DE102008051820B4

DE102008051820B4 - Verfahren zur Korrektur von Einspritzmengen bzw. -dauern eines Kraftstoffinjektors

Info

Publication number: DE102008051820B4
Application number: DE102008051820.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Hauser
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: CN102187075A; WO2010043479A1; US9002621B2; US20110202255A1; DE102008051820A1; CN102187075B

Abstract

Verfahren zur injektorindividuellen Korrektur von Einspritzmengen und/oder Einspritzdauern (mf1, mf2, mf...; ti1, ti2, ti...) für einen ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors (1, 2, ...), wobei in einem Betrieb des Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) eine Mengen-Abweichung (Δmf1, Δmf2, Δmf...) einer tatsächlichen Einspritzmenge (mf1, mf2, mf...) von einer nominalen Einspritzmenge (mfnom) dieses Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) ermittelt wird, und durch diese Mengen-Abweichung (Δmf1, Δmf2, Δmf...) eine injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup1, fup2, fup...) des betreffenden Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) an eine nominale Einspritz-Kennlinie (fupnom) adaptiert wird, wobei eine typische Einspritz-Kennlinie (fup) für den Kraftstoffinjektor (1, 2, ...) eine allgemeine, eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren betreffende Einspritz-Kennlinie ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur individuellen Korrektur von Einspritzmengen bzw. Einspritzdauern insbesondere für einen ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerung, insbesondere eine Motorsteuerung, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
Immer strenger werdende, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden können. Ein Ansatzpunkt hierbei ist es, eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern des Verbrennungsmotors zu erzielen. Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn Kraftstoff unter einem bestimmten Druck mittels Kraftstoffinjektoren zugemessen wird. Im Falle eines Diesel-Verbrennungsmotors betragen solche Kraftstoffdrücke bis über 2.000 bar.
Bei einem Kraftstoffinjektor erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff üblicherweise mittels einer Düsennadel, die in einer Düsenbaugruppe des Kraftstoffinjektors verschiebbar gelagert ist und ein oder eine Mehrzahl von Spritzlöchern eines Düsenkörpers der Düsenbaugruppe in Abhängigkeit von ihrer Stellung für den einzuspritzenden Kraftstoff freigibt oder verschließt. Eine mechanische Ansteuerung der Düsennadel erfolgt üblicherweise durch einen Aktor, bevorzugt einen Piezoaktor, der entweder mechanisch mit der Düsennadel, oder über ein Servoventil und einen Steuerraum auf ein Übertragungsglied (Kolben) wirkt, welches mit der Düsennadel mechanisch zusammenwirkt oder mit dieser integral ausgebildet ist. Die Düsennadel und das Übertragungsglied sind hierbei üblicherweise in einer Gleitführung mit einem geringen Spiel gleitgelagert, wobei eine Schmierung dieser Lagerung in der Regel durch den einzuspritzenden Kraftstoff erfolgt.
Um die Schadstoffemissionen zu senken und auch einen Verbrauch des Verbrennungsmotors so gering wie möglich zu halten, ist es wünschenswert, eine möglichst optimale Verbrennung innerhalb der Zylinder des Verbrennungsmotors zu erzielen. Für eine gute Prozessführung bzw. Steuerung/Regelung einer Verbrennung in den Zylindern des Verbrennungsmotors ist es notwendig, den einzuspritzenden Kraftstoff möglichst genau dosieren zu können, um zu jedem Zeitpunkt eine möglichst optimale Verbrennung und/oder eine möglichst vollständige Regenerierung eines Partikelfilters zu erreichen.
Drehmomentanforderungen des Verbrennungsmotors werden in Einspritzmengen umgerechnet. Jede Einspritzmenge korreliert mit einer Einspritzdauer in Abhängigkeit eines Einspritzdrucks. Die daraus resultierenden Einspritz-Kennlinien werden als ein nominales Einspritz-Kennfeld (siehe auch 1) in einer Software einer Steuerung für den Verbrennungsmotor abgelegt. Diese Korrelationen werden für alle Kraftstoffinjektoren verwendet, wobei individuelle Unterschiede der Kraftstoffinjektoren, verursacht z. B. durch Fertigungsabweichungen oder Alterung und Verschleiß der Bauteile, während der gesamten Lebensdauer der Kraftstoffinjektoren nicht berücksichtigt werden.
Abweichungen der Ist-Einspritzmengen von den Soll-Einspritzmengen (siehe auch 2), letztere werden im Folgenden als nominale Einspritzmengen bezeichnet, haben immer negative Auswirkungen auf eine Verbrennung bzw. die dadurch entstehenden Schadstoffemissionen. Sind die Einspritzmengen zu klein und somit die Ansteuerdauern der Kraftstoffinjektoren zu kurz, so kann es darüber hinaus zu einem Ausbleiben von Einspritzungen und somit zu einer Laufunruhe des betreffenden Verbrennungsmotors kommen. Sind die Einspritzmengen der Kraftstoffinjektoren zu groß bzw. deren Ansteuerdauern zu lang, so kann eine Überhitzung des Verbrennungsmotors die Folge sein.
