DE102009028650B4

DE102009028650B4 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009028650B4
Application number: DE102009028650.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Ruben Schlueter; Jens Neuberg; Helerson Kemmer; Holger Rapp; Haris Hamedovic; Jörg König; Anh-Tuan Hoang; Bernd Wichert; Achim Hirchenhein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2029-08-20
Also published as: DE102009028650A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzventils (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei das Einspritzventil (14) ein elektromagnetisch betätigtes Ventilelement (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:(a) Ermitteln einer maximalen Ansteuerdauer (28) des Kraftstoff-Einspritzventils (14), bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird;(b) Ermitteln einer maximalen Öffnungsdauer (30) des Kraftstoff-Einspritzventils (14), bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird;(c) Ermitteln einer Schließdauer (34) für die Fälle (a) und (b); und(d) Ermitteln einer Abhebeverzögerung (32) aus den Ergebnissen der Schritte (a) bis (c).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Magnetisch betriebene Kraftstoff-Einspritzventile für Brennkraftmaschinen sind vom Markt her bekannt. Darüber hinaus sind verschiedene Methoden bekannt, einen Öffnungszeitpunkt oder einen Hubanschlagszeitpunkt eines Magnetventils aus dem Spulenstrom, der Spulenspannung oder durch eine Auswertung des Zusammenwirkens beider Größen zu ermitteln. Die DE 36 09 599 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Entregungszeit von elektromagnetischen Ventilen bei Brennkraftmaschinen, wobei ein Erregungsstrom ausgehend von einem hohen Haltestromwert für eine bestimmte Zeitdauer nicht auf Null oder sogar einen negativen Wert, sondern auf einen im positiven Bereich unterhalb des Haltestroms liegenden Wert abgesenkt wird. Aufgrund der dadurch im Erregungskreis entstehenden Strom- und/oder Spannungswerte können ein Öffnungsanfang und ein Öffnungsende der Ventilnadel des elektromagnetischen Ventils besonders genau ermittelt werden. Die DE 38 43 138 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung eines eine Erregerwicklung und einen bewegbaren Anker aufweisenden elektromagnetischen Schaltorgans, mit einem ersten Zeitglied, durch welches der an die Erregerwicklung abgegebene Strom oder die angelegte Spannung erst nach einer Zeitspanne nach der Initialisierung eines Schaltvorgangs einer Regelung unterworfen wird. Solche und ähnliche Methoden setzen voraus, dass in einem Zeitintervall, in dem der zu detektierende Zeitpunkt liegt, eine konstante und genau bekannte Spannung an der Spule des Magnetventils anliegt.
Die DE 102 34 265 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers. Dabei wird eine Schaltzeit des Verbrauchers bei der Ansteuerung berücksichtigt. Diese Schaltzeit wird ausgehend von einem Stromwert ermittelt.
Die DE 38 03 436 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Anzugszeit und einer Abfallzeit eines Ankers eines elektromagnetischen Einspritzventils. Die in den Endlagen auftretenden Beschleunigungen werden aufgenommen und auf einen Sollwert geregelt.
Die DE 36 17 329 C2 beschreibt eine magnetventilgesteuerte Verteilerpumpe. Dabei wird die Ansprechcharakterisitk des Magnetventils berücksichtigt.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm und ein elektrisches Speichermedium nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass der Öffnungszeitpunkt bzw. die Abhebeverzögerung eines magnetisch betätigten Kraftstoff-Einspritzventils (Magnetventil) aus ohnehin erfassten und ermittelten Größen ermittelt wird, welche beispielsweise in einem Steuergerät bereits hinterlegt sind. Dies gestattet einen präziseren Betrieb und damit letztlich die Einsparung von Kraftstoff und die Reduktion von Emissionen. Betroffen sind beispielsweise Größen, Kennlinien oder Kennfelder, welche für eine Schließzeitpunktbestimmung vorliegen.
