Einspritzmustern ist, wie sie im Fahrbetrieb vorgegeben sind. Weiterhin
ist das Verfahren unabhängig von der jeweiligen Kurbelwellenposition.
Im Motorbetrieb sind nur Einspritzungen im Arbeitszyklus möglich.
Die Geschwindigkeit wird hier nur von der Schaltgeschwindigkeit
des elektrischen Stellers im Injektor und von der elektrischen Auslegung
der Ansteuerelektronik limitiert. Als zusätzliche Randbedingung
muss ansonsten nur die Auswertegeschwindigkeit des Drucksignals
berücksichtigt werden.
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Anders
als im Fahrbetrieb gibt es keine Druckschwankungen im Hochdruckspeicher,
die die Druckmessung stören würden. Daher ist
die minimale Ansteuerdauer anhand des Drucksensorsignals problemlos
auswertbar.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine und
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2 ein
Flussdiagramm der erfindungsgemäße Vorgehensweise.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
der 1 ist eine Brennkraftmaschine mit 100 bezeichnet.
Ein Steuergerät ist mit 110 bezeichnet. An der
Brennkraftmaschine sind verschiedene Sensoren 120 angeordnet,
die verschiedene Signale erfassen, die den Zustand der Brennkraftmaschine, der
zugeordnetem Komponenten und/oder des Einspritzsystems charakterisieren.
Des Weiteren ist an der Brennkraftmaschine wenigstens ein Steller 130 angeordnet,
mit dem beispielsweise die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert
werden kann. Des Weiteren sind Sensoren 140 vorgesehen,
die weitere Betriebskenngrößen, wie beispielsweise
Umgebungsbedingungen erfassen. Als Steller 1360 werden
beispielsweise Injektoren verwendet, die den Kraftstoff in die Brennkraftmaschine
zumessen. Diese Injektoren beinhalten Aktoren, die den Beginn und
die Dauer der Kraftstoffzumessung steuern. Als Aktoren werden vorzugsweise
Piezoaktoren oder Magnetventilaktoren eingesetzt. Diese Injektoren
sind üblicher Weise Teil eines so genannten Common-Rail-Einspritzsystems,
bei dem der Kraftstoff verdichtet und in einem so genannten Rail
bevorratet wird. Der Kraftstoff gelangt dann über die Injektoren
in die Brennräume. Der Druck P des Kraftstoffs in dem Rail bzw.
in den Zuleitungen oder in den Injektoren wird mittels eines Sensors 120 erfasst
bzw. ausgehend von anderen Größen berechnet. Dieses
Drucksignal P wird unter anderem von den Sensoren 120 im Steuergerät 110 bereitgestellt.
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Solche
Einspritzsysteme können präzise kleinste Kraftstoffmengen
zumessen. Dieser präzisen Kraftstoffzumessung kommt große
Bedeutung zu, da die Rohemissionen von Abgasen bei diesen Motoren
mit direkter Einspritzung empfindlich sind und von der Genauigkeit
der Kraftstoffzumessung abhängt. Toleranzen von Injektoren
und Verschleiß über die Lebensdauer hinweg wird üblicher
Weise mit injektorindividuellen Anpassungen in der elektrischen Ansteuerung
begegnet. Diese Anpassungen helfen die Mengen- und Zeitgenauigkeit
der Einspritzung einzuhalten, die notwendig ist, um die Emissionswerte
einhalten zu können. Diese toleranzkompensierenden Funktionen
für Injektoren benötigen meist sehr lange Zeit
um im Fahrbetrieb die Abgleichwerte zu lernen. Die Abgleichwerte
werden im Regelfall gleichzeitig für die Injektordiagnose
verwendet. Demgegenüber bestehen gesetzliche Anforderungen
an die Diagnose, die eine regelmäßige Überwachung von
emissionsrelevanten Systemen fordern.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass bei Überprüfung des Injektors
bei stehendem Motor erfolgt. Die Tests sind daher unabhängig
von den Betriebsbedingungen bei fahrendem Fahrzeug. Bei Abstellen
