WO2013092190A1 - Verfahren und vorrichtung zur nullmengenkalibrierung eines kraftstoffeinspritzventils - Google Patents

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injector
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combustion engine
test
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Michael Walter
Joachim Palmer
Andreas Rupp
Stefan Bollinger
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for calibrating a fuel metering system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
  • Partial injections with relatively small amounts of fuel are calculated as a rule on the basis of a torque request of a corresponding driver.
  • the injection quantities of said partial injections should be as low as possible in order to avoid emission disadvantages.
  • the injection quantities must be large enough so that, taking into account all tolerance sources, the minimum quantity necessary for the corresponding combustion process is always disposed of.
  • Mixture preparation allows reduced exhaust emissions and reduced combustion noise.
  • Manufacturing tolerances occurring in the fuel metering system cause differences in the operating characteristics of the individual injectors, which often only occur over the service life of the respective injectors or the fuel metering system or are even intensified during the service life.
  • the injectors of a fuel metering system usually have different quantity maps, d. H. different dependencies between injection quantities, rail pressure and activation duration. As a result, the various injectors fill the combustion chamber with different amounts of fuel, even with very precise control.
  • a metering of said minimum amounts is based on a so-called zero-quantity calibration. This is described, for example, in the document DE 199 45 618 A1.
  • a single injector is controlled and the actuation period increased until a minimum actuation period changes a set replacement signal, for example.
  • a measurable on the internal combustion engine torque increase, based on which is now recognizable that now Injection or injection has taken place.
  • the then present drive duration corresponds to an operating state in which the injection for the relevant internal combustion engine, ie the cylinder of the internal combustion engine, just starts. This procedure is carried out accordingly with respect to all injectors or cylinders of the internal combustion engine.
  • the nominal activation duration ie the tar- get duration, which would result without application of the function
  • the difference stored non-volatilely is subtracted and the difference stored non-volatilely.
  • the stored differences are added as drive duration correction values to the value that would result without using the present function.
  • a method and a device for calibrating a Kraftstoffzumesssystems an internal combustion engine in which at least one injector is driven with a first test injection with a first test drive duration and thereby resulting first set gene signal is detected.
  • the at least one injector is then driven with at least one second test injection with a deviating from the first drive duration second drive duration and detects a resultant at least second quantity signal.
  • a quantity transfer by switching the injection pattern is performed at a preferably stationary load point, typically at idle.
  • the rail pressure is preset to specific calibration pressures. The calibration of the individual injectors at the individual rail pressure stages is performed sequentially. Disclosure of the invention
  • the calibration method described in the first two documents can be performed only in the aforementioned overrun operation of the internal combustion engine. Such an operating condition is not available with some types of internal combustion engines, such as hybrid engines.
  • the method disclosed in the latter document can also be used without an overrun operation, e.g. while driving an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • An object of the present invention was therefore to provide a method and a
  • an injector to be calibrated with at least two test injections which occur before the at least first pilot injection, wherein the first of the at least two test injections is carried out with a first actuation duration, at which
  • the activation duration of at least one further test injection carried out in a subsequent injection cycle is increased stepwise until a change in an operating variable of the
  • Fuel metering system or the internal combustion engine From the activation duration present with this change of the operating variable, a minimum activation duration of the injector is derived.
  • the calibration is carried out in combination with a customary zero-quantity calibration, wherein an injector to be calibrated is subjected to at least one further test injection occurring before a test injection of the zero-quantity calibration and a change of a quantity signal of the fuel metering system or of the internal combustion engine ascertaining thereby is determined becomes.
  • the activation duration of the chronologically second test injection is selected such that a stable signal level significantly above the noise is achieved when determining the quantity signal by means of zero quantity calibration (NMC).
  • the activation duration of the first test injection is in each case increased gradually, starting from a level at which the injector still does not open, until a change in an operating quantity of the
  • the invention further relates to a device for calibrating a corresponding fuel metering system, which has control means for controlling an injector to be calibrated with at least two test injections taking place temporally before a first pilot injection.
  • the control means also enable the activation of the first test injection with a drive duration at which the injector does not yet open, as well as the stepwise increase of the drive duration.
  • the device further comprises sensor means for detecting a change in an operating variable of the fuel metering system or the internal combustion engine and calculating means for determining a quantity replacement signal of the injector from the present during the change of the operating variable drive duration.
  • the calibration method according to the invention can be carried out in the fired operation of an internal combustion engine and is thus also suitable for hybrid systems.
  • the proposed method produces no noticeable noise during combustion and therefore has no negative effects on the acoustic ride comfort.
  • the proposed method and the device can be used in particular in a common rail diesel injection system.
  • FIGS. 1 a - c show three timing diagrams for illustrating the test injections according to the invention.
  • Figure 2 shows an embodiment of the method according to the invention with reference to a flow chart.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention on the basis of a block diagram.
  • FIG. 1 a shows the injection pattern of a first exemplary embodiment of test injections according to the invention, which are carried out during load operation (also called “fired operation") of an assumed internal combustion engine.
  • load operation also called "fired operation”
  • the drive signal of an affected injector over the time is plotted.
  • the injection pattern shown includes a main injection 100, which are preceded by two pilot injections 105, 1 10 upstream.
  • An additional test injection 15 according to the invention is applied in time before the pre-injections 105, 110.
  • the present diagram shows only such a test injection with a first activation duration t2 - 11, wherein the respective at least second test injection with a (not shown here) increased driving time is driven accordingly at a subsequent time.