In einem ersten Schritt (a) des Verfahrens wird eine maximale Ansteuerdauer des Kraftstoff-Einspritzventils ermittelt, bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird, das Ventilelement mit seinem sitzseitigen Ende also gerade noch nicht vom Ventilsitz abhebt. Weiterhin wird in einem Schritt (b) eine maximale Öffnungsdauer des Kraftstoff-Einspritzventils ermittelt, bei welcher ebenfalls gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird. Dieser scheinbare Widerspruch resultiert daher, dass das ankerseitige Ende des Ventilelements, an dem das Öffnen und Schließen detektiert wird, sich beispielsweise aufgrund der Elastizität des Ventilelements und des Ventilsitzes bewegt, ohne dass das sitzseitige Ende abhebt. In einem dritten Schritt (c) wird für die Fälle (a) und (b) eine Schließdauer ermittelt. Ein vierter Schritt (d) ermittelt eine Abhebeverzögerung aus den Ergebnissen der voran gegangenen Schritte.
Ein Ansteuervorgang zum Öffnen eines Kraftstoff-Einspritzventils folgt üblicherweise einem bestimmten Schema. Zu einem ersten Zeitpunkt beginnt eine Ansteuerung des Magnetventils. Nach Ablauf einer Abhebeverzögerung beginnt ein Anker des Magnetventils einen Öffnungshub. Dieser Öffnungshub wird durch einen Hubanschlag begrenzt. Danach bleibt das Ventil für eine bestimmte Zeit geöffnet, wobei nach Wegfall der Ansteuerung ein Schließvorgang des Magnetventils beginnt. Dieser Schließvorgang ist durch eine Schließdauer gekennzeichnet. Nach Ablauf der Schließdauer ist das Kraftstoff-Einspritzventil wieder vollständig geschlossen. Definiert man eine Abhebeverzögerung als t_an _tot, eine Ansteuerungsdauer als t_i, eine Magnetventil-Öffnungsdauer als Top und eine Schließdauer als t_ab, so kann eine Gleichung angegeben werden: $T_{op} = t_{i} - t_{an tot} + t_{ab}$
Also ergibt sich die Öffnungsdauer des Magnetventils aus der Ansteuerdauer abzüglich der Abhebeverzögerung und zuzüglich der Schließdauer. Mit dieser Gleichung sind die wesentlichen, eine Bewegung des Kraftstoff-Einspritzventils bestimmenden Größen festgelegt.
Weiterhin kann ein Zusammenhang zwischen der Schließdauer und der Ansteuerdauer des Magnetventils benutzt werden. Dieser kann in einem Kennlinienfeld (Kennfeld) einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt sein. Vorzugsweise ist ein solches Kennfeld mit einem Kraftstoffdruck oder einer Ventilzählnummer parametriert. Fallweise kann es ausreichend sein, nur ein ventilindividuelles Minimum der Schließdauer und die diesem Minimum entsprechende Ansteuerdauer zu ermitteln, abzuspeichern und/oder auszulesen.
Ergänzend wird zur Durchführung des Verfahrens ein Zusammenhang zwischen einer Ansteuerdauer und einer abgesetzten Kraftstoffmenge herangezogen. Auch dieser Zusammenhang kann durch Kraftstoffdrücke oder Ventilzählnummern parametriert sein. Eine wichtige Größe dieses Kennfeldes ist die maximale Ansteuerdauer, bei welcher gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird. Fallweise kann es ausreichend sein, nur diese maximale Ansteuerdauer zu ermitteln, abzuspeichern und/oder auszulesen, wobei gegebenenfalls Parameter zu berücksichtigen sind.
