DE102007019099A1

DE102007019099A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren

Info

Publication number: DE102007019099A1
Application number: DE102007019099A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Fritsch; Johann GÖRZEN
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: WO2008129008A2; WO2008129008A3; US20100116911A1; US8827175B2; CN101663478A; DE102007019099B4; CN101663478B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Brennkraftmaschinen, wobei in jedem Kraftstoffinjektor mindestens ein mittels eines elektrischen Signals betätigbares Aktorenelement (1) mit mindestens einem Einspritzventil (3) mit einer Einspritzrate zum Zuführen von Kraftstoff in einen Brennraum (5) über Einspritzlöcher wechselwirkt, wobei bei einer von einer Sollkennlinie (11, 22, 34) abweichenden Durchflusskennlinie (12, 23, 35) des die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffes in einem Durchflusszeitdiagramm eine Signalkennlinie (14a, 27, 42) des am Aktorenem Spannungszeitdiagramm gegenüber einer Sollkennlinie (13, 26, 41) mittels einer Steuereinrichtung verändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen, wobei in jedem Injektor mindestens ein mittels einem elektrischen Signal betätigbares Aktorenelement mit mindestens einem Einspritzventil mit einer Einspritzrate zum Zuführen von Kraftstoff über Einspritzlöcher in einen Brennraum wechselwirkt, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 13.
Es ist beispielsweise aus der EP 0 536 676 A2 bekannt, dass bei Kraftstoffinjektoren, die der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Ansteuersignals Kraftstoff zumessen, ein Datenträger mitgegeben wird, der Korrekturwerte enthält, mit denen Fehler der einzelnen Injektoren ausgeglichen werden können.
Hierfür ist vorgesehen, dass die Korrekturdaten am Ende der Fertigung jedes Kraftstoffinjektors, die sich aufgrund gewisser Fertigungstoleranzen von Injektor zu Injektor unterscheiden und Brennstoffabgaben durchführen, ermittelt und in den Datenträger eingelesen werden. Dabei kann der Datenträger als Barcode oder als nur lesbares Speicherelement ausgebildet sein. Bei der ersten Initialisierung des Steuergerätes werden dann diese Daten in einen beschreibbaren Speicher des Steuergerätes eingelesen und im späteren Betrieb zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
Moderne Steuergeräte beinhalten verschiedene Funktionen, die ebenfalls Korrekturwerte ermitteln, die einem Injektor zuzuordnen sind. Eine solche Funktion wird beispielsweise als Nullmengenkalibrierung bezeichnet. Diese Daten werden im Steuergerät abgelegt und zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
Üblicherweise wird die individuelle Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors an mehreren Prüfpunkten innerhalb eines Prüfstandes erfasst. Dabei wird die Abweichung der jeweiligen Einspritzmenge vom Sollwert ermittelt. Diese Daten werden bei der Injektorfertigung in geeigneter Form auf dem Injektor angebracht. Bei der Motormontage und/oder bei der Fahrzeugmontage werden die Daten über geeignete Systeme, beispielsweise über eine Diagnoseschnittstelle in das Steuergerät übertragen. Es gibt in diesem Zusammenhang Verfahren zur Speicherung dieser Daten, die einen Austausch dieses Steuergerätes bei Auftreten eines Defekts ermöglichen. Diese sind aus der EP 1 400 674 B1 bekannt, gemäß welcher die Klassifizierung von Daten auf einer Speichervorrichtung, die direkt an dem Kraftstoffinjektor angeordnet ist, gespeichert werden. Die zur Verfügung stehenden Daten dienen zur Nullmengenkalibrierung und/oder Mengenkorrektur.
Häufig ergibt sich hierbei das Problem, dass eine individuelle Vermessung der Kraftstoffinjektoren in ihrem gesamten Arbeitsbereich notwendig ist, um entsprechend Korrekturdaten zu berechnen und diese auf den Kraftstoffinjektoren kenntlich zu machen. Derartige in Prüfständen durchgeführte Vermessungsverfahren sind extrem zeit- und kostenaufwändig und somit für eine in Großserie stattfindende Produktion einer großen Zahl an Kraftstoffinjektoren ungeeignet.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Kraftstoffinjektoren Alterungsprozessen unterliegen, welche eine Adaption der Kraftstoffinjektoren an ihre jeweiligen Funktionszustände erfordern.