  • the time interval t3-t1 between the test injection 15 and the VEl 105 and the actuation duration t2-11 of the test injection 15 are preferably selected such that a fuel pressure wave caused by the test injection 15 in the fuel metering system enhances the effect of changing the operating variable by means of wave superimposition . Due to the additional, temporally upstream test injections, a fuel pressure wave is triggered if necessary, which in turn influences the quantities of the normal injections (main and pilot injections). As long as the injector does not yet open due to a too short activation time of the test injection 15, no pressure wave is triggered. However, as soon as the activation duration is reached, from which the injector opens, a pressure wave begins to form.
  • the characteristic of the pressure wave, as a function of the time interval between the respective injections, is known per se. Therefore, the time interval between the test injections and the normal injections can be selected to enhance the measurement effect underlying the calibration.
  • This amplification effect is shown in FIG. 1 c, where a measured NMK signal in the range of relatively short time intervals (in the range of 100 s in the present case) of a test injection according to the invention is markedly increased.
  • the wavy decrease is an indication of the underlying superposition effect (wave interference).
  • NMK zero-quantity calibration
  • the test injection 120 of the NMK is not affected.
  • the actuation duration of the injection 125 exceeds the minimum actuation duration and the injector thereby opens, a pressure wave is triggered in the fuel system which changes the quantity measured by means of the NMK (or ZFC) set replacement signal.
  • the distance t6 - 14 can Here too, an amplification of the measuring effect due to the triggered pressure wave can be used.
  • FIG. 2 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of the calibration method according to the invention.
  • the calibration of small amounts of fuel is carried out in the example by means of an adaptive method. It goes without saying that the method can also be implemented as a non-adaptive system.
  • the calibration method according to the present invention is started in the load operation of the internal combustion engine 210.
  • An injector to be calibrated is acted upon by at least two test injections 215, 220, which take place additionally and in time before a first pilot injection. This may be only a single pre-injection or two or more, as in the example shown in Figure 1 a act.
  • the activation duration is incrementally increased 225 as long as there are further test injections 220 in subsequent injection cycles until there is an amplitude and / or phase difference Change of a company size of the
  • control duration at which the injector just begins to open i. the
  • the injection times (eg time 't3' in Fig. 1 a) and the driving duration of the normal injections (reference numerals 100, 105 and 1 10 in Fig. 1 a) remain unchanged. Only the activation periods (t2 - 11) of the successive These test injections are varied, but not the actuation times (t1) of the individual test injections.
  • a variable characterizing the rotational uniformity of the internal combustion engine e.g. a speed signal supplied by an engine control unit, the output signal of a lambda probe exhaust gas control or the output signal of an existing in the exhaust gas control lonenstromsonde used.
  • the change in the operating variable such as the speed signal of the internal combustion engine, is evaluated in terms of amplitude and / or phase. In this case, the change of the operating size by means of linear
  • a break point is evaluated, or by means of conventional curve discussion (determination MIN / MAX or inflection point). This break point is considered defining the injector behavior. From the determined minimum drive duration, a value of a nominal minimum drive duration determined beforehand at a reference injector is subtracted 240 and the resultant difference value is used as a correction value for the fuel metering system and / or the internal combustion engine 245. The determined difference value can be used as a learned correction value in an adaptive car. be stored 250 libr michssystem.
  • the correction value can be determined at at least two different rail pressures and the resulting learning values can be stored as a rail pressure-dependent characteristic curve.
  • the rail pressure on which it is based can advantageously be selected in accordance with the rail pressure resulting during normal driving and must in any case only be “frozen” for short calibration sequences of a few camshaft revolutions.
  • the learning values are not determined for each injector at fixed pressure levels, as is the case in the prior art (eg Nullmengenkalibri für), but filed as a rail horrine characteristic. This eliminates the need for interpolation / extrapolation of learned values over various values of rail pressure.
  • the classical push operation is used as a stationary point (see above release condition). This allows a combination of the present method with the known method of Nullmengenkalibri für (NMK).
  • test injections In addition to a normal NMK test injection with a control duration which corresponds to a typical pre-injection quantity (eg 1 -2 mm 3 / H), according to the invention further successive test injections are applied and their respective activation duration is varied as described below. As long as the upstream injector control does not lead to the opening of the injector, a relatively constant and clearly above the noise level measurable quantity replacement signal is generated. As soon as the additional activation of the test injections according to the invention leads to the opening of the injector, a sharp bend in the quantity replacement signal can be detected. Again, the above-described pressure wave effect can be used to amplify the measurement signal.
  • a typical pre-injection quantity eg 1 -2 mm 3 / H
  • the measurement signal is evaluated both in magnitude and in phase.
  • the excitation through each of the two cylinders is introduced onto the drive train and adapts itself to amount and phase to a total vibration. Since the angle between the two cylinders is known, by measuring the magnitude and phase of the total vibration, the magnitude of the two individual vibrations can be determined.
  • the method can also be combined with a regression algorithm described in DE 10 2008 002 482 A1.
  • the quantity signals are stored as a function of actuation duration and rail pressure, and a map smoothing described there is performed.
  • FIG. 3 shows, in the form of a block diagram of essential functional elements, a fuel metering system of an internal combustion engine known from the prior published patent application DE 10 2008 002 482 A1, in which the present invention can be used with the stated advantages.
  • the fuel metering system shown is preferably arranged in a self-igniting or directly injecting motor vehicle engine.
  • An internal combustion engine 310 indicated only schematically receives a certain quantity of fuel from a fuel metering unit 330 at a specific point in time.
  • Various sensors 340 detect measured values 315 which characterize the operating state of the internal combustion engine and forward these to a control device 320.
