DE19937148B4 - Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmengen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmengen von Injektoren einer Brennkraftmaschine, welche aus einer gemeinsamen Druckleitung gespeist werden gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Die
DE 197 12 143 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmengen von Injektoren einer Brennkraftmaschine, welche aus einer gemeinsamen Druckleitung gespeist werden, in der Kraftstoff unter Druck zur Einspritzung bereitgestellt wird. Die Kraftstoffeinspritzung ist in wenigstens eine erste Teileinspritzung und eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt. Ein für die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmendes Signal ist mit einem Korrekturwert korrigierbar. Der Korrekturwert wird multiplikativ aus einem ersten Wert und einem zweiten Wert gebildet. Dieser Körrekturwert berücksichtigt Schwankungen des Kraftstoffdrucks zwischen einer Messung des Kraftstoffdrucks und der zweiten Teileinspritzung. - Aus der
DE 197 20 378 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung der Öffnungszeit eines Einspritzventils eines Common-Rail-Systems bekannt. Die Einspritzdauer wird ausgehend von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Druck im Common-Rail-System aus einem Kennfeld ausgelesen. Der Wert des Drucks im Common-Rail wird um einen bestimmten Betrag korrigiert, der sich aus dem Schwingungsverhalten des Kraftstoffs in Abhängigkeit von dessen Kompressibilität, der entnommenen Kraftstoffmenge bei einem vorausgehenden Einspritzvorgang und der Zeit zwischen dem wenigstens einen vorausgehenden Einspritzvorgang und dem aktuellen Einspritzvorgang ergibt. - Die DE
197 00 738 C1 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmengen von Injektoren, welche fluidisch mit einer gemeinsamen Druckleitung verbunden sind, in der Kraftstoff unter statischem Nenndruck bereitgestellt ist. Eine Steuereinheit ermittelt die dem vorliegenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge und führt jedem Injektor ein individuelles Einspritzsignal zu. Der jeweilige Injektor wird für eine der Einspritzmenge entsprechende Einspritzdauer geöffnet, wobei der Kraftstoffdruck in der Druckleitung berücksichtigt wird. Der statische Druck drängt bei geeigneter Wahl der Einspritzdauer die gewünschte Einspritzmenge durch den geöffneten Injektor. Die Kraftstoffzumessung aller Zylinder der Brennkraftmaschine aus einer gemeinsamen Kraftstoffdruckleitung wird auch als Common-Rail-Einspritzung bezeichnet. Bei dem bekannten Verfahren werden unterschiedliche Durchsätze der einzelnen Injektoren, die toleranzbedingt oder aufgrund der Bildung von Ablagerungen mit zunehmender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine auftreten, bei allen Injektoren jeweils gleiche Einspritzmengen durch Anpassung der individuellen Einspritzdauer erreicht. - Aus der
DE 195 47 644 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung bei einem Common-Rail-System bekannt, bei dem ein Korrekturwert für die Kraftstoffmenge ausgehend von der Temperatur des Kraftstoffes und der Dichte des Kraftstoffes vorgebbar ist. Die Dichte wird dabei durch den Kraftstoffdruck in der Druckleitung des Common-Rail-Systems charakterisiert. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem die optimalen Kraftstoffeinspritzmengen für den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb mit zeitlich abgesetzten Teileinspritzungen pro Arbeitsspiel bestimmbar sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Einspritzvorgänge in der gemeinsamen Druckleitung und im Injektor selbst Druckschwingungen verursachen, wodurch bei rasch aufeinander erfolgenden Teileinspritzungen beim nachfolgenden Einspritzereignis Mengenschwankungen auftreten können. Die regelmäßige Folge ist dabei, dass entweder mehr oder weniger als die optimale Einspritzmenge dem Zylinder zugemessen wird. Die Druckschwingungsfrequenz in der Druckleitung wird dabei maßgeblich von der Schallgeschwindigkeit im Kraftstoff bestimmt.