Auch bei der DE 41 34 304 A1 werden mehrere Größen eines Magnetventils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine erfasst, um Ungleichförmigkeiten beim Einspritzvorgang einfach und schnell auszugleichen. Auf einem Prüfstand werden Faktoren bestimmt, die als gespeicherte Stellgrößenfaktoren eine zuvor berechnete Stellgröße zur Ansteuerung des Magnetventils verändern. Anschließend steuert diese veränderte Stellgröße das Magnetventil an. Die ermittelten Faktoren werden in Abhängigkeit von zuvor erfassten Größen derart ausgewählt, dass zunächst eine wählbare Betriebsgröße der Brennkraftmaschine eingestellt wird, anschließend eine Bestimmung einer Stellgröße, ausgehend von der auf einer Welle der Brennkraftmaschine angeordneten Markierung berechnet wird, eine tatsächliche Stellgröße separat für dieses Magnetventil ermittelt wird, woraus sich der Faktor aus der berechneten Stellgröße und der ermittelten Stellgröße ergibt. Ein Abspeichern des ermittelten Faktors und ein Verändern der wählbaren Betriebsgrößen werden zudem durchgeführt, bevor diese aufgeführten Schritte bis zur Herstellung eines optimierten Funktionszustandes entsprechend oft wiederholt werden.
Aus US 4,402,294 A ist ein Injektionssystem bekannt, welches eine Kraftstoffinjektorkalibrierung durchführt. Es wird zur Kalibrierung ein Kalibrierungswiderstand verwendet, der einen im Zusammenhang mit der Brennstoffdurchflussrate des Injektors korrelierenden Widerstand aufweist. Die somit ermittelten Werte werden mit einer Zahl aus einer Tabelle in Beziehung gesetzt. Anhand dieser Zahl wird dann die Zeitdauer be stimmt, welche erforderlich ist, um den Injektor derart zu betreiben, dass der gewünschte Brennstoffausstoß erhalten wird.
Weiterhin ist bekannt, Injektoren mit in einem Prüfstand ermittelten Messdaten in verschiedene Gruppen zu klassifizieren, um hierdurch beispielsweise eine Gruppe an Injektoren mit geringen Brennstoffabgaben, eine Gruppe an Injektoren mit hohen Brennstoffabgaben und eine Gruppe an Injektoren ohne wesentliche Abweichungen von den Sollwerten der Brennstoffabgaben zu erhalten. In einem Kraftfahrzeug werden dann anschließend Kraftstoffinjektoren aus lediglich einer Gruppe eingebaut und das Steuergerät entsprechend programmiert. Eine derartige Klassifizierung hat als Nachteil die Zusammenfassung einer Großzahl von Injektoren innerhalb einer Gruppe mit weiterhin – wenn auch geringeren – unterschiedlichen Brennstoffabgabencharakteristiken zur Folge, so dass selbst bei einer Verwendung von Kraftstoffinjektoren aus einer gemeinsamen Gruppe keine optimale Aufeinanderabstimmung der in einem gemeinsamen Motor verwendeten Kraftstoffinjektoren vorliegt.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen zur Verfügung zu stellen, welches/welche die Kalibrierung einer großen Anzahl an Kraftstoffinjektoren zeit- und kostengünstig bei Vorliegen unterschiedlicher Brennstoffabgabencharakteristiken der einzelnen Kraftstoffinjektoren ermöglicht.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 13 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen, die in jedem Injektor mindestens ein mittels eines elektrischen Signals betätigbares Aktorenelement, welches mit mindestens einem Einspritzventil mit einer Einspritzrate zum Zuführen von Kraftstoff in einen Brennraum über Einspritzlöcher wechselwirkt, aufweisen, bei einer von einer Sollkennlinie abweichenden Durchflusskennlinie des die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffes in einem Durchflusszeitdiagramm eine Signalkennlinie des am Aktorenelement angelegten elektrischen Signals in einem Signalzeitdiagramm