Ein weiterer benötigter Zusammenhang besteht in der Abhängigkeit der abgesetzten Kraftstoffmenge von der Öffnungsdauer (Flugdauer) des Kraftstoff-Einspritzventils. Ebenfalls ist hier eine maximale Öffnungsdauer des Kraftstoff-Einspritzventils wichtig, bei der gerade noch kein Kraftstoff absetzt wird (Nullmenge). Der benötigte Zusammenhang kann in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine hinterlegt sein. Fallweise kann es ausreichend sein, nur diese maximale Öffnungsdauer zu ermitteln, abzuspeichern und/oder auszulesen, wobei gegebenenfalls Parameter zu berücksichtigen sind, wie etwa der Kraftstoffdruck. Aufgrund von elastischen Effekten im Zusammenwirken der Funktionselemente des Einspritzventils kann auch bei einer Nullmenge des Kraftstoffs noch eine endliche Schließverzugszeit beziehungsweise Ansteuerdauer definiert und ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist als weiteren Vorteil auf, dass die üblicherweise zu Beginn einer Ansteuerung des Kraftstoff-Einspritzventils häufigen Schaltvorgänge einer Magnetventil-Endstufe die Durchführung der Verfahrensschritte nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen.
Das Verfahren arbeitet genauer, wenn mindestens eine der Größen in den Schritten (a) bis (c) abhängig von einer aktuellen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Kraftstoffdruck und/oder einer Kraftstofftemperatur ermittelt wird. Das Verhalten des Kraftstoff-Einspritzventils kann nämlich durch die Berücksichtigung dieser Größen noch genauer beschrieben werden. Diese Größen können beispielsweise als Parameter eines Kennfeldes verwendet werden, welches in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt ist.
Ein wichtiger Verfahrensschritt besteht darin, die Abhebeverzögerung zu ermitteln, indem von der im Schritt (a) erfassten Größe die im Schritt (b) erfasste Größe subtrahiert und die im Schritt (c) erfasste Größe addiert wird. Diese Rechenvorschrift erhält man, wenn man die zuvor beschriebene Gleichung (1) umformt und die ermittelten übrigen Größen darauf anwendet. Beispielsweise ist der sogenannte „Kleinstmengenbereich“ von besonderer Bedeutung, bei dem quasi nichts mehr eingespritzt wird. Dies wird in der Gleichung (2) durch die angefügten Indizes „0“ dargestellt. $t_{an tot} = t_{i0} - T_{op0} + t_{ab0}$
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich noch besser anpassen, wenn im Schritt (b) die Öffnungsdauer und/oder im Schritt (c) die Schließdauer aus einer Kennlinie oder einem Kennfeld ermittelt wird. Damit wird es auf eine einfache Weise möglich, Betriebswerte oder Parameter der Brennkraftmaschine mit zur Berechnung der Abhebeverzögerung heranzuziehen.
Das Verfahren arbeitet besser, wenn die maximale Ansteuerdauer im Schritt (a) in einer Betriebsart des Kraftstoff-Einspritzventils ermittelt wird, in der dieses während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine mehrere einzelne Einspritzungen absetzt (Mehrfacheinspritzbetrieb), wobei die Ansteuerdauer einer der Einspritzungen von einem Arbeitstakt zum anderen zur Ermittlung der maximalen Ansteuerdauer variiert und die Ansteuerdauer mindestens einer anderen Einspritzung des selben Arbeitstakts so variiert wird, dass sich das Drehmoment und/oder das Abgas nicht ändert. Die Ermittlung der Schließdauer in Abhängigkeit von der Ansteuerdauer kann dadurch vorteilhaft momenten- und abgasneutral durchgeführt werden, da beim Mehrfacheinspritzbetrieb die Ermittlung bei einer der Einspritzungen erfolgen kann, wobei die Ansteuerdauer der übrigen Einspritzungen entsprechend angepasst wird. Damit ändern sich weder das Drehmoment der Brennkraftmaschine noch die Abgaswerte.