- Erfindungsgemäß ist während eines Betriebes der Brennkraftmaschine mit zeitlich abgesetzten Teileinspritzungen pro Arbeitsspiel vorgesehen, die Einspritzmenge der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung mit einem Schwankungsbeiwert zu korrigieren, welcher in Abhängigkeit des vorgesehenen Zeitintervalls zwischen den Teileinspritzungen und der Druckschwingungsfrequenz in der Druckleitung ermittelt wird. Auf diese Weise kann die Öffnungsdauer des Injektors für die anstehende Teileinspritzung so angepaßt werden, daß unerwünschte Schwankungen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bei Veränderung des Abstandes zu der vorausgehenden Kraftstoffeinspritzung vermieden werden. Mit Kenntnis der Druckschwingung hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Einspritzmenge wird beispielsweise die Öffnungszeit des Injektors im Falle zu kleiner Einspritzmengen verlängert.
- Zweckmäßig wird die Frequenz der Druckschwingung im Kraftstoff im voraus ermittelt und in Abhängigkeit der Kraftstofftemperatur und des Drucks bestimmt. Die Werte der Druckschwingungsfrequenzen können in einem Kennfeldspeicher elektronisch abgespeichert und zum bedarfsweisen Auslesen bereitgehalten werden.
- Die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung kann weiter verbessert werden, wenn bei der Bestimmung des Schwankungsbeiwertes die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes bei der ersten Teileinspritzung sowie bei der darauf folgenden Teileinspritzung berücksichtigt wird. Vorteilhaft wird aus der vorgesehenen Dauer des Zeitintervalls zwischen den Teileinspritzungen durch Kopplung mit einem Phasenkorrekturwert ein bezüglich der Phasenlage der Druckschwingungsfrequenz angepaßter Zeitfaktor gebildet, welcher bei der Ermittlung des Schwankungsbeiwertes herangezogen wird. Bei der Bestimmung der optimalen Kraftstoffmenge wird so das Zeitverhalten der Mengenschwankung berücksichtigt, welches näherungsweise einer gedämpften Sinusschwingung entspricht. Mit dem Phasenkorrekturwert wird die Phasenlage der vorliegenden Druckschwingungsfrequenz, welche von den Einspritzmengen der Teileinspritzungen abhängig ist, der Phasenlage einer Referenzfrequenz der Druckschwingung angepaßt, für die Schwankungsbeiwerte im voraus ermittelt werden. In einem Kennfeldspeicher können für verschiedene aussagefähige Referenzfrequenzen der Druckschwingung Schwankungsbeiwerte in weiterer Abhängigkeit des Zeitfaktors zwischen den Teileinspritzungen abgelegt werden. Bei der Bestimmung des Phasenkorrekturwertes wird zweckmäßig der Kraftstoffdruck in der Druckleitung berücksichtigt.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, in Abhängigkeit der Druckschwingungsfrequenz und dem Zeitfaktor im voraus ermittelte normierte Grundwerte des Abweichungsfaktors zu bestimmen, aus denen durch Gewichtung mit einem der vorgesehenen Einspritzmenge zugeordneten Mengenkorrekturwert der Schwankungsbeiwert gebildet wird. Auf diese Weise wird die Eigenschaft der druckschwingungsbedingten Schwankungen berücksichtigt, mit zunehmender vorausgehender Teileinspritzmenge zunehmend von der optimalen Einspritzmenge abzuweichen. Ein optimaler Ausgleich der Mengenschwankungen wird erreicht, wenn der Mengenkorrekturwert sowohl eine Komponente mit Berücksichtigung der Einspritzmenge der vorausgehenden Teileinspritzung umfaßt als auch eine Korrekturwertkomponente, welche die Einspritzmenge der nachfolgenden Teileinspritzung berücksichtigt. Bei der Bestimmung der Korrekturwertkomponente der nachfolgenden Teileinspritzung wird zweckmäßig der Kraftstoffdruck in der Druckleitung berücksichtigt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Einspritzsystems, -
2 ein Ablaufschema des Verfahrens zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmengen, -
3 eine graphische Darstellung der Schwingungsfrequenz, -
4 eine graphische Darstellung der Einspritzvorgänge, -