mittels einer Steuereinrichtung gegenüber einer Sollkennlinie verändert wird. Sofern als Aktorenelement ein Piezoelement verwendet wird, welches mit einem Steuerventil mit einer ersten Hublänge, welches das Einspritzventil mit einer zweiten Hublänge steuert, wechselwirkt, handelt es sich bei dem elektrischen Signal vorzugsweise um elektrische Spannungswerte. Alternativ kann das Einspritzventil direkt mit dem Piezoelement Wechselwirken. Demzufolge stellt die Signalkennlinie eine Spannungskennlinie, das Signalzeitdiagramm ein Spannungszeitdiagramm, der Signalanstieg einen Spannungsanstieg, die Signalabsenkung eine Spannungsabsenkung und der Signalwert einen Spannungswert dar. Die Spannung wird dafür verwendet, das Piezoelement entsprechend auszulenken. Durch die Bestimmung der Durchflusscharakteristik und damit einer Abweichung der Durchflusskennlinie von ihrer Sollkennlinie ist eine Nachregelung bzw. Korrektur des ausstoßenden Brennstoffgehaltes mittels der Spannungskennlinie auf einfache und schnelle Weise möglich, unabhängig davon, ob eine derartige Korrektursteuerung in ihren Werten auf dem Injektor außenseitig kenntlich gemacht oder in einem Speicher, der entweder mit dem Injektor oder mit der Steuereinrichtung verbunden ist, abgespeichert wird. Da die Auslenkung des Piezoelements in Form eines Piezokristalls proportional zu der daran ange legten Spannung ist und somit die erste und zweite Hublänge des Steuerventils und des Einspritzventils unterschiedlich stark ausfallen, wird ein unterschiedlich starker Durchfluss als Korrektur zu dem zuvor gemessenen realen Durchfluss durchführbar sein.
Auf diese Weise können verschiedenste Arten an Brennstoffabgabeabweichungen korrigiert werden, wie beispielsweise ein Fehler im innerhalb des Injektors bestehenden Durchfluss, ein innerhalb des Injektors aufgrund der bestehenden Zeitverzögerung zwischen der Betätigung des Steuerungsventils und des Einspritzventils vorhandenen Totzeitfehlers oder eine Korrektur eines Leerhubfehlers, der beispielsweise dann auftreten kann, wenn der Piezokristall erst eine gewisse Leerhublänge zurücklegen muss, bevor er mit dem Steuerungsventil in Kontakt gerät.
Durch eine derartige Korrektur des Spannungsverlaufs aufgrund der Messung einer nicht wunschgemäß verlaufenden Durchflusskennlinie kann eine große Zahl an Kraftstoffinjektoren mit geringsten oder gar keinen Abweichungen in ihrer Durchflusscharakteristik über den gesamten Arbeitsbereich der Kraftstoffinjektoren erhalten werden, wobei die Kraftstoffinjektoren im Rahmen einer Großserienproduktion lediglich in einzelnen Arbeitspunkten innerhalb des Arbeitsbereiches vermessen werden müssen.
Alternativ zu einer direkten Piezosteuerung, also einer Steuerung des Kraftstoffinjektors mittels eines direkt auf das Einspritzventil einwirkenden Piezoelementes, oder einer indirekten Piezosteuerung, also einer Steuerung des Kraftstoffinjektors mittels eines auf ein Steuerventil, welches das Einspritzventil steuert, einwirkenden Piezoelementes, kann ebenso eine direkte oder indirekte Magnetsteuerung verwendet wer den, wobei anstelle des Piezoelementes ein magnetisch wirkendes Element zur Auslenkung des Einspritzventils und/oder des Steuerventils verwendet wird.
Als elektrische Signale können demzufolge beispielsweise Spannungswerte oder Stromwerte und/oder kapazitive oder induktive Werte verwendet werden. Hierbei gilt hinsichtlich der kapazitiven Werte für die verwendete elektrische Ladung Q = C·U und für die Energie E = ½ C·U² und hinsichtlich der induktiven Werte für den Fluss Φ = L·I und hinsichtlich der verwendeten Energie E = ½ L·I².