des Motors wird ausgenutzt, dass im Hochdruckspeicher des Systems
dem so genannten Rail der Hochdruck über eine relative
lange Zeit aufrechterhalten bleibt. Bei einer Ausgestaltung ist
es vorteilhaft, dass beim Motorabstellen der Druck des Rails auf
einen gewünschten Raildruck eingestellt wird. Vorzugsweise
wird nach dem Abstellen gewartet, bis die Druckschwankungen im Hochdruckspeicher
abgeklungen sind. Dann wird für den ersten Injektor die minimale
elektrische Ansteuerdauer, bei der eine Einspritzung erfolgt Tmin
bestimmt. Hierzu wird der Injektor zunächst mit einer sehr
kurzen Ansteuerdauer T angesteuert. Diese Ansteuerdauer ist so kurz
gewählt, dass der Injektor nicht öffnet und kein
Kraftstoff zugemessen wird. Gleichzeitig zur elektrischen Ansteuerung
des Injektors wird das Drucksignal des Drucksensors auf einen Druckeinbruch
und anschließende Druckschwankungen überwacht,
um ein Einspritzerzeugnis zu erkennen. Bei kurzen Ansteuerdauern
unterhalb der minimalen Ansteuerdauer Tmin gibt es keine entsprechenden
Auswirkungen auf den Druck im Druckspeicher. Ausgehend von der sehr kurzen
Ansteuerdauer wird die Ansteuerdauer so lange in kleinen Schritten
erhöht, bis über das Drucksignal ein Einspritzereignis
erkannt wird. Die entsprechende Ansteuerdauer bei erkannter Einspritzung
ist die minimale elektrische Ansteuerdauer des Injektors, die zu
einer Einspritzung führt.
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Nachfolgend
wird nacheinander für alle Injektoren die minimale Ansteuerdauer
nach dem gleichen Verfahren ermittelt. Vorzugsweise wird vor der Ansteuerung
des jeweils nächsten Injektors gewartet, bis die Druckschwingungen
im Hochdruckspeicher, die von der vorhergehenden Einspritzung herrühren,
hinreichend abgeklungen sind. Alternativ zu einer Erhöhung
der Ansteuerdauer in festen Schritten kann auch ein iteratives Verfahren
gewählt werden, um die erwarteten minimalen Ansteuerdauern herum
den tatsächlichen Wert mit möglichst wenig Iterationsschritten
zu ermitteln. Ferner kann alternativ vorgesehen sein, dass von einer
Einspritzdauer ausgegangen wird, bei der eine Einspritzung erfolgt und
die Ansteuerdauer entsprechend verkürzt wird, bis keine
Einspritzungen mehr erfolgen.
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Vorteilhaft
bei der Vorgehensweise mit festen Schrittweisen, in dem die Ansteuerdauer
erhöht wird, ist, dass nur eine einzige tatsächliche
Einspritzung pro Zylinder erfolgt. Dadurch wird ein übermäßiger
Eintrag von Kraftstoff in dem stehenden Motor minimiert. Weiterhin
steht für den Test der nachfolgenden Injektoren noch ausreichend
Druck im Druckspeicher zur Verfügung.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Vorgehensweise und einem
Ausführungsbeispiel dargestellt. Eine erste Abfrage 200 überprüft,
ob ein Zustand vorliegt, in dem das Verfahren durchgeführt werden
kann. Als wesentliche Bedingung wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine
steht. Dies erfolgt beispielsweise anhand eines Drehzahlsignals. Nimmt
das Drehzahlsignal den Wert Null an, ist davon auszugehen, dass
die Brennkraftmaschine steht. Dies kann auch anhand anderer geeigneter
Signale erkannt werden. bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird
ferner überprüft, ob das Raildrucksignal einen
konstanten oder stationären Wert annimmt, d. h. es wird überprüft,
ob Druckschwingungen abgeklungen sind.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, dass die Abfrage 200 überprüft,
ob ein entsprechendes Abschaltsignals des Steuergeräts
vorliegt, dass ein Abschalten der Brennkraftmaschine bewirkt.