  • the control device 320 is also supplied with various output signals 325 from further sensors 345. These sensors detect operating variables that characterize the state of the fuel metering unit and / or environmental conditions. Such a size is for example the driver's request.
  • the control unit 320 calculates - based on the measured values 315 and the other variables 325 - drive pulses 335, with which the fuel metering unit 330 is acted upon.
  • the fuel metering unit 330 may be configured differently.
  • a distributor pump can be used in which a solenoid valve determines the time and / or the duration of fuel injection. injection determined.
  • the fuel metering unit can be designed as a common rail system.
  • a high-pressure pump compresses fuel in a memory. From this memory then the fuel passes through injectors into the combustion chambers of the internal combustion engine. The duration and / or the beginning of the fuel injection is controlled by the injectors.
  • the injectors preferably include a solenoid valve or a piezoelectric actuator.
  • the control unit 320 calculates in known manner the fuel quantity to be injected into the internal combustion engine. This calculation takes place as a function of various measured values 315, such as, for example, the rotational speed n or operating temperature of the internal combustion engine 310, the actual start of injection, and optionally further variables 325, which characterize the operating state of the vehicle. These other variables include the position of the accelerator pedal or the pressure and the temperature of the ambient air. Furthermore, it can be provided that a torque request is specified by other control units, such as the transmission control.
  • the controller 320 then sets the desired amount of fuel in Anêtim- pulse. With these drive pulses then the quantity-determining member of the fuel metering unit is acted upon.
  • the quantity-determining member is the said electrically operated valve. This electrically operated valve is arranged so that the amount of fuel to be injected is determined by the opening duration or by the closing duration of the valve.
  • Fuel metering devices such as conventional injectors or piezo-controlled injectors includes, since the application of the present invention does not depend on technical features of these devices.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zeitlich vor einer Haupteinspritzung mindestens eine Voreinspritzung erfolgt, wobei ein zu kalibrierender Injektor mit wenigstens zwei zeitlich vor der mindestens ersten Voreinspritzung erfolgenden Testeinspritzungen beaufschlagt wird, wobei die erste Testeinspritzung mit einer ersten Ansteuerdauer durchgeführt wird, bei welcher der Injektor noch nicht öffnet, wobei die wenigstenszweite Testeinspritzung in einem nachfolgenden Einspritzzyklus mit einer gegenüber der ersten Testeinspritzung jeweils schrittweise erhöhten Ansteuerdauer durchgeführt wird, bis sich eine Änderung einer Betriebsgröße des Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine einstellt, und wobei aus der bei dieser Änderung der Betriebsgröße vorliegenden Ansteuerdauer eine Mindestansteuerdauer des Injektors ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR NULLMENGENKALIBRIERUNG EINES KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTILS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
In heutigen Kraftstoffeinspritzsystemen der hier umfassten Art, wie bspw. in
Common-Rail-Diesel-Einspritzsystemen, erfolgen zur Verbesserung einer
Gemischaufbereitung zeitgleich vor einer entsprechenden Haupteinspritzung
Teileinspritzungen mit relativ kleinen Kraftstoff mengen. Die genannte Haupteinspritzung wird dabei in der Regel auf Basis einer Momentenanforderung eines entsprechenden Fahrers berechnet. Die Einspritzmengen der genannten Teileinspritzungen sollen möglichst gering sein, um Emissionsnachteile zu vermeiden.
Andererseits müssen die Einspritzmengen groß genug sein, damit unter Berücksichtigung aller Toleranzquellen stets die für den entsprechenden Verbrennungs- prozess notwendige Mindestmenge abgesetzt wird. Eine derart verbesserte
Gemischaufbereitung ermöglicht reduzierte Abgasemissionen sowie verringerte Verbrennungsgeräusche.
Die geringen Kraftstoffmengen bei den genannten Teileinspritzungen erfordern eine präzise Zumessung der jeweiligen Einspritzmengen. Fällt eine Teileinspritzung gänzlich weg, bspw. weil eine vorliegende Einspritzkomponente, bei Com- mon-Rail-Einspritzsystemen ein Injektor, aufgrund von üblichen Toleranzen bei einem zugrundeliegenden Ansteuersignal noch nicht einspritzt, hat dies erhebliche Auswirkungen auf den Betrieb der Brennkraftmaschine, was sich bspw.
durch erhöhte Geräuschentwicklung bei der Verbrennung äußert. Bei den genannten Common-Rail-Diesel-Einspritzsystemen werden mittels eines Hochdruckspeichers, eines sogenannten "Rails", Druckerzeugung und Einspritzung voneinander entkoppelt, wobei der Einspritzdruck unabhängig von der Mo- tordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt wird und in dem Hochdruckspeicher für die Einspritzung zur Verfügung steht. Der jeweilige Einspritzzeitpunkt und die jeweilige Einspritzmenge werden dabei in einem elektronischen Motorsteuergerät berechnet und von den entsprechenden Injektoren jedes Zylinders der Brennkraftmaschine über ferngesteuerte Ventile zugesetzt. Es ist dabei zu gewährleis- ten, dass die genannten Teileinspritzungen stets mit möglichst hoher Präzision verwirklicht werden.
Bei der Herstellung von Injektoren eines entsprechenden
Kraftstoffzumesssystems auftretende Fertigungstoleranzen bedingen Unter- schiede in den Betriebskenngrößen der einzelnen Injektoren, welche oft erst über die Lebensdauer der jeweiligen Injektoren bzw. des Kraftstoffzumessystems auftreten oder während der Lebensdauer sogar noch verstärkt werden. Dazu kommt, dass die Injektoren eines Kraftstoffzumesssystems üblicherweise unterschiedliche Mengenkennfelder aufweisen, d. h. unterschiedliche Abhängigkeiten zwischen Einspritzmengen, Raildruck und Ansteuerdauer. Dies führt dazu, dass die verschiedenen Injektoren den entsprechenden Verbrennungsraum auch bei sehr präziser Ansteuerung mit unterschiedlichen Mengen an Kraftstoff füllen.
