DE102010063099A1

DE102010063099A1 - Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspitzanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010063099A1
Application number: DE102010063099A
Authority: DE
Inventors: Nestor Rodriguez-Amaya; Siegfried Ruthardt; Holger Rapp; Wolfgang Stoecklein; Bernd Berghaenel; Marco Beier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN103237976A; US9206758B2; US20130312709A1; BR112013014657A2; EP2652299A1; KR20140033320A; WO2012079933A1; EP2652299B1; CN103237976B

Abstract

Es wird Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzanlage weist einen Injektor zur Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine auf. Der Injektor weist einen Aktor, ein Schaltventil und eine Düsennadel auf. Bei dem Verfahren wird dem Aktor eine Spannung und/oder ein Strom während einer Ansteuerzeitdauer (dactive) zugeführt. Das Schaltventil wird von dem Aktor in eine Hubbewegung versetzt. Durch die Hubbewegung des Schaltventils wird der Injektor mittels der Düsennadel geöffnet und geschlossen. Eine weitere Zeitdauer (dclose, dc1) wird ermittelt. Die weitere Zeitdauer (dclose, dc1) endet mit dem Schließzeitpunkt der Düsennadel. Eine Funktion wird ermittelt, die die Ansteuerzeitdauer (dactive) mit der weiteren Zeitdauer (dclose, dc1) verknüpft. Mittels der Funktion wird eine kleinste Ansteuerzeitdauer, zu der die Düsennadel öffnet und zu einer Einspritzung führt, ermittelt. Eine Öffnungsverzugszeitdauer (do1) der Düsennadel wird in Abhängigkeit von der kleinsten Zeitdauer (dactive,min) ermittelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff sind allgemein bekannt. Durch das Ansteuern eines Aktors, beispielsweise eines Magnet- oder Piezo-Aktors, wird ein Schaltventil bewegt. Das Schaltventil steht mit einer Düsennadel in einer hydraulischen Verbindung, wobei die Düsennadel in Abhängigkeit von dem Zustand des Schaltventils den Injektor öffnet oder schließt.
Des Weiteren ist es bekannt, dass ein Ansteuerstartzeitpunkt und Ansteuerendzeitpunkt der Ansteuerung des Aktors ermittelt wird. Die Ermittlung eines Schließzeitpunkts des Schaltventils ist aus DE 3 609 599 A1 oder DE 3 843 138 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den 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.
Das Verfahren ermöglicht vorteilhaft durch die Ermittlung einer Öffnungsverzugszeitdauer der Düsennadel eine genaue Ermittlung der durch den Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge. Die Öffnungsverzugszeitdauer beginnt zu einem Ansteuerbeginnzeitpunkt, der den Beginn der Ansteuerung des Aktors des Injektors markiert, und endet mit dem Öffnungszeitpunkt der Düsennadel. Die Offnungsverzugszeitdauer der Düsennadel wird vorteilhaft in Verbindung mit einer minimalen Ansteuerzeitdauer ermittelt, wobei die minimale Ansteuerzeitdauer der Ansteuerzeitdauer für den Aktor entspricht, bei der sich der Injektor gerade nicht öffnet. Die minimale Ansteuerzeitdauer wird aus einer Funktion ermittelt, die die Ansteuerzeitdauer mit einer weiteren Zeitdauer verknüpft. Diese so entsprechend genauer bestimmte eingespritzte Kraftstoffmenge kann wiederum in weitere Berechnungen einfließen. Insgesamt trägt das Verfahren dazu bei, die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine zu verbessern und entsprechend führt das Verfahren dazu, dass Kraftstoff eingespart werden kann und Schadstoffemissionen weiter gesenkt werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die weitere Zeitdauer eine Schließzeitdauer der