Für eine mögliche Analyse zur Bestimmung der Durchflusscharakteristik einzelner Kraftstoffinjektoren können das Spritzprofil des aus den Einspritzdüsen austretenden Brennstoffes selbst, diskrete Kennwerte aus dem Zeitbereich der Einspritzcharakteristik oder diskrete Kennwerte aus dem Frequenzbereich der Einspritzcharakteristik herangezogen werden.
Diese Werte lassen in der Regel die Ermittlung einzelner Fehler in der Funktionsweise und der Durchflusscharakteristik der Kraftstoffinjektoren zu, nämlich beispielsweise die Bestimmung eines Leerhubs oder einer Totzeit.
In Abhängigkeit von diesen ermittelten Fehlern können bei der an dem Piezoelement angelegten Spannung entsprechende Korrekturen, wie beispielsweise beim Ansteuerbeginn (TB), der Ladeenergie (E) und der Ansteuerdauer (TA) bzw. Einspritzdauer (TE) durchgeführt und somit eine Korrektur der Fehler zumindest in einem Variationsbereich, der eine Abstimmung der Kraftstoffinjektoren aufeinander zulässt, erhalten werden.
Allgemein betrachtet werden hierbei Leerhubabweichungen und Abweichungen in der Durchflusscharakteristik über die Ansteuerdauer bzw. die Einspritzdauer kompensiert, wohingegen Dynamikabweichungen bei dem betriebenen Kraftstoffinjektor über eine Energieregelung kompensiert werden.
Vorteilhaft können die daraus gewonnen Korrekturdaten für eine Qualitätssicherung direkt in den Fertigungsprozess der nachfolgenden Kraftstoffinjektoren zurückgekoppelt werden.
Zur Korrektur eines Durchflussfehlers des durch die Einspritzlöcher bzw. -düsen austretenden Brennstoffes kann bei Auftreten eines zu hohen oder zu niedrigen Durchflusswerts die zumindest teilweise gleichzeitig angelegte Spannung vorzeitig oder verspätet variiert, beispielsweise abgesenkt werden. Dies ermöglicht eine verkürzte bzw. verlängerte Ansteuerdauer aufgrund einer kürzeren oder längeren Verschiebung bzw. Auslenkung des Piezokristalls.
Bei Auftreten eines verspäteten Durchflussbeginns und einer verspäteten Durchflussbeendigung kann ein vorzeitiger Spannungsanstieg und eine vorzeitige Spannungsabsenkung durchgeführt werden. Dies führt zu einer Korrektur eines Totzeitfehlers, der durch ein entsprechend früheres oder späteres Anlegen der Spannung korrigiert werden kann.
Zur Korrektur eines Leerhubfehlers wird bei Auftreten eines verspäteten Durchflussbeginns und eines verringerten Durchflussanstiegs ein vorzeitiger Spannungsanstieg und eine Erhöhung des maximalen Spannungswerts durchgeführt sowie gegebenenfalls eine verspätete Spannungsabsenkung praktiziert. Dies führt zu einem Spannungsverlauf in einer Spannungszeitkennlinie, der im Ergebnis einen Durchflussverlauf der Durchflusszeitkennlinie zur Folge hat, welcher unter der Kennlinie den gleichen Integralwert wie derjenige der gewünschten Sollkennlinie aufweist. Dies trifft im Übrigen ebenso für die angestrebten korrigierten Durchflusskennlinien zur Korrektur der Totzeit und des Durchflussfehlers zu.
Bei Auftreten eines Leerhubfehlers wird der für die Öffnung des Einspritzventils erforderliche Öffnungsspannungswert erhöht, um so eine Öffnung des Einspritzventils bei einer höheren Spannung der in diesem Fall als Korrektur schneller ansteigenden Spannung zu erreichen. Dies führt zu einer Öffnung des Einspritzventils ab einem Spannungswert, der mit dem Öffnungszeitpunkt eines Nominalinjektors übereinstimmt und der so hoch liegt, dass die nachfolgende erhöhte Maximalspannung nicht zu einer zu langen Einspritzung von Brennstoff führen würde.
Zur Bestimmung der von der Sollkennlinie abweichenden Durchflusskennlinie wird die tatsächliche die Einspritzlöcher durchfließende Brennstoffmenge in einer Prüfstandseinrichtung zeitabhängig gemessen. Alternativ können die in dem Frequenzbereich transformierten Werte herangezogen werden.