Eine wesentliche Toleranzquelle für die Mengengenauigkeit der Voreinspritzung ist daher die sogenannte "Drift" des jeweiligen Injektors, d.h. die über die Lebensdauer des Injektors sich stetig ändernden Betriebskenngrößen.
Eine Zumessung der genannten Minimalmengen erfolgt auf Grundlage einer sogenannten Nullmengenkalibrierung. Diese ist bspw. in der Druckschrift DE 199 45 618 A1 beschrieben. Dabei wird im sogenannten "Schubbetrieb" der jeweiligen Brennkraftmaschine ein einzelner Injektor angesteuert und die Ansteuerdauer so lange schrittweise erhöht, bis sich bei einer Mindestansteuerdauer eine Änderung eines Mengenersatzsignals einstellt, bspw. eine an der Brennkraftmaschine messbare Drehmomentenerhöhung, anhand derer kenntlich ist, dass nunmehr eine Einspritzung bzw. Injektion stattgefunden hat. Die dann vorliegende Ansteuerdauer entspricht einem Betriebszustand, bei dem die Einspritzung für die betreffende Brennkraftmaschine, d. h. den Zylinder der Brennkraftmaschine, gerade einsetzt. Diese Vorgehensweise wird bezüglich aller Injektoren bzw. Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend durchgeführt. Von den dabei gewonnenen Ansteuerdauerwerten wird die nominale Ansteuerdauer, d.h. die An- steuerdauer, die sich ohne Anwendung der Funktion ergeben würde, abgezogen und die Differenz nichtflüchtig gespeichert. Bei einer nachfolgenden Ansteuerung der Injektoren im befeuerten Betrieb, werden die abgespeicherten Differenzen als Ansteuerdauerkorrekturwerte zu dem Wert, der sich ohne Verwendung der vorliegenden Funktion ergeben würde, hinzuaddiert.
Aus der DE 10 2008 002 482 A1 ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem wenigstens ein Injektor mit einer ersten Testeinspritzung mit einer ersten Testansteuerdauer angesteuert wird und ein sich dabei ergebendes erstes Men- gensignal erfasst wird. Der wenigstens eine Injektor wird danach mit wenigstens einer zweiten Testeinspritzung mit einer von der ersten Ansteuerdauer abweichenden zweiten Ansteuerdauer angesteuert und ein sich dabei ergebendes wenigstens zweites Mengensignal erfasst. Auf der Grundlage der ersten Mindestansteuerdauer und der wenigstens zweiten Mindestansteuerdauer sowie des ersten Mengensignals und des mindestens zweiten Mengensignals wird sodann eine
Regressionsberechnung durchgeführt. Mit Hilfe des darin vorgestellten Verfahrens kann das Lernverfahren bei der Nullmengenkalibrierung verbessert werden, indem die für das Lernen eines Kalibrierwertes benötigte Zeit verringert wird. In der DE 10 2008 043 165 A1 ist zudem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Kalibrierung der Einspritzmenge einer Teileinspritzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem ein Korrekturwert für eine Teileinspritzung in einen einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine durch Stimulation eines Einspritzmusters und durch Verändern einer durch das Einspritzmuster verursachten Drehzahlschwingung der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Hierzu wird an einem vorzugsweise stationären Lastpunkt, typischerweise im Leerlauf, eine Mengenumlagerung durch Umschaltung des Einspritzmusters durchgeführt. Dazu wird der Raildruck gezielt auf jeweilige Kalibrierdrücke voreingestellt. Die Kalibrierung der einzelnen Injektoren bei den einzelnen Raildruckstufen erfolgt dabei sequenziell. Offenbarung der Erfindung
Die in den ersten beiden Druckschriften beschriebenen Kalibrierverfahren können nur im vorgenannten Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Ein solcher Betriebszustand steht bei einigen Brennkraftmaschinentypen, wie beispielsweise Hybridmaschinen, nicht zur Verfügung.
Das in der zuletzt genannten Druckschrift offenbarte Verfahren kann auch ohne Schubbetrieb, z.B. im Fahrbetrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahr- zeugs, erfolgen. Jedoch ist die Verstellung des Raildrucks, insbesondere die
Umschaltung des Einspritzmusters, akustisch vernehmbar und daher im Bereich von Personenkraftfahrzeugen aufgrund des verminderten Fahrkomforts nicht akzeptabel. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Kalibrierung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche keinen Einfluss auf den Fahrkomfort aufgrund von Geräuschentwicklung haben und welche überdies auch für Hybridsysteme geeignet sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 bzw. einer entsprechenden Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 1 . Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen formuliert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zur Kalibrierung eines hier betroffenen Kraftstoffzumesssystems vorgesehen, einen zu kalibrierenden Injektor mit wenigstens zwei zeitlich vor der mindestens ersten Voreinspritzung erfolgenden Testeinspritzungen zu beaufschlagen, wobei die erste der wenigstens zwei Test- einspritzungen mit einer ersten Ansteuerdauer durchgeführt wird, bei welcher der
Injektor noch nicht öffnet. Die Ansteuerdauer wenigstens einer weiteren, in einem nachfolgenden Einspritzzyklus durchgeführten Testeinspritzung wird solange schrittweise erhöht, bis sich eine Änderung einer Betriebsgröße des
Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine einstellt. Aus der bei die- ser Änderung der Betriebsgröße vorliegenden Ansteuerdauer wird eine Mindest- ansteuerdauer des Injektors abgeleitet. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kalibrierung in Kombination mit einer üblichen Nullmengenkalibrierung, wobei ein zu kalibrierender Injektor mit wenigstens einer zeitlich vor einer Testeinspritzung der Nullmengenkalibrierung erfolgenden weiteren Testeinspritzung beaufschlagt wird und dass eine sich dabei einstellende Änderung eines Mengensignals des Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Die Ansteuerdauer der zeitlich zweiten Testeinspritzung wird so gewählt das bei der Ermittlung des Mengensignals mittels Nullmengenkalibrierung (NMK) ein stabiles Signalniveau deutlich oberhalb des Rauschens erzielt wird.