1 zeigt ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine1 mit mehreren hier nicht näher dargestellten Zulindern. Jedem Zylinder ist ein Injektor2 zur inneren Gemischbildung zugeordnet. Die Injektoren2 werden aus einer gemeinsamen Druckleitung3 gespeist, in der Kraftstoff unter Druck zur Einspritzung bereitgestellt ist. In die Druckleitung3 wird in Pfeilrichtung23 Kraftstoff nachgefördert, so daß in der Druckleitung3 annähernd konstanter statischer Einspritzdruck herrscht. Eine Steuereinheit erzeugt für jeden Injektor2 ein individuelles Einspritzsignal ES und öffnet die Injektoren2 bedarfsweise für eine der vorgesehenen Einspritzmenge entsprechende Einspritzdauer. Unter Berücksichtigung des Druckes in der Druckleitung3 wird die gewünschte Einspritzmenge über die Einspritzdauer präzise eingestellt. Die Steuereinheit4 bestimmt über das Einspritzsignal ES auch den Beginn und das Ende der Einspritzereignisse bei den Injektoren. Der Steuereinheit wird laufend ein Eingabesignal S mit Aussage über den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeführt, beispielsweise die Drehzahl oder die Betriebslast. Auf der Grundlage des Eingabesignals S liest die Steuereinheit4 , die für den vorliegenden Betriebszustand vorgesehenen Einspritzparameter D aus einem Kennfeldspeicher5 aus. Die Einspritzparameter umfassen dabei Informationen über den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge für den jeweiligen Betriebszustand und darüberhinaus Informationen für eine Betriebsart der Brennkraftmaschine mit einer der Haupteinspritzung vorausgehenden Voreinspritzung. - Bei der Bestimmung der Einspritzsignale ES wird von der Steuereinheit
4 der Kraftstoffdruck P und die Kraftstofftemperatur T in der Druckleitung3 berücksichtigt. Der Steuereinheit4 werden Meßsignale mit Aussage über den Druck P und die Temperatur T von einem in der Druckleitung3 angeordneten Sensor22 zugeführt. -
2 zeigt ein Schaubild der Signalbearbeitung bei der Bestimmung des Einspritzsignals ES in der Steuereinheit4 . Die Einspritzdauer als Information des Einspritzsignales ES, für die der entsprechende Injektor während des vorgesehenen Einspritzvorgangs offenzuhalten ist, wird aus einem Einspritzzeitkennfeld15 ausgelesen. In dem Einspritzzeitkennfeld15 sind optimale Werte der Einspritzzeit zur Erhaltung der gewünschten Einspritzmengen in Abhängigkeit des statischen Druckes P in der Druckleitung abgespeichert. Während eines Betriebes mit mehreren Teileinspritzungen pro Arbeitsspiel wird der Mengenwert zum Auslesen des Kennfeldes15 zur Bestimmung der Einspritzdauer für den folgenden Einspritzvorgang mit einem Schwankungsbeiwert m korrigiert. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Erzeugung des Schwankungsbeiwertes m für eine Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung dargestellt. Die vorgesehene Einspritzmenge MHE für die Haupteinspritzung wird mit dem Schwankungsbeiwert m korrigiert, welcher die Mengenschwankungen bei der Kraftstoffeinspritzung aufgrund der Voreinspritzung ausgleicht. Der Schwankungsbeiwert m wird dem Einspritzmengensignal MHE über ein Verknüpfungsglied
20 mit negativem Vorzeichen zugeführt, sofern ein Schalter14 im Falle des Betriebes der Brennkraftmaschine mit Voreinspritzungen geschlossen ist. - Zur Bestimmung des Schwankungsbeiwertes umfaßt die Steuereinheit
4 ein Frequenzkennfeld6 , aus dem in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur T und dem Kraftstoffdruck P eine im voraus ermittelte Druckschwingungsfrequenz f ausgelesen wird. Die Druckschwingungen in der Kraftstoffleitung folgen in ihrem Zeitverhalten näherungsweise einer Sinusschwingung. Der Verlauf der Mengenschwankung ΔME bei einer nachfolgenden Teileinspritzung ist in3 graphisch über das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Voreinspritzung und dem Beginn der Haupteinspritzung dargestellt. Abhängig von der Einspritzmenge der Voreinspritzung und der Einspritzmenge der Haupteinspritzung kann die Mengenschwankung24 um den Winkel φ gegenüber der Druckschwingungsfrequenz24' phasenverschoben sein. - Wie in