Düsennadel, die bei einem Schließzeitpunkt des Schaltventils beginnt. Der Schließzeitpunkt des Schaltventils entspricht einem Übergang der Düsennadel in eine Schließbewegung. Damit fließt der bekannte Schließzeitpunkt des Schaltventils in die Ermittlung des Öffnungszeitpunkts der Düsennadel mit ein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die weitere Zeitdauer eine Schließverzugszeitdauer, die bei einem Ansteuerendzeitpunkt der Ansteuerung des Aktors beginnt. Ist beispielsweise der Schließzeitpunkt des Schaltventils nicht verfügbar, so kann vorteilhaft dieser bekannte Ansteuerendzeitpunkt bzw. die bekannte Schließverzugszeitdauer in die Ermittlung des Öffnungszeitpunkts der Düsennadel einfließen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden Wertepaare aus der Ansteuerzeitdauer und der weiteren Zeitdauer, d. h. der Schließzeitdauer oder der Schließverzugszeitdauer, ermittelt. Beispielsweise mittels linearer Regression wird die Funktion aus den Wertepaaren ermittelt. Die Annahme eines linearen Zusammenhangs zwischen der Ansteuerzeitdauer und der weiteren Zeitdauer vereinfacht damit die Ermittlung der Funktion.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein schematischer Schnitt durch einen Piezo-Injektor;
2a ein schematisch dargestelltes Schaltventil in einer Startposition;
2b das schematisch dargestellte Schaltventil in einem Zustand „Öffnen”;
2c das schematisch dargestellte Schaltventil in einem Zustand „Schließen”;
3 ein Zeitdiagramm mit einem schematisch dargestellten Stromverlauf einer Ansteuerung eines Magnet-Aktors, einem schematisch dargestellten Hubverlauf des Schaltventils und einem schematisch dargestellten Hubverlauf einer Düsennadel;
4 ein Zeitdiagramm mit einem schematisch dargestellten Spannungsverlauf einer Ansteuerung eines Piezo-Aktors, dem schematisch dargestellten Hubverlauf des Schaltventils und dem schematisch dargestellten Hubverlauf einer Düsennadel;
5 ein schematisch dargestelltes Ansteuerzeitdauer-Schließzeitdauer-Diagramm;
6 ein schematisches Ablaufdiagramm; und
7 ein schematisches Blockdiagramm.
Der in 1 gezeigte Piezo-Injektor 100 dient zur Einspritzung von Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Piezo-Injektor 100 ist Teil einer Kraftstoffeinspritzanlage der Brennkraftmaschine. Beispielsweise arbeitet diese Kraftstoffeinspritzanlage nach dem sogenannten Common-Rail-Verfahren. Die Zuführung von Kraftstoff durch den Piezo-Injektor 100 wird von einem Piezo-Aktor 10 gesteuert, der über ein Steuergerät mit einer elektrischen Spannung angesteuert wird. In Abhängigkeit von der Spannung verändert sich die Ausdehnung des Piezo-Aktors 10 in Längsrichtung, d. h. entlang der Längsachse des Piezo-Injektors 100. Der Piezo-Aktor 10 ist über einen hydraulischen Koppler 11 mit einem Schaltventil 12 verbunden. Der Piezo-Aktor 10 beaufschlagt das Schaltventil 12 mit einer Hubbewegung. Über das Schaltventil 12 wird hydraulisch die Bewegung einer Düsennadel 14 in Längsrichtung gesteuert, so dass die Düsennadel 14 den Piezo-Injektor 100 öffnet oder schließt und damit Kraftstoff in den Brennraum zumisst. Durch die Hubbewegung des Schaltventils 12 wird der Piezo-Injektor 100 mittels der Düsennadel 14 geöffnet und wieder geschlossen. Der Piezo-Aktor 10, der hydraulischen Koppler 11 sowie das Schaltventil 12 werden nachfolgend auch Stellerkette 13 genannt. Alternativ zu dem Piezo-Aktor 10 in 1 kann auch ein Magnet-Aktor dazu verwendet werden, das Schaltventil 12 mit einer Hubbewegung zu beaufschlagen.