Aus diesen Gründen ist eine individuelle Anpassung der Einspritzmengen bzw. -dauern der betreffenden Kraftstoffinjektoren wünschenswert. D. h. die Einspritzmengen bzw. -dauern eines jeden Kraftstoffinjektors sollen an das nominale Einspritzdauer- bzw. Einspritzmengen-Kennfeld angepasst werden. Dies ist insbesondere aufgrund ständig sinkender gesetzlicher Emissionsgrenzwerte erforderlich.
Im Stand der Technik (siehe auch unten) existieren zwei Verfahren, durch welche eine injektorindividuelle Anpassung an das nominale Einspritz-Kennfeld teilweise realisiert wird. Dies ist die so genannte IIC (Injector Individual Correction) und die MFMA (Minimum Fuel Mass Adaption), wobei die MFMA nur für einen unteren ballistischen Bereich einer Düsennadelbewegung für Einspritzmengen bis ca. 3 mg geeignet ist, und die IIC im ballistischen Bereich zu ungenau arbeitet.
So ist aus Dokument DE 10 2006 009 920 A1 ein Verfahren zur Bestimmung zylinderindividueller Korrekturwerte für Einspritzdüsen einer Brennkraftmaschine berkannt. Dabei werden die Öffnungsparameter des Einspritzventils variiert und eine mit der Einspritzmenge korrelierende physikalische Größe der Brennkraftmaschine zur Bestimmung der Einspritzmenge gemessen. Ein Korrekturwert wird dann aus der Einspritzmenge und den Öffnungsparametern ermittelt.
Dokument DE 60 2004 003 390 T2 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Durchsatzkennlinie mindestens einer Kraftstoffeinspritzdüse mit elektrischer Steuerung und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bezugseinspritzung gemäß der gespeicherten Kennlinie durch eine Vielfacheinspritzung ersetzt wird, die eine Folge von mindestens zwei Einspritzungen umfasst, von deren Dauer man annimmt, dass sie die Einspritzung derselben Kraftstoffmasse wie die ersetzte Bezugseinspritzung bewirken. Dann wird die Abweichung der Kraftstoffmasse zwischen der Bezugseinspritzung und der Vielfacheinspritzung bestimmt und daraus eine Korrektur der Kennlinie abgeleitet und gespeichert.
Bei dem aus der DE 103 30 091 A1 bekannten Verfahren zum Kraftstoffmengenabgleich von Injektoren eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine ist zur Erhöhung der Abgleichpräzision vorgesehen, dass ein einzelner Injektor mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ansteuerdauern beaufschlagt wird, dass die bei den wenigstens zwei Ansteuerdauern sich ergebenden wenigstens zwei Einspritzmengenwerte erfasst werden, dass aus den wenigstens zwei erfassten Einspritzmengenwerten ein Steigungswert berechnet wird und dass der berechnete Steigungswert beim Kraftstoffmengenabgleich berücksichtigt wird.
Dokument DE 101 40 151 A1 offenbart ein Verfahren zur Beeinflussung der Schadstoffemissionswerte und/oder der Geräuschemissionswerte eines eine Kraftstoff-Einspitzanlage aufweisenden Verbrennungsmotors. Das Verfahren basiert auf der Zuordnung mehrerer Injektoren zu einer jeweiligen Kraftstoff-Einspritzanlage, wobei die Injektoren in zumindest einem vorgegebenen Abschnitt der Einspritzmengen-Ansteuerdauer-Kennlinie möglichst ähnliche Kennlinienverläufe aufweisen. Ergänzend wird dann zumindest adaptive Maßnahme durchgeführt, um die Ansteuerung der Injektoren durch die Steuereinrichtung in einzelnen Bereichen der Einspritzmengen-Ansteuerdauer-Kennlinie zu beeinflussen.
Das in Dokument DE 103 49 883 A1 offenbarte Verfahren betrifft ein Verfahren, zur Bestimmung der Injektorcharakteristik oder der Durchflussmenge des Injektors und ist dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Minimaleinspritzmenge mit einem Schwellwertverfahren bestimmt wird, und anschließend durch die Variation der Gesamtmenge die Steigung der Mengenkennlinie aus dem Integral eines entsprechenden Ionenstroms detektiert wird und damit das Einspritzkennfeld korrigiert wird.
Das in Dokument DE 699 23 245 T2 offenbarte Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor mit Injektoren ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit mindestens ein Paar von zuvor beobachteten systemimmanenten Daten gespeichert wird, die aus einer vorgegebenen Leitungsdauer in den Injektoren und aus einem vorgegebenen Volumen an eingespritztem Kraftstoff bestehen. Dazu wird ein Korrekturkoeffizient als Verhältnis einer vorgegebenen Leitungsdauer zu der Standardleitungsdauer für das vorgegebene Volumen des eingespritzten Kraftstoffes berechnet. Dann wird durch Multiplizieren der Standardleitungsdauer mit dem Korrekturkoeffizienten eine korrigierte Leitungsdauer gebildet.
Die DE 198 45 441 A1 betrifft ein Verfahren zum elektronischen Trimmen mindestens einer Fluideinspritzpumpe, wobei von einem Steuermodul einer elektronischen Steuereinrichtung ein einspritzpumpenbetriebskorrigiertes Steuersignal und vorzugsweise auch ein motorbetriebskorrigiertes Steuersignal ermittelt und für die Betätigung der Fluideinspritzpumpe verwendet wird und wobei ferner eine nach dem Energiespeicherprinzip arbeitende Fluideinspritzpumpe verwendet wird, deren Förderkennlinie einem Polynom mindestens dritten Grades identisch oder zumindest weitgehend angenähert folgt und die Parameter bei vorbestimmten Normbedingungen für ein Normpolynom mindestens dritten Grades ermittelt, gespeichert und bei der Ermittlung der erforderlichen Fluideinspritzmenge verwendet werden.