Vorzugsweise werden die verursachten Veränderungswerte der Spannungskennlinie als Korrekturwerte in einem mit dem Injektor verbundenen Datenträger gespeichert.
Eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen, bei der jeder Kraftstoffinjektor das Piezoelement, das Steuerventil und das Einspritzventil aufweist, weist vorteilhaft zusätzlich eine Steuereinrichtung auf, die bei Auftreten der von der Sollkennlinie abweichenden Durchflusskennlinie des die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffs in dem Durchflusszeitdiagramm die Veränderung der Spannungskennlinie der am Piezoelement angelegten Spannung in einem Spannungszeitdiagramm gegenüber der Sollkennlinie steuert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1A in einer schematischen Ansicht einzelne Elemente eines Aufbaus für eine direkte Ansteuerung eines Einspritzventils in einem Kraftstoffinjektor;
1B in einer schematischen Ansicht einzelne Elemente eines Aufbaus für eine indirekte Ansteuerung eines Einspritzventils über ein Steuerventil in einem Kraftstoffinjektor;
2A–D in Spannungs- und Durchflusszeitdiagrammen Kennlinien beim Auftreten eines Durchflussfehlers und dessen Korrektur;
3A–D in Spannungs- und Durchflusszeitdiagrammen Kennlinien beim Auftreten eines Totzeitfehlers; und
4A–D in Spannungs- und Durchflusszeitdiagrammen Kennlinien beim Auftreten eines Leerhubfehlers.
In 1A sind in einer schematischen Darstellung einzelne Elemente eines Aufbaus für eine direkte Ansteuerung in einen Kraftstoffinjektor dargestellt.
Ein Injektor, bestehend aus einem Aktor 1 (hier Piezoelement) und einer als Ventil 3 fungierenden Nadel, ist an einem Rail 7 angeschlossen. Der Piezoaktor 1, der elektrisch gesehen als Kondensator 9 wirkt, wird von einem Steuergerät 6 (ECU) betrieben.
Das Einspritzventil 3 führt Auf- und Abwärtsbewegungen, die auf eine Einspritzdüse 4 wirken, durch. Die Einspritzdüse umfasst beispielhaft ein stilförmiges Element in Form einer Einspritznadel, welche eine Öffnung durch Auf- und Abwährtsbewegungen verschließen oder öffnen kann. Sofern eine offengelegte Öffnung vorliegt, fließt ein die Nadel umgebender Brennstoff in die Öffnung hinein und wird über Einspritzlöcher in einen Brennraum 5 eingespritzt.
In 1B wird in einer schematischen Darstellung der Aufbau mittels einzelner Elemente für eine indirekte Ansteuerung des Einspritzventils über ein Steuerventil 2 in einem Kraftstoffinjektor dargestellt. Hier wirkt der Aktuator (Piezo oder Magnet) 1, der mittels des Steuergerätes 6 betätigt wird, nun auf das Steuerventil 2, welches über eine Leitung 2a einen Rücklauf besitzt. Dabei muss der Aktuator 1 einen Leerhub überwinden, bevor dieser das Steuerventil 2 berührt.
Das Steuerventil 2 ist mit einem Hydraulikzylinder 8a mit Rückholfeder, der parallel zu einer Drossel 8c geschaltet ist, über eine Drossel 8b verbunden. Über die beiden Elementen 8a und 8c ist das Steuerventil 2 an das Rail 7 angeschlossen.
Von dort besteht eine weitere Verbindung zu dem Einspritzventil 3, welches wiederum über die Einspritzdüse 4 Brennstoff in den Brennraum 5 einspritzt.
In 2A–E wird ein Durchflussfehler mittels Spannungszeitdiagramme und Durchflusszeitdiagramme und dessen Korrektur dargestellt. In 2A wird die normal angelegte Spannung gemäß der Spannungskennlinie 10 mit dem ansteigenden Abschnitt bzw. positiven Flanke 10a, dem Höchstwert 10b und dem abfallenden Abschnitt bzw. negativen Flanke 10c wiedergegeben. Der zwischen den Spannungskennlinienabschnitten 10a und 10c bestehende Zeitabstand ist diejenige Zeit, innerhalb welcher eine Einspritzung über die Einspritzlöcher stattfindet. Dies wird mit Einspritzdauer die in diesem Fall identisch mit der Ansteuerdauer (TA) ist, wenn der hydraulische Verzug (hier nicht eingezeichnet) gleich Null ist, bezeichnet.