Die Ansteuerdauer der ersten Testeinspritzung wird ausgehend von einem Niveau, bei dem der Injektor sicher noch nicht öffnet, jeweils schrittweise erhöht, und zwar solange, bis sich eine Änderung einer Betriebsgröße des
Kraftstoffzumesssystems insbesondere des Mengenersatzsignals oder der Brennkraftmaschine einstellt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines entsprechenden Kraftstoffzumesssystems, welche Steuermittel zur Ansteuerung eines zu kalibrierenden Injektors mit wenigstens zwei zeitlich vor einer ersten Voreinspritzung erfolgenden Testeinspritzungen aufweist. Die Steuermittel ermöglichen ferner die Ansteuerung der ersten Testeinspritzung mit einer Ansteuerdauer, bei welcher der Injektor noch nicht öffnet, sowie die schrittweise Erhöhung der Ansteuerdauer. Die Vorrichtung umfasst ferner Sensormittel zur Erfassung einer Änderung einer Betriebsgröße des Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine sowie Rechenmittel zur Ermittlung eines Mengenersatzsignals des Injektors aus der bei der Änderung der Betriebsgröße vorliegenden Ansteuerdauer.
Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren lässt sich im befeuerten Betrieb einer Brennkraftmaschine durchführen und ist damit auch für Hybridsysteme geeignet. Darüber hinaus erzeugt das vorgeschlagene Verfahren keine auffälligen Geräusche bei der Verbrennung und hat demnach keine negativen Auswirkungen auf den akustischen Fahrkomfort. Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung können insbesondere in einem Common-Rail-Diesel-Einspritzsystem zur Anwendung kommen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 a - c zeigen drei Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Testeinspritzungen.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockdiagramms.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Figur 1 a ist das Einspritzmuster eines ersten Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßer Testeinspritzungen gezeigt, welche im Lastbetrieb (auch "befeuerter Betrieb" genannt) einer angenommenen Brennkraftmaschine durchgeführt werden. In dem Diagramm ist das Ansteuersignal eines betroffenen Injektors über der Zeit (Ansteuerdauer) aufgetragen.
Das gezeigte Einspritzmuster umfasst eine Haupteinspritzung 100, denen zwei Voreinspritzungen 105, 1 10 zeitlich vorgeschaltet sind. Eine gemäß der Erfindung zusätzliche Testeinspritzung 1 15 wird zeitlich vor den Voreinspritzungen 105, 1 10 appliziert. Das vorliegende Diagramm zeigt nur eine solche Testeinspritzung mit einer ersten Ansteuerdauer t2 - 11 , wobei die jeweils wenigstens zweite Testeinspritzung mit einer (hier nicht gezeigten) erhöhten Ansteuerdauer zu einem nachfolgenden Zeitpunkt entsprechend angesteuert wird.
Der zeitliche Abstand t3 - t1 zwischen der Testeinspritzung 1 15 und der VEl 105 sowie die Ansteuerdauer t2 - 11 der Testeinspritzung 1 15 sind vorzugsweise so gewählt, dass eine im Kraftstoffzumesssystem durch die Testeinspritzung 1 15 verursachte Kraftstoffdruckwelle den Effekt der Änderung der Betriebsgröße mittels Wellenüberlagerung verstärkt. Durch die zusätzlichen, zeitlich vorgelagerten Testeinspritzungen wird gegebenenfalls eine Kraftstoffdruckwelle ausgelöst, die wiederum die Mengen der normalen Einspritzungen (Haupt- und Voreinspritzungen) beeinflusst. Solange der Injektor wegen einer zu geringen Ansteuerdauer der Testeinspritzung 1 15 noch nicht öffnet, wird keine Druckwelle ausgelöst. Sobald jedoch die Ansteuerdauer erreicht ist, ab welcher der Injektor öffnet, beginnt sich eine Druckwelle auszubilden.
Die Charakteristik der Druckwelle, in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zwischen den jeweiligen Einspritzungen, ist an sich bekannt. Daher kann der zeitliche Abstand zwischen den Testeinspritzungen und den normalen Einspritzungen so gewählt werden, dass der bei der Kalibrierung zugrunde liegende Messeffekt verstärkt wird. Dieser Verstärkungseffekt ist in Figur 1 c gezeigt, wo ein gemessenes NMK-Signal im Bereich von relativ geringen zeitlichen Abständen (vorliegend im Bereich von 100 s) einer erfindungsgemäßen Testeinspritzung deutlich erhöht ist. Die wellenförmige Abnahme ist ein Hinweis auf den dabei zugrunde liegenden Überlagerungseffekt (Welleninterferenz).