Die 2a, 2b und 2c zeigen schematisch ein hydraulisches System, welches mit Kraftstoff gefüllt ist. Das hydraulische System zwischen dem Schaltventil 12 und der Düsennadel 14 der 1 dient zur Steuerung der Bewegung der Düsennadel 14 mittels des Schaltventils 12. Das hydraulische System gemäß den 2a, 2b und 2c ist jedoch nicht auf die Betätigung bzw. den Betrieb mittels eines Piezo-Aktors 10 gemäß der 1 beschränkt, sondern kann alternativ auch mit dem genannten Magnet-Aktor oder einem anderen Aktor-Typ betrieben werden. Weiterhin sind ein Ablauf 15, ein Zulauf 16, ein Absteuerraum 17, eine Ventilkammer 18, eine Steuerkammer 19 und ein Druckraum 20 gezeigt. Die Ventilkammer 18 ist mit der Steuerkammer 19 über eine Verbindungsleitung 21 verbunden. Die Verbindungsleitung 21 besitzt eine Ablaufdrossel 22. Die Steuerkammer 19 ist mit dem Druckraum 20 über eine Verbindungsleitung 23 verbunden. Die Verbindungsleitung 23 besitzt eine Zulaufdrossel 24. In dem Absteuerraum 17 der 2a ist ein Lecköldruck Pleak und in dem Druckraum 20 ist ein Raildruck Prail vorhanden.
In 2a befindet sich der Piezo-Injektor 100 im Startzustand, wobei das Schaltventil 12 verschlossen ist. Daher herrscht im Absteuerraum 17 der durch den Ablauf 15 bestimmte Lecköldruck Pleak. Im restlichen System herrscht der über den Zulauf 16 erreichte Raildruck Prail.
Wird der Piezo-Aktor 10 aufgeladen, so dehnt sich dieser in Längsrichtung aus. Alternativ führt eine entsprechende Ansteuerung des erläuterten Magnet-Aktors oder eines anderen Aktor-Typs zu einer entsprechenden Kraftwirkung auf das Schaltventil 12 und so zu einer Hubbewegung des Schaltventils 12. Es wird über die Stellerkette 13 das Schaltventil 12 mit einem entsprechenden Hub beaufschlagt und damit, entsprechend 2b, in eine Bewegungsrichtung r1 geöffnet. Dadurch ändern sich die Drücke innerhalb des hydraulischen Systems wie folgt: Durch das Öffnen des Schaltventils 12 werden der Absteuerraum 17 und die Ventilkammer 18 verbunden, so dass der Druck in der Ventilkammer 18 von dem Raildruck Prail auf einen Druck etwas oberhalb des Lecköldrucks Pleak sinkt. Aus der Steuerkammer 19 fließt entsprechend ausgehend vom höheren Druck Prail in der Steuerkammer 19 Kraftstoff über die Ablaufdrossel 22 in Richtung f1 ab und der Druck in der Steuerkammer 19 sinkt ausgehend vom bisherigen Raildruck Prail auf einen Zwischendruck Pz1. Für den Zwischendruck Pz1 gilt: Prail > Pz1 > Pleak. Gleichzeitig fließt durch die Verbindungsleitung 23 Kraftstoff in Richtung f2 nach und beeinflusst den Druck in der Steuerkammer 19.
Das Öffnen des Schaltventils 12 führt in der Steuerkammer 19 somit zu einem Druckabfall, welcher bewirkt, dass sich die Düsennadel 14 nach oben in die Bewegungsrichtung r2 bewegt. Diese Bewegungsrichtung r2 der Düsennadel 14 bedeutet ein Öffnen des Piezo-Injektors 100 zur Kraftstoffeinspritzung.
Zum Verschließen des Piezo-Injektors 100 und damit der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung nach 2c wird der Piezo-Aktor 10 entladen und verkleinert sich daher in Längsrichtung. Alternativ führt eine entsprechende Ansteuerung des erläuterten Magnet-Aktors oder eines anderen Aktor-Typs zum Ende der Kraftwirkung auf das Schaltventil 12 und so zu einer Rückstellbewegung desselben. Über die Stellerkette 13 wird das Schaltventil 12 entsprechend mit einem Hub beaufschlagt und es bewegt sich in Bewegungsrichtung r3 hin zur einer Schließposition. Dadurch kann weniger bis kein Kraftstoff mehr über den Ablauf 15 abfließen. Ebenso verringert sich der Fluss durch die Verbindungsleitung 21. Durch die Verbindungsleitung 23 fließt Kraftstoff in Richtung f3 nach und bewirkt, dass sich die Düsennadel 14 in die Bewegungsrichtung r4 bewegt und den Piezo-Injektor 100 verschließt.
Danach kann sich bei dem geschlossenen Schaltventil 12 wieder ein Zustand nach 2a ausbilden.