Möglich ist auch, dass die Einspritzung zur Ermittlung der maximalen Ansteuerdauer eine zusätzliche Einspritzung während eines Volllastbetriebs der Brennkraftmaschine ist. Eine solche Einspritzung ist ebenfalls im Wesentlichen drehmomentneutral, so dass der Betrieb der Brennkraftmaschine durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht gestört wird.
Als Alternative wird vorgeschlagen, dass die maximale Ansteuerdauer in einem Schubbetrieb mit einem späten Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Schubbetrieb liegt im normalen Betrieb häufig vor, so dass das Verfahren vergleichsweise häufig durchgeführt werden kann. Ein später Zündzeitpunkt führt zu einer drehmomentarmen Verbrennung, so dass der Schubbetrieb kaum gestört wird. Auch hat dies den Vorteil, dass bei der Ermittlung der Größen oder Kennfelder, der Druck des Kraftstoffs als ein Parameter auf einfache Weise berücksichtigt werden kann, weil der Druck dabei in vergleichsweise weiten Grenzen veränderbar ist.
Sowohl bei der zusätzlichen Einspritzung während des Volllastbetriebs der Brennkraftmaschine, als auch im Schubbetrieb mit einem späten Zündzeitpunkt kann die Ventilzählnummer ebenfalls als ein Parameter des Kennfeldes berücksichtigt werden.
Die Genauigkeit des Verfahrens wird erhöht, wenn die maximale Öffnungsdauer, die maximale Ansteuerdauer und/oder die Schließdauer im Betrieb immer wieder für jedes Kraftstoff-Einspritzventil für unterschiedliche Kraftstoffdrücke ermittelt, hieraus Kennlinien und/oder Kennfelder erstellt und diese zur Verwendung im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine abgespeichert werden. Der Vorteil ist, dass auf diese Weise alle für eine Durchführung des Verfahrens wichtigen Größen und Parameter beständig aktualisiert werden können, wodurch sich der Nutzen des Verfahrens erhöht.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung eines Magnetventils des Kraftstoffsystems von 1;
3 zwei Zeitdiagramme eines Ansteuersignals und einer Bewegung einer Ventilnadel beziehungsweise Ventilelements des Magnetventils von 2;
4 ein Diagramm, in dem eine Schließdauer über einer Ansteuerdauer für verschiedene Magnetventile des in 2 dargestellten Typs aufgetragen ist;
5 ein Diagramm, in dem eine abgegebene Kraftstoffmenge über der Ansteuerdauer für verschiedene Magnetventile des in 2 dargestellten Typs aufgetragen ist;
6 ein Diagramm, in dem eine abgegebene Kraftstoffmenge über einer Flugdauer für das Magnetventil von 2 aufgetragen ist; und
7 ein Flussdiagramm für einen Ablauf des Verfahrens.

Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsystems 11 einer Brennkraftmaschine 10 mit vorliegend vier Zylindern 12 und zugehörigen elektromagnetisch betätigten Einspritzventilen 14 („Magnetventil“) zur Einspritzung von Kraftstoff, die entsprechend den Zylindern der Brennkraftmaschine 10 mit den Indizes a bis d versehen sind, bei allgemeiner Bezugnahme nachfolgend aber ohne Indizes bezeichnet werden. Die Einspritzventile 14 weisen je ein (in der 1 nicht sichtbares) elektromagnetisch betätigtes Ventilelement 15 (vgl. 2) auf. Oberhalb der Einspritzventile 14 ist ein Common-Rail-Block 16 dargestellt, der aus einer Hochdruckleitung 18 mit Kraftstoff gespeist und von einem Drucksensor 20 überwacht wird. Die Brennkraftmaschine 10 ist entweder als ein Benzinmotor oder als ein Dieselmotor ausgeführt. Im rechten oberen Teil der 1 ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 zusammen mit angedeuteten abgehenden und ankommenden Steuerleitungen dargestellt, sowie ein darin enthaltenes elektrisches Speichermedium 24 und ein Computerprogramm 26.