Schließlich offenbart die DE 10 2004 050 761 A1 ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens wenigstens eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, wobei der wenigstens eine Injektor unter Berücksichtigung von die Einspritzung charakterisierenden Informationen, die durch das Vergleichen von Soll-Werten mit Ist-Werten an individuell mehreren Prüfpunkten des wenigstens einen Injektors ermittelt werden und bezogen sind, gesteuert wird und wobei eine zylinderspezifische Zuordnung einer die Einspritzmenge charakterisierenden Regelabweichung und eines Reglers erfolgt, der, ausgehend von der zugeordneten Regelabweichung, einen zylinderspezifischen Stellwert vorgibt, wobei das Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die die Einspritzung charakterisierenden Informationen auf der Basis des zylinderspezifischen Stellwerts verändert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur individuellen Korrektur von Einspritzmengen bzw. Einspritzdauern insbesondere für einen ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors anzugeben. Das erfindungsgemäße Verfahren soll dabei während eines bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftstoffinjektors durchführbar sein, um Alters- bzw. Verschleißerscheinungen des Kraftstoffinjektors kompensieren zu können. Ferner soll das erfindungsemäße Verfahren kostengünstig implementierbar und schnell durchführbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur injektorindividuellen Korrektur von Einspritzmengen und/oder Einspritzdauern für einen ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors, nach Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mittels einer Steuerung, insbesondere einer Motorsteuerung, nach Anspruch 19 gelöst, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen kann. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur individuellen Korrektur von Einspritzmengen und/oder Einspritzdauern für einen ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors wird in einem Betrieb des Kraftstoffinjektors eine Mengen-Abweichung einer tatsächlichen Einspritzmenge von einer nominalen Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors ermittelt. Durch diese Mengen-Abweichung wird dann im Anschluss daran eine für den Kraftstoffinjektor injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie an eine nominale Einspritz-Kennlinie adaptiert oder angepasst, wobei eine typische Einspritz-Kennlinie für den Kraftstoffinjektor eine allgemeine, eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren betreffende Einspritz-Kennlinie ist. Hierdurch kann eine für den Kraftstoffinjektor korrigierte, also injektorindividuelle Einspritz-Kennlinie erhalten werden.
Gemäß einer Ausführung kann die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie aus der typischen Einspritz-Kennlinie erhalten werden, indem ein betreffender Punkt der typischen Einspritz-Kennlinie in einen Punkt einer tatsächlichen Einspritzmenge verlagert wird.
In einer weiteren Ausführung wird aus der ermittelten, Mengen-Abweichung unter Berücksichtigung der nominalen Einspritz-Kennlinie eine korrigierte Einspritz-Kennlinie für den Kraftstoffinjektor berechnet.
Hierbei kann die jeweilige Einspritz-Kennlinie eine Einspritzdauer- oder eine Einspritzmengen-Kennlinie aus einem entsprechenden Einspritz-Kennfeld sein. Bevorzugt wird eine Einspritzdauer-Kennlinie aus einem Einspritzdauer-Kennfeld ausgewählt. Es kann gemäß der Erfindung aus der ermittelten Mengen-Abweichung eine Zeitdauer-Abweichung einer tatsächlichen Einspritzdauer von einer nominalen Einspritzdauer berechnet werden. Gemäß der Erfindung wird dann durch die Zeitdauer-Abweichung die typische Einspritz-Kennlinie des Kraftstoffinjektors an die nominale Einspritz-Kennlinie adaptiert oder angepasst.
Gemäß der Erfindung kann aus der Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge und/oder -dauer von der nominalen Einspritzmenge bzw. -dauer, die korrigierte Einspritz-Kennlinie aufgestellt werden, durch welche der Kraftstoffinjektor erfindungsgemäß angesteuert wird. Hierbei kann die typische Einspritz-Kennlinie unter Berücksichtigung ihrer ursprünglichen Lage bzw. Position gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie an die nominale Einspritz-Kennlinie adaptiert werden. Dies erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung eines abschnittsweisen Parallel-, Aufspreiz-, Polynom- oder Exponentialverhaltens der typischen Einspritz-Kennlinie gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird anhand der Mengen- und/oder Zeitdauer-Abweichung die für den Kraftstoffinjektor typische Einspritz-Kennlinie in die nominale Einspritz-Kennlinie verschoben und/oder gedreht. Hierbei ist es bevorzugt, dass die für den Kraftstoffinjektor typische Einspritz-Kennlinie um die Abweichung wenigstens parallel verschoben wird. Dies erfolgt wenigstens für einen Teilabschnitt der für den Kraftstoffinjektor typischen Einspritz-Kennlinie, an einen Teilabschnitt der nominalen Einspritz-Kennlinie.