3 zeigt ein Zeitdiagramm 200 mit einem schematisch dargestellten Stromverlauf 20 einer Ansteuerung eines Magnet-Aktors zur Öffnung des Schaltventils 12, einem schematisch dargestellten Hubverlauf 30 des Schaltventils 12 und einem schematisch dargestellten Hubverlauf 40 der Düsennadel 14. Der Stromverlauf 20 ist einer Stromachse I zugeordnet, wobei auf der Stromachse I ein erster Stromwert I1, ein zweiter Stromwert I2 und ein dritter Stromwert I3 aufgetragen sind. Der zweite Stromwert I2 ist größer als der erste Stromwert I1. Der dritte Stromwert I3 ist größer als der zweite Stromwert I2. Der Hubverlauf 30 des Schaltventils 12 ist einer Ventilhubachse hS zugeordnet, wobei auf der Ventilhubachse hS ein erster Ventilhubwert hS1 und ein zweiter Ventilhubwert hS2 aufgetragen sind. Der zweite Ventilhubwert hS2 ist größer als der erste Ventilhubwert hS1. Der Hubverlauf 40 der Düsennadel 14 ist einer Nadelhubachse hN zugeordnet, wobei auf der Nadelhubachse hN ein erster Nadelhubwert hN1 und ein zweiter Nadelhubwert hN2 aufgetragen sind. Der zweite Nadelhubwert hN2 ist größer als der erste Nadelhubwert hN1. Der Stromverlauf 20, der Hubverlauf 30 des Schaltventils 12 und der Hubverlauf 40 der Düsennadel 14 beziehen sich jeweils auf eine gemeinsame Zeitachse t.
Zu einem Ansteuerstartzeitpunkt t0 befindet sich der Stromverlauf 20 bei dem ersten Stromwert I1. Zwischen dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 steigt der Stromverlauf 20 ausgehend von dem ersten Stromwert I1 über den zweiten Stromwert I2 auf den dritten Stromwert I3. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t5 befindet sich der Stromverlauf 20 bei dem dritten Stromwert I3. Zwischen dem Zeitpunkt t5 und einem Zeitpunkt t6 sinkt der Stromverlauf 20 von dem dritten Stromwert I3 auf den zweiten Stromwert I2. Zwischen dem Zeitpunkt t6 und einem Ansteuerendzeitpunkt t7 verweilt der Stromverlauf 20 bei dem zweiten Stromwert I2. Zwischen dem Ansteuerendzeitpunkt t7 und einem Zeitpunkt t8 sinkt der Stromverlauf 20 von dem zweiten Stromwert I2 auf den ersten Stromwert I1. Der Ansteuerstartzeitpunkt t0 und der Ansteuerendzeitpunkt t7 definieren eine Ansteuerzeitdauer d_active. Zu einer alternativen Definition der Ansteuerzeitdauer d_active kann beispielsweise anstatt des Ansteuerstartzeitpunktes t0 der Zeitpunkt t1 gewählt werden. Ebenso kann zu einer alternativen Definition der Ansteuerzeitdauer d_active anstatt des Ansteuerendzeitpunktes t7 der Zeitpunkt t8 gewählt werden. Die Definition der Ansteuerzeitdauer d_active entspricht damit allgemein einer Zeitdauer, während der ein gewisser Energiezustand, gekennzeichnet durch Strom bzw. Spannung in einem Aktor, beispielsweise dem Magnet-Aktor vorliegt.
Zwischen dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und einem Öffnungszeitpunkt t2 des Schaltventils 12 befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem ersten Ventilhubwert hS1. Zwischen dem Öffnungszeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 steigt der Hubverlauf 30 von dem ersten Ventilhubwert hS1 auf den zweiten Ventilhubwert hS2. Zwischen dem Zeitpunkt t3 und einem Zeitpunkt t9 befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem zweiten Ventilhubwert hS2. Zwischen dem Zeitpunkt t9 und einem Schließzeitpunkt t10 des Schaltventils 12 fällt der Hubverlauf 30 von dem zweiten Ventilhubwert hS2 auf den ersten Ventilhubwert hS1. Zwischen dem Schließzeitpunkt t10 und einem Zeitpunkt t11 ist ein Hubverlauf 32 des Schaltventils 12 gezeigt, wobei der Hubverlauf 32 bis zur Mitte des Intervalls zwischen dem Schließzeitpunkt t10 und dem Zeitpunkt t11 ausgehend von dem ersten Ventilhubwert hS1 ansteigt und bis zum Zeitpunkt t11 zu dem ersten Ventilhubwert hS1 zurück fällt. Der Hubverlauf 32 entspricht einem Prellverhalten des Schaltventils 12, wobei das Schaltventil 12 zu dem Schließzeitpunkt t10 und erneut zu dem Zeitpunkt t11 auf einen Anschlag trifft.