Bei dem in der Figur 1 b gezeigten Einspritzmuster wird im Schubbetrieb eine im Stand der Technik bekannte Nullmengenkalibrierung (NMK) durchgeführt. Erfindungsgemäß werden zeitlich vor der NMK-Injektoransteuerung 120 wenigstens zwei erfindungsgemäße Testeinspritzungen 125 durchgeführt.
Solange die Ansteuerdauer der Testeinspritzung 125 noch so klein ist, dass der Injektor noch nicht öffnet, wird die Testeinspritzung 120 der NMK nicht beeinflusst. Sobald die Ansteuerdauer der Einspritzung 125 die Mindestansteuerdauer überschreitet und der Injektor dadurch öffnet, wird eine Druckwelle im Kraftstoff- System ausgelöst, welche die mittels des NMK- (bzw. ZFC)-Mengenersatzsignals gemessene Menge verändert. Durch geschickte Wahl des Abstandes t6 - 14 kann auch hier ein Verstärkung des Messeffektes aufgrund der ausgelösten Druckwelle genutzt werden.
Die Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfin- dungsgemäßen Kalibrierverfahrens. Die Kalibrierung von Kleinmengen an Kraftstoff erfolgt in dem Beispiel anhand eines lernfähigen Verfahrens. Es versteht sich, dass das Verfahren auch als nicht lernfähiges System realisiert werden kann. Um eine präzise Kalibrierung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, stationäre Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorab zu definieren, die als Freigabebedingung für das beschriebene Lernverfahren dienen. Beispielsweise können Stationärpunkte eines Emissionstests verwendet werden. Gemäß dem Verfahren erfolgt daher zunächst eine Freigabeprüfung 200.
Bei erfolgter Freigabe 205 wird das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren vorliegend im Lastbetrieb der Brennkraftmaschine gestartet 210. Ein zu kalibrierender Injektor wird mit wenigstens zwei Testeinspritzungen beaufschlagt 215, 220, welche zusätzlich und zeitlich vor einer ersten Voreinspritzung erfolgen. Dabei kann es sich nur um eine einzelne Voreinspritzung oder um zwei oder mehrere, wie in dem in Figur 1 a gezeigten Beispiel, handeln.
Ausgehend von einer ersten Testeinspritzung 215 mit einer relativ kurzen Ansteuerdauer, bei welcher der Injektor sicher noch nicht öffnet, wird die Ansteuer- dauer bei weiteren, in jeweils nachfolgenden Einspritzzyklen erfolgenden Testeinspritzungen 220 solange schrittweise erhöht 225, bis sich eine amplituden- und/oder phasenmäßige Änderung einer Betriebsgröße des
Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Änderung eines Drehzahlsignals, einstellt 230. Es wird demnach diejenige An- steuerdauer ermittelt, bei welcher der Injektor gerade zu Öffnen beginnt, d.h. die
Mindestansteuerdauer bzw. Ansteuerdauer zur sogenannten "Nullmenge".
Die Einspritzzeitpunkte (z.B. Zeitpunkt 't3' in Fig. 1 a) und die Ansteuerdauern der normalen Einspritzungen (Bezugszeichen 100, 105 und 1 10 in Fig. 1 a) bleiben dabei unverändert. Lediglich die Ansteuerdauern (t2 - 11 ) der aufeinander fol- genden Testeinspritzungen werden variiert, jedoch nicht die Ansteuerzeitpunkte (t1 ) der einzelnen Testeinspritzungen.
Als Betriebsgröße wird bevorzugt eine die Drehgleichförmigkeit der Brennkraft- maschine charakterisierende Größe, z.B. ein von einem Motorsteuergerät geliefertes Drehzahlsignal, das Ausgangssignal einer Lambdasonde einer Abgasregelung oder das Ausgangssignal einer bei der Abgasregelung vorhandene lonen- stromsonde verwendet. Die Änderung der Betriebsgröße, wie beispielsweise des Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine, wird bezüglich Amplitude und/oder Phase ausgewertet. Dabei kann die Änderung der Betriebsgröße mittels linearer
Regression und Bestimmung eines Knickpunktes ausgewertet wird, oder mittels üblicher Kurvendiskussion (Bestimmung MIN/MAX oder Wendepunkt). Dieser Knickpunkt wird als das Injektorverhalten definierend angesehen. Von der ermittelten Mindestansteuerdauer wird ein im Vorfeld an einem Referenzinjektor ermittelter 235 Wert einer nominalen Mindestansteuerdauer subtrahiert 240 und der sich dabei ergebende Differenzwert als Korrekturwert für das Kraftstoffzumesssystem und/oder die Brennkraftmaschine verwendet 245. Der ermittelte Differenzwert kann als gelernter Korrekturwert in einem lernfähigen Ka- librierungssystem abgelegt werden 250.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens in einem ein Common-Rail-System aufweisenden Kraftstoffzumesssystem einer selbstzündenden Brennkraftmaschine kann der Korrekturwert bei wenigstens zwei ver- schiedenen Raildrücken ermittelt werden und die sich dabei ergebenden Lernwerte als raildruckabhängige Kennlinie abgelegt werden.