Im Betrieb speist eine (nicht dargestellte) Kraftstoffpumpe den Common-Rail-Block 16 über die Hochdruckleitung 18, wobei der Drucksensor 20 den aktuellen Druck über eine angedeutete Signalleitung zur Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 meldet. Die vier Einspritzventile 14 setzen abhängig von einem Ansteuersignal eine bestimmte Kraftstoffmenge in die Zylinder 12 ab.
2 zeigt schematisch einige Elemente eines Einspritzventils 14 zur Kraftstoff-Direkteinspritzung einer Brennkraftmaschine 10. In 2 ist das Einspritzventil 14 geschlossen gezeigt. Dargestellt ist ein Elektromagnet 113 mit einer Ankerwicklung 112 und einem Anker 114, der bei einer Bestromung in die Ankerwicklung 112 gezogen wird. Die Bewegung des Ankers 114 ist durch einen Ruhesitz 116 sowie einen Ankeranschlag 118 begrenzt. Bei geschlossenem Einspritzventil 14 liegt der Anker 114 auf dem Ruhesitz 116 auf. Durch eine axiale Bohrung im Anker 114 ist eine Ventilnadel 120 geführt, welche an ihrem in der Zeichnung oberen Ende fest mit einem scheibenförmigen Teller 122 verbunden ist. Auf den Teller 122 wirkt eine Schraubenfeder 124 ein und beaufschlagt die Ventilnadel 120 somit in Schließrichtung. Die Ventilnadel 120, der Teller 122 und gegebenenfalls der Anker 114 bilden zusammen das Ventilelement 15.
Am in der Zeichnung unteren Ende des Einspritzventils 14 ist ein Ventilsitz 126 angeordnet. Eine Auslassöffnung 128 ist bei auf dem Ventilsitz 126 aufliegender Ventilnadel 120 verschlossen und bei abgehobener Ventilnadel 120 geöffnet (nicht dargestellt). Sonstige Elemente des Einspritzventils 14, wie zum Beispiel Kraftstoffkanäle, sind nicht mit dargestellt. Alle Bewegungen geschehen in einer auf die 2 bezogenen vertikalen Richtung.
3 erläutert einen typischen Zusammenhang dynamischer Größen des Einspritzventils. Dazu zeigt die 3 zwei übereinander liegende Diagramme. Beide weisen einen gleichen, nicht skalierten Zeitmaßstab in der Abszisse auf. In dem oberen Diagramm ist ein Ansteuersignal 35 des Magnetventils dargestellt, beispielsweise um einen Ansteuerstrom ein- bzw. auszuschalten. Die Differenz zwischen einem Beginn 36 und einem Ende 38 des Ansteuersignals 35 wird als die Ansteuerdauer 28 bezeichnet. Vorliegend in der 3 gilt die Ansteuerung des Einspritzventils 14 durch das Ansteuersignal 35 als aktiv, wenn der Kurvenverlauf im oberen Diagramm die Abszisse berührt. In dem übrigen Bereich des oberen Diagramms gilt die Ansteuerung als inaktiv.