2 dargestellt ist, wird zum Ausgleich der Phasenverschiebung φ ein Phasenkorrekturwert kp bestimmt, welcher dem vorgesehenen Zeitintervall tab zwischen Vor- und Haupteinspritzung über ein Verknüpfungsglied17 abgezogen wird. Bei der Ermittlung des Phasenkorrekturwertes kp wird sowohl der Anteil der Voreinspritzung an der Phasenverschiebung als auch der Anteil der nachfolgenden Haupteinspritzung berücksichtigt. Für den Anteil der Voreinspritzung ist ein Phasenkorrekturfeld7 und für den Anteil der Haupteinspritzung ein Phasenkorrekturfeld8 vorgesehen, welche jeweils in Abhängigkeit von der Einspritzmenge der Voreinspritzung MVE und der Haupteinspritzung MHE und in zusätzlicher Abhängigkeit von dem Druck P in der Druckleitung ausgelesen werden. Die Phasenkorrekturanteile der beiden Kennfelder7 ,8 werden über ein Verknüpfungsglied16 zusammengeführt und bilden gemeinsam den Phasenkorrekturwert kp. Durch Gegenkopplung des Phasenkorrekturwertes kp wird aus dem Zeitintervall tab ein Zeitfaktor tk gebildet, welcher bezüglich der Phasenlage der Druckschwingungsfrequenz angepaßt ist. - Auf der Grundlage der Druckschwingungsfrequenz f und dem phasenkorrigierten Zeitfaktor tk wird aus einem Grundkennfeld
9 ein im voraus ermittelter Abweichungsgrundwert mn ausgelesen. In diesem Grundkennfeld ist der zeitliche Verlauf der auszugleichenden Mengenschwankung in Abhängigkeit von der Druckschwingungsfrequenz in normierter Form abgelegt. Der normierte Grundwert mn wird mit einem Mengenkorrekturwert km gewichtet, wobei der Mengenkorrekturwert die bei der Voreinspritzung bereits eingespritzte Kraftstoffmenge MVE und die bisher für die Haupteinspritzung vorgesehene Kraftstoffmenge MHE berücksichtigt. - Zur Verdeutlichung des Einflusses der Einspritzmengen auf die Mengenschwankung der Haupteinspritzung ist in
4 der, zeitliche Verlauf des Kraftstoffdurchsatzes Q durch den Injektor während eines Arbeitsspieles dargestellt. Dabei wird deutlich, daß das Zeitintervall tab zwischen dem Einspritzbeginn a der Voreinspritzung und dem Einspritzbeginn b der Haupteinspritzung unabhängig von der jeweiligen Einspritzmenge gleich sein kann. - Beispielsweise bei der strichliert dargestellten Vergrößerung der Voreinspritzmenge wird das Einspritzende e der Voreinspritzung auf der Zeitachse in Richtung des Einspritzbeginns b der Haupteinspritzung verschoben. Bei unterschiedlichen Einspritzmengen ergeben sich daher etwa die gleichen Zeitintervalle tab Mengenschwankungen mit phasengleichem Sinusverlauf, wobei jedoch die Amplituden der Sinusschwingungen, vgl.
3 , unterschiedlich sind. - Der Einfluß der Voreinspritzmenge MVE und der Haupteinspritzmenge MHE auf die Mengenschwankung der Haupteinspritzung wird erfindungsgemäß durch den Mengenkorrekturwert km ausgeglichen, mit dem der Normwert mn aus dem Grundkennfeld
9 gewichtet wird. Der Mengenkorrekturwert km wird über ein multiplikatives Verknüpfungsglied19 aus einem Anteil der Voreinspritzung und einem Anteil der Haupteinspritzung gebildet. Der Anteil der Haupteinspritzung wird aus einem Mengenkorrekturfeld11 in Abhängigkeit der vorgesehenen Einspritzmenge MHE und des Kraftstoffdruckes P ausgelesen. Die Anteile der Voreinspritzung sind in einer Kennlinie in Abhängigkeit der Voreinspritzmenge MVE im voraus ermittelt, wobei es auch hier zweckmäßig sein kann, den Kraftstoffdruck P in der Druckleitung zu berücksichtigen. - In der Steuerkette zur Bildung des Schwankungsbeiwertes m ist eine Begrenzungseinrichtung
13 vorgesehen, welche den Eingangswert des vorher gewichteten Schwankungsbeiwertes innerhalb eines zulässigen Fensters zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert begrenzt. - Zwischen dem Verknüpfungsglied
18 zur Gewichtung des Abweichungsgrundwertes mn und der Begrenzungseinrichtung13 wird der Steuerkette des Schwankungsbeiwertes über ein Verknüpfungsglied21 ein Offsetbeiwert off mit negativen Vorzeichen zugeführt. Der Offsetbeiwert wird aus einem Offsetkennfeld12 in Abhängigkeit der anstehenden Haupteinspritzmenge und des Kraftstoffdruckes P ausgelesen. Mit dem Offsetwert werden prinzipbedingte Einflußfaktoren der Common-Rail-Einspritzung auf die Mengenschwankung der Haupteinspritzung berücksichtigt, beispielsweise Magnetfelder eines erregten Ventiltriebes eines Injektors. - Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden Mengenschwankungen einer Teileinspritzung aufgrund des Einspritzereignisses der unmittelbar vorausgehenden Teileinspritzung ausgeglichen. Über die Möglichkeit des Ausgleichs des Einflusses der Voreinspritzung wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist daher in ähnlicher Weise ein Schwankungsausgleich bei einer Vielzahl von Teileinspritzungen während eines Arbeitsspieles eines jeweiligen Zylinders möglich.