In 2B wird in einem Durchflusszeitdiagramm die gewünschte Durchflusskennlinie 11 gemäß einer vorgegebenen Sollkennlinie und die gemessene reale Durchflusskennlinie 12 wiedergegeben. In der Sollkennlinie 11 ist wiederum ein ansteigender Kennlinienabschnitt 11a, ein Kennlinienabschnitt 11b mit dem Maximalwert und ein absteigender Kennlinienabschnitt 11 vorhanden.
Bei der gemessenen Durchflusskennlinie besteht bei Vorliegen eines Durchflussfehlers ein erhöhter Maximalwert 12b, welcher unerwünscht ist. Ebenso sind wieder ansteigende und absteigende Abschnitte 12a und 12c vorhanden.
In 2C wird ebenso wie in 2D in gestrichelter Form diejenige Kennlinie dargestellt, die zur Herbeiführung eines korrigierten Durchflusswertes angewendet wird. Gegenüber der Sollkennlinie 13 mit den Abschnitten 13a, 13b und 13c ist eine die Kompensierung des erhöhten Durchflusses herbeiführende Spannungskennlinie 14a und 14b derart ausgebildet, dass eine vorzeitige Absenkung der Spannung, hervorgehend aus den Abschnitten 13a und 13b, stattfindet, so dass eine verkürzte Ansteuerdauer (TA) gemäß dem Bezugszeichen 15 gegenüber einer bisherigen Einspritzdauer 16 erhalten wird. Dies führt zu der in dem Durchflusszeitdiagramm gemäß 2D dargestellten verkürzten Durchflussdauer bzw. Einspritzdauer 19, die gegenüber der bisherigen Durchflussdauer bzw. Einspritzdauer 20 entsprechend dem Kennlinienabschnitt 18d verkürzt ist.
Die zur Kompensierung vorgesehene Durchflusskennlinie 18, welche aus der veränderten Spannungskennlinie 14a, 14b resultiert, weist die Abschnitte 18a, 18b und 18c sowie 18d gegenüber der Sollkennlinie 17 mit den Abschnitten 17a, 17b und 17c auf. Beide Kennlinien 17 und 18 weisen das gleiche Durchflussintegral auf.
Durch die vorzeitige Absenkung der Spannungskennlinie gemäß dem Abschnitt 14a und 14b wird somit vorteilhaft die Kompensierung des Durchflussfehlers mit zu hohem Durchflussbetrag gemäß dem Abschnitt 12b erhalten, indem in dem Abschnitt 18c eine vorzeitige Durchflussabsenkung stattfindet.
In 3A–D ist ein Totzeitfehler und dessen Korrektur dargestellt. In 3A weist die Spannungskennlinie 21 einen ansteigenden Abschnitt 21a, einen Maximalwert 21b und einen absteigenden Abschnitt 21c auf. Zudem ist in einem Abschnitt 21d der verzögerte Beginn des Spannungsanstieges gemäß dem Abschnitt 21a dargestellt.
In 3B weist die Sollkennlinie 22 des Durchflusses die Abschnitte 22a, 22b und 22c sowie den anfänglichen Abschnitt 22d auf. Bei Auftreten eines Totzeitfehlers findet funktionsbedingt eine zeitliche Verzögerung des Beginns des Durchflusses gemäß der gestrichelten Durchflusskennlinie 23 mit den ansteigenden Abschnitten 23a, dem Maximalwert 23b und dem absteigenden Abschnitt 23c statt. Dies wird durch den Abstand 24 in der Abzisse bezüglich des verzögerten Anstiegs und mit dem Bezugszeichen 25 für den Zeitabstand des verzögerten Beendens des Durchflusses wiedergegeben (Verschiebung nach spät).