Das heißt die typische Einspritz-Kennlinie wird um die ermittelte Mengen- und/oder Zeitdauer-Abweichung innerhalb ihres Einspritz-Kennfelds zunächst parallel verschoben. Zeitlich daran anschließend oder dem zeitlich vorausgehend, kann ein wie auch immer geartetes, sich bei einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren wiederholendes, Kennlinien-Verhalten gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie, auf die typische Einspritz-Kennlinie angewendet werden. Die typische Einspritz-Kennlinie kann dabei neben einem Verschieben im Einspritz-Kennfeld, in ihrer Lage gedreht oder in ihrer Form angepasst werden. Die typische Einspritz-Kennlinie erhält dann in ihrer neuen Lage im Einspritz-Kennfeld eine Form und/oder Lage, die der nominalen Einspritz-Kennlinie nahe kommt.
In Ausführungsformen der Erfindung wird anhand der Mengen- und/oder Zeitdauer-Abweichung wenigstens ein Teilabschnitt der für den Kraftstoffinjektor typischen Einspritz-Kennlinie an einen korrespondierenden Teilabschnitt der nominalen Einspritz-Kennlinie adaptiert. Bevorzugt wird das Verfahren über im Wesentlichen den gesamten ballistischen Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors durchgeführt. Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem Nadelanschlag-Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors durchzuführen, wobei es bevorzugt ist, das Verfahren in einem Übergangsbereich zwischen dem ballistischen Betriebsbereich und dem Nadelanschlag-Betriebsbereich durchzuführen.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Mengen-Abweichung einer tatsächlichen Einspritzmenge von der nominalen Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors bezüglich einer ersten nominalen Einspritz-Kennlinie ermittelt werden, wobei im Anschluss daran durch diese Mengen-Abweichung eine für den Kraftstoffinjektor typische zweite Einspritz-Kennlinie an eine zweite nominale Einspritz-Kennlinie adaptiert wird. Dies erfolgt dann wie oben beschrieben und kann natürlich auch wieder über die Zeitdauer-Abweichung erfolgen. Hierbei repräsentiert die zweite Kennlinie einen anderen Einspritzdruck als die Erste. Bei der Adaption der typischen zweiten Einspritz-Kennlinie an die zweite nominale Einspritz-Kennlinie kann eine Korrekturfunktion oder ein Korrekturwert berücksichtigt werden, der z. B. empirisch ermittelt wurde.
Gemäß der Erfindung ist es ausreichend, dass die Mengen- und/oder Zeitdauer-Abweichung für das Aufstellen einer oder einer Mehrzahl von korrigierten Einspritz-Kennlinien nur an einem einzigen Betriebspunkt des Kraftstoffinjektors ermittelt wird. Dies erfolgt bevorzugt in einem Kleinstmengen-Einspritzbereich des Kraftstoffinjektors. Ferner ist es bevorzugt, dass die Mengen- und/oder Zeitdauer-Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge/-dauer von der nominalen Einspritzmenge/-dauer in einem Schubbetrieb eines betreffenden Verbrennungsmotors ermittelt wird, wobei eine Drehzahländerung aufgrund einer oder einer Mehrzahl von Einspritzungen ermittelt wird. Bevorzugt erfolgt dies im Rahmen einer Anpassung einer minimalen Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors (MFMA).
Gemäß der Erfindung ist eine injektorindividuelle Korrektur von Abweichungen der Einspritzmengen durch eine Extrapolation von Messabweichungen durch Bereitstellung einer geeigneten Funktion möglich. Hierdurch ist es möglich, eine wesentliche Verringerung der injektorindividuellen Abweichungen der Einspritzmengen zu erzielen. Dies ist gemäß der Erfindung vor Allem im gesamten ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors möglich. Ferner kann das erfindungemäße Verfahren kostengünstig umgesetzt werden, da nur eine Anpassung von Ansteuerzeiten des Kraftstoffinjektors erfolgt, und keine baulichen Veränderungen vorgenommen werden müssen. Darüber hinaus werden Alterungs- und Verschleißprozesse des Kraftstoffinjektors berücksichtigt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung näher erläutert. In den Diagrammen der Zeichnung zeigen:
1 ein nominales Einspritz-Kennfeld für einen Kraftstoffinjektor, mit drei Einspritz-Kennlinien, die jeweils einen Einspritzdruck repräsentieren;
2 individuelle Einspritz-Kennlinien zweier Kraftstoffinjektoren, deren Einspritzmengen von den nominalen Einspritzmengen bei zugehörigen Einspritzdauern abweichen;
3 zwei zeitliche Verläufe einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors in einer Schubphase mit und ohne MFMA (Minimum Fuel Mass Adaption);
4 eine allgemeine Form einer gesamten Einspritz-Kennlinie eines Kraftstoffinjektors in einem ballistischen Betriebsbereich und einen Nadelanschlags-Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors;
5 eine individuelle Abweichung einer Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors im ballistischen Betriebsbereich von einer nominalen Einspritzmenge;
6 eine erfindungsgemäße Verlagerung einer typischen Einspritz-Kennlinie eines Kraftstoffinjektors an die nominale Einspritz-Kennlinie
7 eine erfindungsgemäße Adaption von typischen Einspritz-Kennlinien zweier Kraftstoffinjektoren an die nominale Einspritz-Kennlinie; und
8 eine erfindungemäße Übertragung einer bezüglich einer ersten nominalen Einspritz-Kennlinie ermittelten Abweichung einer Einspritzmenge, auf eine zweite typische Einspritz-Kennlinie gegenüber einer zweiten nominalen Einspritz-Kennlinie.