In dem unteren Diagramm ist dazu passend ein Zeitverlauf der Hubbewegung 40 („Nadelhub“) des elektromagnetisch betätigten Ventilelements 15, beziehungsweise dessen Ventilnadel 120 und Tellers 122 dargestellt. Nach dem Beginn 36 des Ansteuersignals 35 bleibt das Ventilelement 15 des Einspritzventils 14 zunächst in Ruhe. Nach Ablauf der physikalisch bedingten Abhebeverzögerung 32 nimmt der Anker 114 die Ventilnadel 120 und den Teller 122 des Ventilelements 15 mit einer steilen Rampe in Richtung auf einen Hubanschlag 42 mit. Der Hubanschlag 42 ist durch eine waagerechte, gestrichelte Linie markiert und entspricht einem durch den Ankeranschlag 118 verursachten Bewegungsende des Ankers 114. Zu einem Zeitpunkt 44 wird der Hubanschlag 42 erreicht und beibehalten, bis ab dem Zeitpunkt 38 das Ansteuersignal 35 wieder in den inaktiven Zustand zurückkehrt. Danach beginnt ein Schließvorgang des Einspritzventils 14. Der Schließvorgang ist gekennzeichnet durch einen Abfall des Ventilelements 15 von dem Hubanschlag 42, wobei zugleich der Anker 114 mitgeführt wird. Das Ventilelement 15 beginnt jedoch erst nach einer gewissen Schließverzugszeit 45 nach dem Ende des Ansteuersignals 35 zu schließen. Zu einem Zeitpunkt 46 ist der Schließvorgang abgeschlossen, wobei der Anker 114 wieder in seine Ruhelage am Ruhesitz 116, sowie die Ventilnadel 120 wieder in den Ventilsitz 126 zurückfällt. Der Zeitraum zwischen Ende der Ansteuerung und dem Ende der Schließbewegung des Ventilelements 15 wird als Schließdauer 34 bezeichnet.
Man erkennt, wie die Bewegung des Ventilelements 15, beziehungsweise der Ventilnadel 120, der in dem oberen Diagramm dargestellten Ansteuerung jeweils nur verzögert folgen. Dies gilt für den Beginn 48 des Öffnungsvorgangs, indem die Abhebeverzögerung 32 eine Totzeit der Ankerbewegung beziehungsweise der Bewegung des Ventilelements 15 darstellt. Erst danach erfolgt ein vergleichsweise steiler Anstieg über die Rampe in Richtung auf den Hubanschlag 42. Ebenso setzt der Schließvorgang des Ventilelements 15 um die Schließverzugszeit 45 verzögert ein. Weiterhin ergibt sich aus den Diagrammen der 3, dass eine durch die Differenz der Zeitpunkte 48 und 46 bestimmte Öffnungsdauer 30 des Einspritzventils 14 nur näherungsweise mit der Ansteuerdauer 28 übereinstimmt.
4 beschreibt einen Verlauf der Schließdauer 34 über der Ansteuerdauer 28 für verschiedene Einspritzventile des gleichen Typs, zeigt also die fertigungs- und toleranzbedingten Streuungen. Dargestellt ist dieser funktionale Zusammenhang also beispielsweise für die drei Einspritzventile 14a, 14b und 14c der 1 als ein Kennfeld 49. Für die Einspritzventile 14 ist jeweils eine Kurve gezeigt. Der Kraftstoffdruck ist für alle drei Kurven konstant und beträgt beispielsweise 40 bar.
Im unteren Teil der 4 ist beispielhaft für das Einspritzventil 14c ein ventilindividuelles Minimum 52 (hier als t_abmin bezeichnet und für die Kurve 14c vorliegend etwa 0,24 ms (Millisekunden) betragend) zusammen mit der zugehörigen Ansteuerdauer 28 (hier als ti(t_abmin) bezeichnet und für die Kurve 14c vorliegend etwa 0,21 ms betragend) bezeichnet.
Insbesondere ist zu erkennen, wie das vorliegende Minimum 52 der Schließdauer 34 über der Ansteuerdauer 28 zwischen den drei dargestellten Ventilelementen 14 streut. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, den vorliegenden Zusammenhang der Schließdauer 34 und der Ansteuerdauer 28 unter anderem mit der Ventil-Zählnummer 14a, 14b und 14c zu parametrieren. Weitere geeignete Parameter sind beispielsweise der Kraftstoffdruck.
5 stellt einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer 28 und einer von den Einspritzventilen 14 abgesetzten Kraftstoffmenge 56 wiederum für die Einspritzventile 14a bis 14c dar. Das Diagramm der 5 weist also vorliegend eine Mengenkennlinie im Kleinstmengenbereich aus, und gilt allgemein für einen bestimmten Druck.