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Erkennt
die Abfrage 200, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet
ist und die entsprechenden nur zu überprüfenden
Bedingungen vorliegt, so wird in einem Schritt 210 die
Ansteuerdauer T auf einen Wert T0 gesetzt. Dieser Wert T0 ist so
gewählt, dass sicher keine Einspritzungen erfolgen. Im
anschließenden Schritt 220 wird ein neuer Wert
für die Ansteuerdauer T dadurch berechnet. Die Ansteuerdauer
T wird dabei um einen Wert D erhöht wird. Die anschließende
Abfrage 230 überprüft, ob ein Druckeinbruch
erfolgt ist. Ein solcher Druckeinbruch im Rail, d. h. der Druckwert
fällt mehr als ein Schwellenwert seit der letzten Messung
ab, so ist davon auszugehen, dass eine Einspritzung erfolgt. Wird
ein solcher Druckeinbruch von der Abfrage 230 nicht erkannt,
so erfolgt erneut Schritt 220, in dem die Ansteuerdauer
T um den Wert D erhöht wird. Wird ein Druckeinbruch in
der Abfrage 230 erkannt, wird in Schritt 240 die
aktuelle Ansteuerdauer T als Mindestansteuerdauer Tmin verwendet.
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Die
anschließende Abfrage 250 überprüft,
ob die Ermittlung der Mindestansteuerdauer für alle Zylinder
bzw. für alle Injektoren durchgeführt wurde. Ist dies
nicht der Fall, so wird im Schritt 210 die Ansteuerdauer
wieder auf den Startwert T0 gesetzt und das Verfahren bei dem nächsten
Injektor durchgeführt. Ist dies der Fall, d. h. bei allen
Injektoren wurde die Mindestansteuerdauer Tmin ermittelt, so wird
in Schritt 260 überprüft, ob der Wert
der Mindestansteuerdauer Tmin der einzelnen Zylinder zulässig
ist. Hierzu wird beispielsweise überprüft, ob
der Wert Tmin größer als ein Schwellenwert ist.
Ist dieser größer als ein oberer Schwellenwert,
so wird auf Fehler erkannt. Alternativ oder ergänzend kann
auch geprüft werden, ob der Wert Tmin kleiner als ein unterer
Schwellenwert ist. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls auf Fehler erkannt.
Dies bedeutet, die Abfrage 260 überprüft,
ob der Wert der Mindestansteuerdauer Tmin innerhalb eines zulässigen
Bereichs liegt. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 270 das
Programm beendet. Ist dies nicht der Fall, d. h. der Wert liegt
außerhalb eines zulässigen Bereichs, so wird in
Schritt 280 auf Fehler erkannt.
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Dies
bedeutet die ermittelte Mindestansteuerdauer Tmin kann für
eine Injektordiagnose verwendet werden. Überschreitet bzw.
unterschreitet die Mindestansteuerdauer Fehlergrenzen, so wird vom elektronischen
Steuergerät ein Fehler erkannt, abgespeichert und/oder über
die Diagnoseschnittstelle ausgegeben. Durch Abspeicherung der Mindestansteuerdauer
und der Ausgabe an ein externes Diagnosegerät kann die
Drift der Injektoren über die Lebensdauer hinweg verfolgt
werden. Auffällige Ergebnisse können so frühzeitig
erkannt werden bevor Fehlergrenzen erreicht werden.
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Die
Mindestansteuerdauer Tmin von Injektoren ist eine wichtige Kenngröße
für deren Genauigkeit. Der nach dem oben beschriebenen
Verfahren ermittelte Wert dieser minimalen Ansteuerdauer Tmin kann
direkt für eine Injektorspezifische Kompensation eingesetzt
werden. In elektronischen Motorsteuergeräten wird im Regelfall
eine Kraftstoff Einspritzmenge angefordert und diese wird mit Hilfe
im Speicher abgelegter Daten in eine elektrische Ansteuerdauer umgerechnet.
Mit Kenntnis der tatsächlichen minimalen Ansteuerdauer
kann die elektrische Ansteuerung so korrigiert werden, dass genau
die angeforderte Einspritzmenge tatsächlich eingespritzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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