Wenn im Folgenden von einer „Kennlinie” die Rede ist, so sollen damit auch die Begriffe „Kennfeld” oder „Kennbereich” umfasst sein. D. h. eine Kennlinie kann selbst auch wiederum ein Kennfeld bzw. ein Kennbereich sein. Wenn ferner im Folgenden von einer typischen Kennlinie die Rede ist, so soll damit eine allgemeine, eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren betreffende Kennlinie gemeint sein. D. h. eine solche Kennlinie ist eine für eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren Bemittelte Kennlinie. Hieraus ergibt sich dann gemäß der Erfindung eine korrigierte bzw. individuelle Kennlinie eines Kraftstoffinjektors unter der Voraussetzung, dass eine Abweichung der typischen Kennlinie zu einer nominalen bzw. idealen Kennlinie in wenigstens einem Punkt bekannt ist und so die typische Kennlinie gegenüber der nominalen Kennlinie positionierbar ist.
Die 1 zeigt ein nominales Einspritzmengen-Kennfeld mit drei nominalen Einspritz-Kennlinien fup_nom,I, fup_nom,II, fup_nom,III, welche jeweils einen bestimmten Einspritzdruck repräsentieren. Diese nominalen Einspritz-Kennlinien fup_nom,I, fup_nom,II, fup_nom,III stellen ein gewünschtes ideales Verhalten aller Kraftstoffinjektoren für eine bestimmte Anwendung dar, die alle bei einer bestimmten Einspritzdauer ti eine bestimmte Einspritzmenge mf abgeben sollen.
Die 2 zeigt nun ein reales Verhalten zweier Kraftstoffinjektoren 1, 2 gegenüber dem idealen nominalen Verhalten. Über den gesamten Betriebsbereich hinweg differieren die Einspritzmengen von den idealen Einspritzmengen, was in der 2 bei der Zeitdauer t dargestellt ist. Hierbei ist die eingespritzte Kraftstoffmenge mf₁(t) des Kraftstoffinjektors 1 größer als die nominal einzuspritzende Kraftstoffmenge mf_nom(t), welche wiederum größer als die vom Kraftstoffinjektor 2 eingespritzte Kraftstoffmenge mf₂(t) ist. Dies gilt auch für die in der 2 nicht dargestellten anderen Einspritz-Kennlinien fup der Kraftstoffinjektoren 1, 2 bei anderen Einspritzdrücken.
Derzeit gibt es zwei Verfahren, die eine injektorindividuelle Anpassung von Einspritzmengen-Kennfeldern zumindest teilweise ermöglichen. Dies ist die oben schon erwähnte IIC (Injector Indiviudal Correction) und die ebenfalls schon genannte MFMA (Minimum Fuel Mass Adaption).
Die IIC wurde ursprünglich entwickelt, um eine auszubringende Anzahl von Kraftstoffinjektoren aus der Fertigung zu erhöhen. Hierbei werden bei einer großen Anzahl an Kraftstoffinjektoren die Einspritzmengen-Kennfelder mittels einer Mengen-Messtechnik vermessen und ein mittleres Einspritzmengen-Kennfeld errechnet. Die Abweichungen des Einspritzmengen-Kennfelds aller anschließend vermessenen Kraftstoffinjektoren zum mittleren Einspritzmengen-Kennfeld werden bei bestimmten Messpunkten gemessen, anhand statistischer Methoden für das gesamte Einspritzmengen-Kennfeld extrapoliert und für einen Fahrzeugbetrieb in entsprechenden Einspritzmengen-Kennfeldern abgelegt. Die Vermessung muss wegen der benötigten Messmittel an einem Prüfstand durchgeführt werden, wodurch eine Wiederholung im Fahrbetrieb nicht möglich ist. D. h. es kann keine Korrektur während der Lebensdauer der Kraftstoffinjektoren vorgenommen werden. Ferner ergibt sich insbesondere im ballistischen Betriebsbereich der Kraftstoffinjektoren nur eine geringe Genauigkeit.
Bei der MFMA werden während der Lebensdauer die Abweichungen der Ist- von den Soll-Einspritzmengen von Kraftstoffinjektoren in einem Kleinstmengen-Einspritzbereich mittels Drehzahländerungen bestimmt und angepasst. Hierbei wird in Schubphasen des Verbrennungsmotors (siehe auch 3), in welchen normalerweise keine Einspritzungen stattfinden, in einem Zylinder Einspritzungen mit sehr geringen Mengen vorgenommen und über eine dadurch erfolgende Änderung einer Drehzahl n (gepunktete Linie in 3) eine zugehörige Einspritzmenge anhand von Modellen errechnet. Die sich dadurch ergebenden Korrekturgrößen werden injektorindividuell für die geprüften Kleinstmengen in Einspritzmengen-Kennfeldern abgelegt. Problematisch bei der MFMA ist, dass diese nur in einem Kleinstmengen-Einspritzbereich anwendbar ist, da ansonsten die Einspritzungen vom Fahrer akustisch oder als eine Beschleunigung wahrgenommen werden.