Der dabei zugrunde liegende Raildruck kann vorteilhaft entsprechend dem im normalen Fahrbetrieb sich ergebenden Raildruck gewählt werden und muss al- lenfalls nur für kurze Kalibrierungssequenzen von wenigen Nockenwellenumdrehungen "eingefroren" werden. Die Lernwerte werden hierbei nicht für jeden Injektor bei fest vorgegebenen Druckstufen ermittelt, wie es im Stand der Technik (z.B. Nullmengenkalibrierung) der Fall ist, sondern als raildruckabhängige Kennlinie abgelegt. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit einer lnter-/Extrapolation von Lernwerten über verschiedene Werte des Raildrucks. Bei der in Figur 1 b gezeigten Variante wird der klassische Schubbetrieb als Stationärpunkt (siehe vorbeschriebene Freigabebedingung) genutzt. Dies ermöglicht eine Kombination des vorliegenden Verfahrens mit der an sich bekannten Methode der Nullmengenkalibrierung (NMK). Zusätzlich zu einer normalen NMK- Testeinspritzung mit einer Ansteuerdauer, welche einer typischen Voreinspritz- menge entspricht (z.B. 1 -2 mm3/H) werden erfindungsgemäß sukzessive weitere Testeinspritzungen appliziert und deren jeweilige Ansteuerdauer, wie nachfolgend beschrieben, variiert. Solange die zeitlich vorgelagerte Injektoransteuerung noch nicht zum Öffnen des Injektors führt, wird ein relativ konstantes und deutlich oberhalb des Rauschniveaus messbares Mengenersatzsignal erzeugt. Sobald die zusätzliche Ansteuerung der erfindungsgemäßen Testeinspritzungen zum Öffnen des Injektors führt, kann ein scharfer Knick im Mengenersatzsignal detek- tiert werden. Auch hier kann der vorbeschriebene Druckwelleneffekt zur Verstärkung des Messsignals genutzt werden.
Der Vorteil gegenüber dem im Stand der Technik bekannten NMK-Verfahren besteht darin, dass bei der NMK das Übertragungsverhalten des Antriebsstranges für jede Variante detailliert vermessen werden muss, um den quantitativen Zusammenhang zwischen gemessenem Mengenersatzsignal und der tatsächlich eingespritzten Menge herstellen zu können, wohingegen beim vorliegenden Verfahren eine reine Knickerkennung ausreicht. Bei der Knickerkennung ist die Kenntnis des genannten quantitativen Zusammenhangs nicht erforderlich, sondern lediglich die Kenntnis der zugrunde liegenden Proportionalität (da reine De- tektion des Übergangs 'Injektor öffnet nicht' nach 'Injektor öffnet').
Alternativ zur Anregung mit Nockenwellenfrequenz, wobei der zu kalibrierende Injektor oder Zylinder bei jedem Arbeitsspiel eine zusätzliche Testeinspritzung erfährt, kann die zusätzliche Testeinspritzung auch mit halber, einem Drittel, etc. Nockenwellenfrequenz erfolgen. Vorteil dieser Alternative ist, dass eine soge- nannte Laufruheregelung oder "Fuel Balance Control" (FBC) hierzu nicht abgeschaltet werden muss, da sie aufgrund ihrer Drehzahlauswertungsmethode für die halbe Nockenwellenfrequenz und deren Harmonische "blind" ist. Eine entsprechende FBC/MAR-Frequenzauswertung ist beispielsweise in der vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 195 27 218 A1 , insbesondere der dortigen Fi- gur 2, beschrieben. Es ist ferner anzumerken, dass das beschriebene Verfahren auch auf zwei Zylindern einer Brennkraftmaschine gleichzeitig erfolgen kann. In diesem Fall wird das Messsignal sowohl nach Betrag als auch nach Phase ausgewertet. Die Anregung durch jeden der beiden Zylinder wird auf den Antriebstrang eingebracht und ad- diert sich nach Betrag und Phase zu einer Gesamtschwingung. Da der Winkel zwischen den beiden Zylindern bekannt ist, kann durch Messung von Betrag und Phase der Gesamtschwingung, der Betrag der beiden Einzelschwingungen ermittelt werden.
Das Verfahren kann zudem mit einem in der DE 10 2008 002 482 A1 beschriebenen Regressionsalgorithmus kombiniert werden. Hierzu werden die Mengensignale in Abhängigkeit von Ansteuerdauer und Raildruck abgelegt und eine dort beschriebene Kennfeldglättung durchgeführt.
Die Figur 3 zeigt, in Form eines Blockdiagramms wesentlicher Funktionselemente, ein aus der vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 10 2008 002 482 A1 bekanntes Kraftstoffzumesssystem einer Brennkraftmaschine, bei dem die vorliegende Erfindung mit den genannten Vorteilen einsetzbar ist. Das gezeigte Kraftstoffzumesssystem ist bevorzugt in einem selbstzündenden oder direkt einspritzenden Kraftfahrzeugmotor angeordnet.
Eine nur schematisch angedeutete Brennkraftmaschine 310 erhält von einer Kraftstoffzumesseinheit 330 eine bestimmte Kraftstoffmenge zu einem bestimmten Zeitpunkt zugemessen. Verschiedene Sensoren 340 erfassen Messwerte 315, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, und leiten diese zu einem Steuergerät 320. Dem Steuergerät 320 werden ferner verschiedene Ausgangssignale 325 weiterer Sensoren 345 zugeleitet. Diese Sensoren erfassen Betriebsgrößen, die den Zustand der Kraftstoffzumesseinheit und/oder Umweltbedingungen charakterisieren. Eine solche Größe ist beispielsweise der Fahrerwunsch. Das Steuergerät 320 berechnet - ausgehend von den Messwerten 315 und den weiteren Größen 325 - Ansteuerimpulse 335, mit denen die Kraftstoffzumesseinheit 330 beaufschlagt wird.