Man erkennt, wie mit einer zunehmenden Ansteuerdauer 28 die abgesetzte Kraftstoffmenge 56 jeweils zunimmt. Dabei ergibt sich ein Wert Null der Kraftstoffmengen 56 jedoch nicht im Koordinatenursprung, sondern bei endlichen Ansteuerdauern 28 von vorliegend beispielhaft 0,210 ms (Millisekunden) und 0,220 ms an den mit Pfeilen 58 bezeichneten Stellen. Vergleicht man das Diagramm der 5 mit dem zuvor erläuterten Diagramm der 4, so wird ersichtlich, dass das ventilindividuelle Minimum der Schließdauer 34 und das Erreichen einer Nullmenge des abgesetzten Kraftstoffs 56 zumindest näherungsweise bei derselben Ansteuerdauer vorliegen.
6 zeigt eine Kennlinie 60 der abgesetzten Kraftstoffmenge 56 über der Öffnungsdauer 30 des Einspritzventils 14. Man erkennt, wie mit einer steigenden Öffnungsdauer 30 des Einspritzventils 14 die Menge des abgesetzten Kraftstoffs ansteigt. In einer zu der 5 ähnlichen Weise beginnt die dargestellte Kurve nicht im Koordinatenursprung, sondern bei einer endlichen Öffnungsdauer 30 des Einspritzventils 14. Diese Öffnungsdauer wird als T_op0 bezeichnet und stellt die maximale Öffnungsdauer des Einspritzventils 14 dar, bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird.
7 zeigt ein Flussdiagramm zur Abarbeitung des Verfahrens in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22. Wesentlich sind alle dargestellten Pfade, wobei die dick gezeichneten Pfeile lediglich die Orientierung erleichtern sollen. Ausgehend von einem Start-Block 150 im oberen Teil der 7 wird in einem Block 152 in einem Schritt (a) eine maximale Ansteuerdauer t_i0 des Kraftstoff-Einspritzventils 14 ermittelt, bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird. Dies kann beispielsweise in einem Schubbetrieb durch sukzessives Erhöhen der Ansteuerdauer durchgeführt werden, bis ein erster Einfluss auf das Drehmoment feststellbar ist. Weiterhin wird in einem Block 154 in einem Schritt (b) eine maximale Öffnungsdauer 30 bzw. t_op0 des Kraftstoff-Einspritzventils 14 ermittelt, bei der ebenfalls gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird. Diese ergibt sich beispielsweise aus der Elastizität von Ventilnadel 120 und Ventilsitz 126 und kann durch die Auswertung des Null-Schnittpunkts der in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 abgelegten, für alle Ventile unabhängig von toleranzbedingter Streuung geltenden Kennlinie der Menge über der Öffnungsdauer ermittelt werden. Der Block 156 repräsentiert einen Verfahrensschritt (c), in dem für die Fälle (a) und (b) eine Schließdauer 34 bzw. t_ab0 ermittelt wird.
Aus den Ergebnissen der Schritte (a) bis (c) wird in einem Block 158 eine Abhebeverzögerung 32 bzw. t_{an tot} ermittelt, entsprechend einem Schritt (d). Die im Block 158 erzielten Größen können nachfolgend zum Steuern und/oder Regeln der Brennkraftmaschine 10 benutzt werden. Anschließend wird in einer Verzweigung 160 entschieden, ob die in der 7 dargestellte Prozedur nur einmalig erfolgt und in einem Ende-Block 162 abgeschlossen wird, oder ob zurück an den Start-Block 150 verzweigt wird und die Prozedur mehrmals oder sogar fortlaufend wiederholt wird.