In einem Nadelanschlag-Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors 1, 2 kann zur Mengenkorrektur ICC, und in einem ballistischen Betriebsbereich bis ca. 3 mg pro Einspritzung kann die MFMA angewendet werden; siehe hierzu die 4. In dem Bereich von ca. 3 mg bis ca. 15–20 mg pro Einspritzung gibt es derzeit kein ausreichend genaues Korrekturverfahren. Der Nadelanschlag-Betriebsbereich (Einspritzmengen von mehr als ca. 15–20 mg pro Einspritzung) und der ballistische Betriebsbereich (Einspritzmengen bis ca. 15–20 mg pro Einspritzung) des Kraftstoffinjektors 1, 2 sind durch eine Gradientenänderung (Knick) in der jeweiligen Einspritz-Kennlinie voneinander unterscheidbar.
Eine Korrektur für ein vollständiges Einspritz-Kennfeld während einer gesamten Lebensdauer des Kraftstoffinjektors 1, 2 ist mit den zur Verfügung stehenden Verfahren nicht möglich. Insbesondere steht kein Verfahren zur Verfügung, durch welches eine ausreichende Korrektur für den vollständigen ballistischen Betriebsbereich möglich wäre.
Gemäß der Erfindung kann eine injektorindividuelle Korrektur der Einspritzmengen-Abweichungen über den gesamten ballistischen Betriebsbereich einer Düsennadel erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem Übergangsbereich vom ballistischen Betriebsbereich in den Nadelanschlags-Betriebsbereich sowie im gesamten Nadelanschlags-Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors 1, 2 anzuwenden.
Eine Vermessung von mehreren Kraftstoffinjektoren 1, 2, ... hat gezeigt, dass die individuellen Abweichungen der jeweiligen Kraftstoffinjektoren 1, 2, ... insbesondere im ballistischen Betriebsbereich aber auch im Nadelanschlags-Betriebsbereich vorhersagbaren Mustern entsprechen. D. h. die Kraftstoffinjektoren 1, 2, ... besitzen im Wesentlichen alle ein gemeinsames Verhalten; die jeweiligen individuellen Kennlinien fup₁, fup₂, fup_... sind zueinander ähnlich, befinden sich jedoch jeweils in einer anderen Lage im Einspritz-Kennfeld. Dieses Muster ist abhängig von einer konstruktiven, also mechanischen und hydraulischen, Auslegung der Kraftstoffinjektoren 1, 2, ....
So nimmt bei bestimmten Kraftstoffinjektoren 1, 2, ... z. B. mit zunehmender Einspritzmenge mf₁, mf₂, mf_... eine Abweichung zur nominalen Einspritzmenge mf_nom zu, d. h. die betreffende individuelle Einspritz-Kennlinie fup₁, fup₂, fup_... klafft gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom auf, was in den 5 bis 8 dargestellt ist. D. h. die Abweichungen sind als eine Spreizung zur nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom feststellbar.
Darüber hinaus sind andere einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren 1, 2, ... gemeinsame Verhalten möglich. So kann sich die jeweilige individuelle Einspritz-Kennlinie fup₁, fup₂, fup_... parallel zur nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom erstrecken. Auch ein Polynom- oder Exponentialverhalten ist möglich. Hierbei kann das jeweilige Parallel-, Aufspreiz-, Polynom- oder Exponentialverhalten auch nur abschnittsweise gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom in Erscheinung treten.
Ist nun eine jeweilige Abweichung Δmf_1,I, Δmf_2,I, Δmf_...,I einer Einspritzmenge mf_1,I, mf_2,I, mf_...,I an nur einem einzigen Punkt, also für nur eine einzige Einspritzdauer ti_1,I, ti_2,I, ti_...,I bekannt, so ist es gemäß der Erfindung möglich, die Abweichungen für alle anderen Punkte der betreffenden individuellen Kennlinie fup_1,I, fup_2,I, fup_...,I (siehe auch 5 bis 7) und auch die anderen betreffenden individuellen Kennlinien fup_1,II, fup_2,II, fup_...,II; fup_1,..., fup_2,..., fup_...,...; ... (siehe auch 8) des Einspritz-Kennfelds zu berechnen und entsprechend zu korrigieren. D. h. es werden jeweils korrigierte Eispritz-Kennlinien fup_1,I,korr, fup_2,I,korr, fup_...,I,korr; fup_1,II,korr, fup_2,II,korr, fup_...,II,korr; fup_1,...,korr, fup_2,...,korr, fup_...,...,korr; ... aufgestellt. Der Index I, II, ... repräsentiert dabei unterschiedliche Einspritzdrücke.
Die in 5 dargestellte individuelle Einspritz-Kennlinie fup_1,I des Kraftstoffinjektors 1 weicht von der ebenfalls in der 5 dargestellten nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom,I ab. Hierbei ist in 5 nur der jeweilige ballistische Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors 1 bzw. die entsprechenden Abschnitte der Einspritz-Kennlinien fup_1,I, fup_nom,I dargestellt. Mit einer zunehmenden Ansteuerdauer ti des Kraftstoffinjektors 1 weicht die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge mf₁ immer mehr von der nominal einzuspritzenden Kraftstoffmenge mf_nom ab.