Die Kraftstoffzumesseinheit 330 kann verschieden ausgestaltet sein. So kann beispielsweise als Kraftstoffzumesseinheit eine Verteilerpumpe eingesetzt werden, bei der ein Magnetventil den Zeitpunkt und/oder die Dauer der Kraftstoffein- spritzung bestimmt. Des Weiteren kann die Kraftstoffzumesseinheit als Common- Rail-System ausgebildet sein. Bei diesem verdichtet eine Hochdruckpumpe Kraftstoff in einem Speicher. Von diesem Speicher gelangt dann der Kraftstoff über Injektoren in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Die Dauer und/oder der Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird mittels der Injektoren gesteuert. Dabei beinhalten die Injektoren vorzugsweise ein Magnetventil bzw. einen piezoelektrischen Aktor.
Das Steuergerät 320 berechnet in bekannter Weise die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge. Diese Berechnung erfolgt abhängig von verschiedenen Messwerten 315, wie beispielsweise der Drehzahl n oder Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 310, dem tatsächlichen Einspritzbeginn und optional noch weiteren Größen 325, die den Betriebszustand des Fahrzeugs kennzeichnen. Diese weiteren Größen sind beispielsweise die Stellung des Fahrpedals oder der Druck und die Temperatur der Umgebungsluft. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass von anderen Steuereinheiten, wie beispielsweise der Getriebesteuerung, ein Momentenwunsch vorgegeben wird.
Das Steuergerät 320 setzt dann die gewünschte Kraftstoff menge in Ansteuerim- pulse um. Mit diesen Ansteuerimpulsen wird dann das mengenbestimmende Glied der Kraftstoffzumesseinheit beaufschlagt. Als mengenbestimmendes Glied dient das genannte elektrisch betätigte Ventil. Dieses elektrisch betätigte Ventil ist so angeordnet, dass durch die Öffnungsdauer bzw. durch die Schließdauer des Ventils die einzuspritzende Kraftstoff menge festgelegt wird.
Es versteht sich, dass der hierin beschriebene Injektor auch andere
Kraftstoffzumesseinrichtungen wie beispielsweise herkömmliche Einspritzventile oder piezo-gesteuerte Einspritzventile umfasst, da die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht von technischen Merkmalen dieser Einrichtungen abhängig ist.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Kalibrierung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zeitlich vor einer Haupteinspritzung mindestens eine Voreinspritzung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu kalibrierender
Injektor mit wenigstens zwei zeitlich vor der mindestens ersten Voreinspritzung erfolgenden Testeinspritzungen beaufschlagt wird, wobei die erste Testeinspritzung mit einer ersten Ansteuerdauer durchgeführt wird, bei welcher der Injektor noch nicht öffnet, wobei die wenigstens zweite Testeinsprit- zung in einem nachfolgenden Einspritzzyklus mit einer gegenüber der ersten
Testeinspritzung jeweils schrittweise erhöhten Ansteuerdauer durchgeführt wird, bis sich eine Änderung einer Betriebsgröße des
Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine einstellt, und wobei aus der bei dieser Änderung der Betriebsgröße vorliegenden Ansteuerdauer eine Mindestansteuerdauer des Injektors ermittelt wird.
2. Verfahren zur Kalibrierung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in dem eine Nullmengenkalibrierung durchgeführt wird, da- durch gekennzeichnet, dass ein zu kalibrierender Injektor mit wenigstens einer zeitlich vor einer Testeinspritzung der Nullmengenkalibrierung erfolgenden weiteren Testeinspritzung beaufschlagt wird und dass eine sich dabei einstellende Änderung eines Mengensignals des Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsgröße die Drehgleichförmigkeit der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe oder ein Ausgangssignal einer Lambdasonde oder ein Ausgangssignal einer lonenstromsonde verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine bezüglich Amplitude und/oder Phase ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Betriebsgröße mittels linearer Regression und Bestimmung eines Knickpunktes ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der ermittelten Mindestansteuerdauer eine an einem Referenzinjektor ermittelte nominale Mindestansteuerdauer subtrahiert wird und der sich dabei ergebende Differenzwert als Korrekturwert für das
Kraftstoffzumesssystem und/oder die Brennkraftmaschine verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert als gelernter Korrekturwert in einem lernfähigen Kalibrierungssystem abgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 zur Anwendung in einem ein Common-Rail- System aufweisenden Kraftstoffzumesssystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert bei wenigstens zwei verschiedenen Raildrücken ermittelt wird und die sich dabei ergebenden Lernwerte als raildruckabhängige Kennlinie abgelegt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen den wenigstens zwei Testeinspritzungen und der mindestens einen Voreinspritzung so eingestellt wird, dass eine im Kraftstoffzumesssystem durch die wenigstens zwei Testeinspritzungen verursachte Kraftstoffdruckwelle den Effekt der Änderung der Betriebsgröße mittels Wellenüberlagerung verstärkt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Testeinspritzungen im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Vorrichtung zur Kalibrierung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zeitlich vor einer Haupteinspritzung mindestens eine Voreinspritzung erfolgt, gekennzeichnet durch Steuermittel zur Ansteuerung eines zu kalibrierenden Injektors mit wenigstens zwei zeitlich vor der mindestens ersten Voreinspritzung erfolgenden Testeinspritzungen, zur Ansteuerung der ersten Testeinspritzung mit einer ersten Ansteuerdauer, bei welcher der Injektor noch nicht öffnet, und zur Ansteuerung der wenigstens zweiten Testeinspritzung mit einer gegenüber der ersten Testeinspritzung jeweils schrittweise erhöhten Ansteuerdauer, durch Sensormittel zur Erfassung einer Änderung einer Betriebsgröße des Kraftstoffzumesssystems oder der Brennkraftmaschine, und durch Rechenmittel zur Ermittlung einer Mindest- ansteuerdauer des Injektors aus der bei der Änderung der Betriebsgröße vorliegenden Ansteuerdauer.
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