In 3C wird die korrigierte Spannungskennlinie 27 gegenüber der Sollkennlinie 26 zur Herbeiführung einer Kompensierung des Totzeitfehlers wiedergegeben. Die die Korrektur herbeiführende Spannungskennlinie 27 mit den ansteigenden Abschnitten 27a, dem Maximalwert 27b und den absteigenden Abschnitten 27c weist gegenüber der Sollkennlinie 26 mit den Abschnitten 26a, 26b, 26c und 26d eine zeitliche Versetzung nach vorne auf, welches durch die Bezugszeichen 28 und 29 in der Abzisse wiedergegeben wird. Die Abstände 28 und 29 entsprechen den Zeitabständen 24 und 25 mit der Ausnahme, dass diese eine Zeitversetzung gegenüber der Spannungssollkennlinie nach vorne versetzt sind (Verschiebung nach früh).
In 3D wird die durch die Korrektur erhaltene Durchflusskennlinie 30 mit den Abschnitten 30a, 30b und 30c wiedergegeben, die den korrigierten Durchfluss eines nachgeregelten Kraftstoffinjektors unter Berücksichtigung des obigen Totzeitfehlers wiedergibt.
In 4A–D wird ein Leerhubfehler in Form der Spannungs- und Durchflusskennlinien mit dazugehöriger Korrektur wiedergegeben. Eine Spannungskennlinie 31, wie in 4A dargestellt, weist die Abschnitte 31a, 31b und 31c mit einer vorbestimmbaren Öffnungsspannung an den Spannungswerten 32 und 33 auf. Es tritt ein verzögerter Spannungsanstieg gemäß dem Abschnitt 31d auf.
In 4B wird die der in 4A wiedergegebene Spannungskennlinie zugrundeliegende Durchflusskennlinie 34 mit einer ungewünschten Abweichungskennlinie 35 wiedergegeben. Dieser Darstellung ist deutlich zu entnehmen, dass die Abweichungsdurchflusskennlinie 35 gegenüber der Sollkennlinie 34 mit den Abschnitten 34a–d durch einen langsamen Anstieg gemäß dem Abschnitt 35a, eine unterschiedliche Absenkung gemäß dem Abschnitt 35c und eine zeitliche Versetzung hinsichtlich des Beginns und der Beendigung der Durchflusskennlinie gemäß dem Bezugszeichen 36, 37 aufweist. Der Maximalwert 35b entspricht dem maximalen Wert 34b gemäß der Sollkennlinie. Hierdurch ergibt sich eine verkürzte Ansteuerdauer (TA) 38 gemäß der zuvor geltenden Zeitdauer 39.
In 4C wird die entsprechend korrigierte Spannungskennlinie zur Herbeiführung eines korrigierten Durchflusses wiedergegeben. Die Spannungskennlinie 42 weist einen gegenüber der Sollkennlinie 41 mit den Abschnitten 41a, 41b und 41c sowie 41d steileren Anstieg 42a mit einem höheren Maximalwert 42b und einem steileren Abstieg 42c auf. Die in der Sollkennlinie 41 vorhandenen Öffnungsspannungswerte 32, 33 sind in der Abweichungskennlinie 42 gemäß den Spannungswerten 43, 44 nach oben versetzt. Die Abweichungskennlinie 42 weist eine Ansteuerdauer (TA) gemäß dem Bezugszeichen 45 auf.
Als Ergebnis des korrigierten Spannungssignales gemäß 4C wird gemäß 4D eine korrigierte Durchflusskennlinie 46 mit den Abschnitten 46a, 46b und 46c sowie 46d erhalten, so dass eine Kompensation der unerwünscht abweichenden Durchflusswerte von der Kennlinie 35 erreicht wird. Die Kennlinie 46 ist mit der Kennlinie 34 identisch.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren unter Verwendung von Injektorgrößen in direkter Form, für welche eine sogenannte Injektorstreuung, also Ab weichungen bei der Durchflusscharakteristik zwischen den verschiedenen Kraftstoffinjektoren, kompensiert werden kann.