D. h. die individuelle Einspritz-Kennlinie fup_1,I spreizt sich gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom,I auf, ist also nicht nur parallel verschoben, sondern auch um einen gewissen Winkelbetrag gedreht gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom,I vorgesehen. Diese individuelle Einspritz-Kennlinie fup_1,I wird dadurch erhalten, dass eine vielen Kraftstoffinjektoren gemeinsame, mittlere bzw. typische Einspritz-Kennlinie fup_I durch eine Ermittlung einer real eingespritzten Kraftstoffmenge mf₁ eines Kraftstoffinjektors 1 in ihrer Lage im Einspritz-Kennfeld bekannt ist. Die individuelle Einspritz-Kennlinie fup_1,I unterscheidet sich von einer typischen Einspritz-Kennlinie fup_I dadurch, dass ihre Position im Einspritz-Kennfeld genau bekannt ist, eine Form entspricht nach wie vor der typischen Einspritz-Kennlinie fup_I.
Gemäß der Erfindung wird nun bei einer bestimmten Ansteuerdauer t₁ eine durch den Kraftstoffinjektor 1 bei einem Einspritzdruck I real eingespritzte Kraftstoffmenge mf_1,I(t₁) bestimmt; siehe 5. Dies kann z. B. in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 in einem Verbrennungsmotor während einer Fahrt, z. B. mittels MFMA oder über die Ermittlung eines generierten Drehmoments in einem jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors, erfolgen. Darüber hinaus ist aus der zugeordneten nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom,I für die Ansteuerdauer t₁ = t_nom die eigentlich einzuspritzende Kraftstoffmenge mf_nom,I(t₁) bekannt.
Somit kann die Mengen-Abweichung Δmf_1,I(t₁) = |mf_1,I(t₁) – mf_nom,I(t₁)| der real eingespritzten Kraftstoffmenge mf_1,I(t₁) mit der nominal einzuspritzenden Kraftstoffmenge mf_nom,I bestimmt werden. Aus der Mengen-Abweichung Δmf_1,I(t₁) kann eine Zeitdauer-Abweichung Δti_1,I(t₁) bestimmt werden, mit welcher dann eine tatsächliche Ansteuerdauer t₂ des Kraftstoffinjektors 1 bestimmbar ist, damit dieser die gewünschte Kraftstoffmenge mf_nom,I(t₁) einspritzt. Im vorliegenden Beispiel ist dies t₂ = t₁ – Δti_1,I(t₁), wobei Δti_1,I(t₁) vorzeichenbehaftet eingeht.
Somit ist es möglich, die individuelle Einspritz-Kennlinie fup₁ _,I und auch die typische Einspritz-Kennlinie fup_I an die nominale Einspritz-Kennlinie fup_nom,I zu adaptieren bzw. anzupassen, was in der 6 dargestellt ist. Hierbei wird die individuelle Einspritz-Kennlinie fup₁ _,I oder die typische Einspritz-Kennlinie fup_I bei mf_nom,I(t₁) bei t₁ mit der nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom,I zur Deckung gebracht, d. h. hier schneiden sich die beiden Kennlinien fup₁ _,I/fup_I, fup_nom,I.
Ferner ist es möglich, die individuelle Einspritz-Kennlinie fup₁ _,I oder die typische Einspritz-Kennlinie fup_I zusätzlich an die nominale Einspritz-Kennlinie fup_nom,I anzupassen, soweit ein gegenseitiges Verhalten bekannt ist. 6 zeigt z. B. zusätzlich die Möglichkeit, die individuelle Einspritz-Kennlinie fup₁ _,I oder die typische Einspritz-Kennlinie fup_I gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie fup_nom,I zu verdrehen; siehe auch unten. Darüber hinaus sind auch noch andere Anpassungsfunktionen (Polynom-, Exponential-Funktionen, etc.) anwendbar.
7 erläutert die Erfindung an einem Beispiel. Bei einer Einspritzmenge von mf₁ = mf₂ = 2 mg Kraftstoff beträgt die jeweilige Zeitabweichung Δti_1,I, Δti_2,I für den Kraftstoffinjektor 1 Δti_1,I = 10 μs und für den Kraftstoffinjektor 2 Δti_2,I = –15 μs. Durch die Aufspreizung betragen diese Zeit-Abweichungen bei einer Einspritzmenge von mf₁ = mf₂ = 15 mg Kraftstoff 20 μs bzw. –30 μs. D. h. erfindungsgemäß werden die Zeitabweichungen bei mf₁ = mf₂ = 2 mg mit dem Faktor 2 multipliziert, um die Zeitabweichungen bei mf₁ = mf₂ = 15 mg zu berechnen und zu korrigieren. Zwischenwerte werden entsprechend interpoliert.
8 zeigt in den Schritten A, B, C eine Übertragung eines adaptierten Werts von einer Einspritz-Kennlinie fup_I (fup_1,I, fup_nom,I) auf eine zweite Einspritz-Kennlinie fup_II (fup_1,II, fup_nom,II). Der bei der Einspritz-Kennlinie fup_I bei der Einspritzmenge mf = 2 mg adaptierte Wert wird mittels einer Funktion auf die Einspritz-Kennlinie fup_II übertragen. Da der Verlauf der Einspritz-Kennlinie fup_II ebenfalls bekannt ist, ist es nun erfindungsgemäß möglich, bei der Einspritz-Kennlinie fup_II bei der Einspritzmenge mf = 2 mg alle anderen Einspritzmengen bei fup_II zu bestimmen, was in der 8 beispielhaft für die Einspritzmenge mf = 12 mg dargestellt ist.