Claims (11)
- Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmengen von Injektoren (
2 ) einer Brennkraftmaschine (1 ), welche aus einer gemeinsamen Druckleitung (3 ) gespeist werden, in der Kraftstoff unter Druck (P) zur Einspritzung bereitgestellt ist, wobei eine Steuereinheit (4 ) die dem vorliegenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1 ) entsprechende Einspritzmenge (MVE, MHE) ermittelt und die jeweiligen Injektoren für eine der Einspritzmenge (MVE, MHE) entsprechende Einspritzdauer unter Berücksichtigung des Kraftstoffdruckes (P) in der Druckleitung (3 ) öffnet, wobei während eines Betriebes der Brennkraftmaschine mit zeitlich abgesetzten Teileinspritzungen pro Arbeitsspiel die Einspritzmenge (MHE) der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung mit einem die Schwankung des Kraftstoffdruckes (P) in der Druckleitung (3 ) zwischen den Teileinspritzungen berücksichtigenden Korrekturwert (m) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrekturwert (m) für die Einspritzmenge (MHE) ein Schwankungsbeiwert (m) in Abhängigkeit eines vorgesehenen Zeitintervalls (tab) seit der vorhergehenden Teileinspritzung und einer Druckschwingungsfrequenz (f) in der Druckleitung (3 ) ermittelt wird, wobei aus der vorgesehenen Dauer des Zeitintervalls (tab) zwischen den Teileinspritzungen durch Kopplung mit einem der Einspritzmenge zugeordneten Phasenkorrekturwert (kp) ein bezüglich der Phasenlage der Druckschwingungsfrequenz (f) angepasster Zeitfaktor (tk) gebildet wird, welcher bei der Ermittlung des Schwankungsbeiwertes (m) herangezogen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Voraus ermittelte Druckschwingungsfrequenz (f) in Abhängigkeit der Kraftstofftemperatur (T) und des Druckes (P) in der Druckleitung (
3 ) bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Phasenkorrekturwertes (kp) der Kraftstoffdruck (P) in der Druckleitung (
3 ) berücksichtigt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Einspritzmenge der vorausgehenden Teileinspritzung (MVE) entsprechender Korrekturwert ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Einspritzmenge der nachfolgenden Teileinspritzung (MHE) entsprechender Korrekturwert ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Druckschwingungsfrequenz (f) und dem Zeitfaktor (tk) ein im Voraus ermittelter Abweichungsgrundwert (mn) bestimmt wird, aus dem durch Gewichtung mit einem der Einspritzmenge zugeordneten Mengenkorrekturwert (km) der Schwankungsbeiwert (m) gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Einspritzmenge der vorausgehenden Teileinspritzung (MVE) zugeordneter Mengenkorrekturwert bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Einspritzmenge der nachfolgenden Teileinspritzung (MHE) zugeordneter Mengenkorrekturwert bestimmt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei der Bestimmung des Mengenkorrekturwertes der nachfolgenden Teileinspritzung (MHE) der Kraftstoffdruck (P) der Druckleitung (
3 ) berücksichtigt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schwankungsbeiwert (m) ein Mengenoffsetwert (off) gegengekoppelt wird, welcher auf der Grundlage der Einspritzmenge (MHE) der nachfolgenden Teileinspritzung bestimmt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwankungsbeiwert (m) innerhalb eines zulässigen Fensters zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert begrenzt wird.
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