Zwischen dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und dem Öffnungszeitpunkt t2 des Schaltventils 12 befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem ersten Ventilhubwert hS1, was dem geschlossenen Zustand des Schaltventils 12 in 2a entspricht. Der Hubverlauf 30 steigt zwischen dem Öffnungszeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 von dem ersten Ventilhubwert hS1 auf den zweiten Ventilhubwert hS2, was in 2b dem Öffnen des Schaltventils 12 in die Bewegungsrichtung r1 entspricht. Zwischen dem Zeitpunkt t9 und dem Schließzeitpunkt t10 fällt der Hubverlauf 30 von dem zweiten Ventilhubwert hS2 auf den ersten Ventilhubwert hS1, was in 2c dem Schließen des Schaltventils 12 in die Bewegungsrichtung r3 entspricht. Befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem ersten Ventilhubwert hS1, so ist das Schaltventil 12 verschlossen. Befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem zweiten Ventilhubwert hS2, so ist das Schaltventil 12 geöffnet.
Der Hubverlauf 40 der Düsennadel 14 befindet sich zwischen dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und einem Öffnungszeitpunkt t4 der Düsennadel 14 bei dem ersten Nadelhubwert hN1. Zwischen dem Öffnungszeitpunkt t4 und dem Schließzeitpunkt t10 des Schaltventils 12 steigt der Hubverlauf 40 von dem ersten Nadelhubwert hN1 auf den zweiten Nadelhubwert hN2, wobei der Hubverlauf 40 im Wesentlichen linear ansteigt. Zwischen dem Schließzeitpunkt t10 des Schaltventils 12 und einem Schließzeitpunkt t12 der Düsennadel 14 fällt der Hubverlauf 40 von dem zweiten Nadelhubwert hN2 auf den ersten Nadelhubwert hN1 ab, wobei der Hubverlauf 40 gemäß einer im Wesentlichen linearen Funktion sinkt. Nach dem Schließzeitpunkt t12 der Düsennadel 14 befindet sich der Hubverlauf 40 bei dem ersten Nadelhubwert hN1. Der erste Nadelhubwert hN1 entspricht einem geschlossenen Zustand des Injektors 100, wobei die Düsennadel 14 den Injektor 100 verschließt.
Zwischen dem Öffnungszeitpunkt t4 und dem Schließzeitpunkt t10 steigt der Hubverlauf 40 von dem ersten Nadelhubwert hN1 auf den zweiten Nadelhubwert hN2, was in 2b dem Öffnen der Düsennadel 14 in die Bewegungsrichtung r2 entspricht. Zwischen dem Schließzeitpunkt t10 und dem Schließzeitpunkt t12 fällt der Hubverlauf 40 von dem zweiten Nadelhubwert hN2 auf den ersten Nadelhubwert hN1, was in 2c dem Schließen der Düsennadel 14 in die Bewegungsrichtung r4 entspricht.
Eine Schließzeitdauer d_close der Düsennadel 14 beginnt mit dem Schließzeitpunkt t10 des Schaltventils 12 und endet mit dem Schließzeitpunkt t12 der Düsennadel 14. Eine erste Schließverzugszeitdauer d_c1 beginnt mit dem Ansteuerendzeitpunkt t7 und endet mit dem Schließzeitpunkt t12 der Düsennadel 14. Die Schließzeitdauer d_close der Düsennadel 14 und die erste Schließverzugszeitdauer d_c1 werden allgemein auch als weitere Zeitdauer bezeichnet.