Eine Adaption des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch Kopplung mit anderen Verfahren, wie beispielsweise mit Minimum Fuel Mass Adaptation (MFMA) oder Cylinder-Balancing aufgrund der Zurverfügungstellung von Injektorgrößen in direkter Form leicht möglich. Es ist eine nahezu vollständige Korrektur der Kraftstoffinjektorencharakteristiken und -parameter möglich.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0536676 A2 [0002]
- EP 1400674 B1 [0005]
- DE 4134304 A1 [0008]
- US 4402294 A [0009]

Claims

Verfahren zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen, wobei in jedem Kraftstoffinjektor mindestens ein mittels einem elektrischen Signal betätigbares Aktorenelement (1) mit mindestens einem Einspritzventil (3) mit einer Einspritzrate zum Zuführen von Kraftstoff über Einspritzlöcher in einen Brennraum (5) wechselwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer von einer Sollkennlinie (11, 22, 34) abweichenden Durchflusskennlinie (12, 23, 35) des die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffes in einem Durchflusszeitdiagramm eine Signalkennlinie (14a, 27, 42) des am Aktorenelement (1) angelegten elektrischen Signals in einem Signalzeitdiagramm gegenüber einer Sollkennlinie (13, 26, 41) mittels einer Steuereinrichtung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines zu hohen oder niedrigen Durchflusswertes (12b) das zumindest teilweise gleichzeitig angelegte Signal (14a) vorzeitig oder verspätet abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines verspäteten Durchflussbeginns (23a) und einer verspäteten Durchflussbeendigung (23c) ein vorzeitiger Signalanstieg (27a) und eine vorzeitige Signalabsenkung (27c) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines verspäteten Durchflussbeginns (36) und eines verringerten Durchflussanstiegs (35a) ein vorzeitiger Signalanstieg (42a) und eine Erhöhung des maximalen Signalwertes (42b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine verspätete Signalabsenkung (42c) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Öffnung des Einspritzventils (3) vorgesehener Öffnungssignalwert (43, 44) erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorenelement als Piezoelement (1) ausgebildet ist, welches mit einem Steuerventil (2) mit einer ersten Hublänge, welches das Einspritzventil (3) mit einer zweiten Hublänge steuert, wechselwirkt, oder ohne Steuerventil mit dem Einspritzventil direkt wechselwirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorenelement als Magnetelement ausgebildet ist, welches wahlweise über ein Steuerventil (2) mit dem Einspritzventil (3) wechselwirkt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal eine angelegte elektrische Spannung, die Signalkennlinie eine Spannungskennlinie, das Signalzeitdiagramm ein Spannungszeitdiagramm, der Signalanstieg einen Spannungsanstieg, die Signalabsenkung eine Spannungsabsenkung und der Signalwert einen Spannungswert darstellen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der von der Sollkennlinie (11, 22, 34) abweichenden Durchflusskennlinie die die Einspritzlöcher durchfließende Brennstoffmenge in einer Prüfstandeinrichtung zeitabhängig gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der von der Sollkennlinie (11, 22, 34) abweichenden Durchflusskennlinie gemessene Zeitwerte zu den die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffmenge in den Frequenzbereich transformiert und dort weiterverarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verursachten Veränderungswerte der Signalkennlinienwerte (16a, 27, 42) als Korrekturwerte in/auf einem mit dem Injektor verbundenen Datenträger gespeichert oder aufgedruckt oder verschiedenen Widerstandswerten zugeordnet werden.
Vorrichtung zur Kalibrierung von Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen, wobei jeder Kraftstoffinjektor mindestens ein mittels einem elektrischen Signal betätigbares Aktorenelement (1), welches mit mindestens einem Einspritzventil (3) mit einer Einspritzrate zum Zuführen von Kraftstoff über Einspritzlöcher in einen Brennraum (5) wechselwirkt, aufweist, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die bei einer von einer Sollkennlinie (11, 22, 34) abweichenden Durchflusskennlinie (12, 23, 35) des die Einspritzlöcher durchfließenden Brennstoffes in einem Durchflusszeitdiagramm eine Veränderung einer Signalkennlinie (14a, 27, 42) des am Aktorenelement (1) angelegten elektrischen Signals in einem Signalzeitdiagramm gegenüber einer Sollkennlinie (13, 26, 41) steuert.