Die Abhebeverzögerung 32 bzw. t_an _tot wird im Block 158 ermittelt, indem von der im Schritt (a) erfassten Größe die im Schritt (b) erfasste Größe subtrahiert und die im Schritt (c) erfasste Größe addiert wird. Ergänzend werden ein Kraftstoffdruck 164 und eine Kraftstofftemperatur 166 in Blöcken 168 und 170 aufbereitet und können in die Verfahrensschritte (a) bis (c) mit einbezogen werden. Um zylinderindividuelle Unterschiede zu berücksichtigen, werden die in der 7 dargestellten Abläufe für jedes Einspritzventil 14 der Brennkraftmaschine 10 gesondert ausgeführt.
Eine Verbindung 172 repräsentiert verschiedene bidirektionale Steuer- und Signalleitungen, mittels derer ein Mehrfacheinspritzbetrieb, zusätzliche Einspritzungen, ein Volllastbetrieb, ein Schubbetrieb und/oder ein später Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine 10 berücksichtigt werden.
Die vorliegenden Zeichnungen und Beschreibungen der 1 bis 7 charakterisieren ein zweigeteiltes Ventilelement 15. Die Ergebnisse sind jedoch im Wesentlichen auf einteilige Ventilelemente 15 übertragbar, bei denen die Ventilnadel mit dem Anker fest verbunden ist. Überdies ist es denkbar, das Verfahren auch auf Magnetventile anzuwenden, welche in anderen Bereichen als der Kraftstoffeinspritzung eingesetzt sind.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzventils (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei das Einspritzventil (14) ein elektromagnetisch betätigtes Ventilelement (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: (a) Ermitteln einer maximalen Ansteuerdauer (28) des Kraftstoff-Einspritzventils (14), bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird; (b) Ermitteln einer maximalen Öffnungsdauer (30) des Kraftstoff-Einspritzventils (14), bei der gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird; (c) Ermitteln einer Schließdauer (34) für die Fälle (a) und (b); und (d) Ermitteln einer Abhebeverzögerung (32) aus den Ergebnissen der Schritte (a) bis (c).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Größen in den Schritten (a) bis (c) abhängig von einer aktuellen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (10), insbesondere einem Kraftstoffdruck (164) und/oder einer Kraftstofftemperatur (166) ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhebeverzögerung (32) ermittelt wird, indem von der im Schritt (a) erfassten Größe die im Schritt (b) erfasste Größe subtrahiert und die im Schritt (c) erfasste Größe addiert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (b) die Öffnungsdauer (30) und/oder im Schritt (c) die Schließdauer (34) aus einer Kennlinie (60) oder einem Kennfeld (49) ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ansteuerdauer (28) im Schritt (a) in einer Betriebsart des Kraftstoff-Einspritzventils (14) ermittelt wird, in der dieses während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine (10) mehrere einzelne Einspritzungen absetzt (Mehrfacheinspritzbetrieb), wobei die Ansteuerdauer (28) einer der Einspritzungen von einem Arbeitstakt zum anderen zur Ermittlung der maximalen Ansteuerdauer (28) variiert und die Ansteuerdauer (28) mindestens einer anderen Einspritzung des selben Arbeitstakts so variiert wird, dass sich das Drehmoment und/oder das Abgas nicht ändert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung zur Ermittlung der maximalen Ansteuerdauer (28) eine zusätzliche Einspritzung während eines Volllastbetriebs der Brennkraftmaschine (10) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ansteuerdauer (28) in einem Schubbetrieb mit einem späten Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine (10) ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Öffnungsdauer (30), die maximale Ansteuerdauer (28) und/oder die Schließdauer (34) im Betrieb immer wieder für jedes Kraftstoff-Einspritzventil (14) für unterschiedliche Kraftstoffdrücke ermittelt, hieraus Kennlinien (60) und/oder Kennfelder (49) erstellt und diese zur Verwendung im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine (10) abgespeichert werden.
Computerprogramm (26), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
Elektrisches Speichermedium (24) für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm (26) zur Anwendung eines Verfahrens der Ansprüche 1 bis 8 abgespeichert ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 programmiert ist.