Claims

Verfahren zur injektorindividuellen Korrektur von Einspritzmengen und/oder Einspritzdauern (mf₁, mf₂, mf_...; ti₁, ti₂, ti_...) für einen ballistischen Betriebsbereich eines Kraftstoffinjektors (1, 2, ...), wobei in einem Betrieb des Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) eine Mengen-Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...) einer tatsächlichen Einspritzmenge (mf₁, mf₂, mf_...) von einer nominalen Einspritzmenge (mf_nom) dieses Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) ermittelt wird, und durch diese Mengen-Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...) eine injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) des betreffenden Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) an eine nominale Einspritz-Kennlinie (fup_nom) adaptiert wird, wobei eine typische Einspritz-Kennlinie (fup) für den Kraftstoffinjektor (1, 2, ...) eine allgemeine, eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren betreffende Einspritz-Kennlinie ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) aus der typischen Einspritz-Kennlinie (fup) erhalten wird, indem ein betreffender Punkt der typischen Einspritz-Kennlinie (fup) in einen Punkt einer tatsächlichen Einspritzmenge (mf₁, mf₂, mf_...) verlagert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei aus der ermittelten Mengen-Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...) unter Berücksichtigung der nominalen Einspritz-Kennlinie (fup_nom) eine korrigierte Einspritz-Kennlinie für den Kraftstoffinjektor (1, 2, ...) berechnet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei aus der Mengen-Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...) eine Zeitdauer-Abweichung (Δti₁, Δti₂, Δti_...) einer tatsächlichen Einspritzdauer (ti₁, ti₂, ti_...) von einer nominalen Einspritzdauer (ti_nom) berechnet wird, wobei durch die Zeitdauer-Abweichung (Δti₁, Δti₂, Δti_...) die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) an die nominale Einspritz-Kennlinie (fup_nom) adaptiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei aus der Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) der tatsächlichen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf₁, mf₂, mf_...; ti₁, ti₂, ti_...) von der nominalen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf_nom; ti_nom), eine korrigierte Einspritz-Kennlinie (fup_1,korr, fup_2,korr, fup_...,korr) aufgestellt wird, durch welche der Kraftstoffinjektor (1, 2, ...) angesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) unter Berücksichtigung ihrer Lage gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie (fup_nom) an diese adaptiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) unter Berücksichtigung eines Parallel-, eines Aufspreiz-, eines Polynom- oder Exponentialverhaltens gegenüber der nominalen Einspritz-Kennlinie (fup_nom) an diese adaptiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei anhand der Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) in die nominale Einspritz-Kennlinie (fup_nom) verschoben und/oder gedreht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die injektorindividuell typische Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) um die Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) parallel verschoben wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei anhand der Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) ein Teilabschnitt der injektorindividuell typischen Einspritz-Kennlinie (fup₁, fup₂, fup_...) an einen Teilabschnitt der nominalen Einspritz-Kennlinie (fup_nom) adaptiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei durch eine Abweichung (Δmf_1,I, Δmf_2,I, Δmf_...,I; Δti_1,I, Δti_2,I, Δti_...,I) bezüglich einer ersten nominalen Einspritz-Kennlinie (fup_nom,I) eine injektorindividuell typische zweite Einspritz-Kennlinie (Δmf_1,II, Δmf_2,II, Δmf_...,II) an eine zweite nominale Einspritz-Kennlinie (fup_nom,II) adaptiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei bei der Adaption der injektorindividuell typischen zweiten Einspritz-Kennlinie (Δmf_1,II, Δmf_2,II, Δmf_...,II) an die zweite nominale Einspritz-Kennlinie (fup_nom,II), eine Korrekturfunktion (f) oder ein Korrekturwert (f) berücksichtigt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) für das Aufstellen einer korrigierten Einspritz-Kennlinie (fup_1,korr, fup_2,korr, fup_...,korr) nur an einem einzigen Betriebspunkt des Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) der tatsächlichen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf₁, mf₂, mf_...; ti₁, ti₂, ti_...) des Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) von der nominalen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf_nom, ti_nom) in einem Kleinstmengen-Einspritzbereich ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) der tatsächlichen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf₁, mf₂, mf_...; ti₁, ti₂, ti_...) von der nominalen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf_nom, ti_nom) in einem Schubbetrieb eines betreffenden Verbrennungsmotors ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Abweichung (Δmf₁, Δmf₂, Δmf_...; Δti₁, Δti₂, Δti_...) der tatsächlichen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf₁, mf₂, mf_...; ti₁, ti₂, ti_...) von der nominalen Einspritzmenge und/oder Einspritzdauer (mf_nom, ti_nom) durch eine Drehzahländerung aufgrund einer Einspritzung ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren im ballistischen Betriebsbereich, bevorzugt über im Wesentlichen den gesamten ballistischen Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors (1, 2, ...), und/oder in einem Nadelanschlag-Betriebsbereich des Kraftstoffinjektors (1, 2, ...) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftstoffinjektors im Verbrennungsmotor, durchgeführt wird.
Steuerung, insbesondere Motorsteuerung, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 durchzuführen.