Eine zweite Schließverzugszeitdauer d_c2 beginnt mit dem Ansteuerendzeitpunkt t7 und endet mit dem Schließzeitpunkt t10 des Schaltventils 12. Eine Öffnungszeitdauer d_open der Düsennadel 14 beginnt mit dem Öffnungszeitpunkt t4 der Düsennadel 14 und endet mit dem Schließzeitpunkt t10 des Schaltventils 12. Eine Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 beginnt mit dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und endet mit dem Öffnungszeitpunkt t4 der Düsennadel 14.
Dem Öffnungszeitpunkt t2 ist ein Öffnen des Schaltventils 12 zugeordnet. Dem Öffnungszeitpunkt t4 ist ein Öffnen der Düsennadel 14 zugeordnet. Dem Schließzeitpunkt t10 ist ein Schließen des Schaltventils 12 zugeordnet. Dem Schließzeitpunkt t12 ist ein Schließen der Düsennadel 14 zugeordnet.
4 zeigt ein Zeitdiagramm 202 mit einem schematisch dargestellten Spannungsverlauf 70 einer Ansteuerung des Piezo-Aktors 10 zur Öffnung des Piezo-Aktors 10, dem schematisch dargestellten Hubverlauf 30 des Schaltventils 12 und dem schematisch dargestellten Hubverlauf 40 der Düsennadel 14. Der Spannungsverlauf 70 ist einer Spannungsachse U zugeordnet, wobei auf der Spannungsachse U ein erster Spannungswert U1 und ein zweiter Spannungswert U2 aufgetragen sind. Der zweite Spannungswert U2 ist größer als der erste Spannungswert U1. Der Hubverlauf 30 des Schaltventils 12 und der Hubverlauf 40 der Düsennadel 14 entsprechen den Verläufen aus dem Zeitdiagram 200 der 3.
Ausgehend von dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 steigt der Spannungsverlauf 70 von dem ersten Spannungswert U1 bis zum Zeitpunkt t1 auf den zweiten Spannungswert U2. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t7 befindet sich der Spannungsverlauf 70 bei dem zweiten Spannungswert U2. Zwischen dem Zeitpunkt t7 und Zeitpunkt t8 sinkt der Spannungsverlauf 70 von dem zweiten Spannungswert U2 auf den ersten Spannungswert U1. Der Ansteuerstartzeitpunkt t0 und der Ansteuerendzeitpunkt t7 definieren die Ansteuerzeitdauer d_active. Zu einer alternativen Definition der Ansteuerzeitdauer d_active kann beispielsweise anstatt des Ansteuerstartzeitpunktes t0 der Zeitpunkt 11 gewählt werden. Ebenso kann zu einer alternativen Definition der Ansteuerzeitdauer d_active anstatt des Ansteuerendzeitpunktes t7 der Zeitpunkt t8 gewählt werden.
Zwischen dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und dem Öffnungszeitpunkt t2 des Schaltventils 12 befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem ersten Ventilhubwert hS1, was dem geschlossenen Zustand des Schaltventils 12 in 2a entspricht. Der Hubverlauf 30 steigt zwischen dem Öffnungszeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 von dem ersten Ventilhubwert hS1 auf den zweiten Ventilhubwert hS2, was in 2b dem Öffnen des Schaltventils 12 in die Bewegungsrichtung r1 entspricht. Zwischen dem Zeitpunkt t9 und dem Schließzeitpunkt t10 fällt der Hubverlauf 30 von dem zweiten Ventilhubwert hS2 auf den ersten Ventilhubwert hS1, was in 2c dem Schließen des Schaltventils 12 in die Bewegungsrichtung r3 entspricht. Befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem ersten Ventilhubwert hS1, so ist das Schaltventil 12 verschlossen. Befindet sich der Hubverlauf 30 bei dem zweiten Ventilhubwert hS2, so ist das Schaltventil 12 geöffnet.
5 zeigt ein schematisch dargestelltes Ansteuerzeitdauer-Verzugszeitdauer-Diagramm 45 mit einer d_active-Achse für die Ansteuerzeitdauer d_active und einer zur d_active-Achse orthogonalen d_close-Achse für die Schließzeitdauer d_close. Das Diagramm 45 dient dazu, eine kleinste Ansteuerzeitdauer d_active,min, die zu einer Einspritzung führt, exemplarabhängig für einen Injektor zu ermitteln.
Die Funktion f bildet die Schließzeitdauer d_close der Düsennadel 14 auf die Ansteuerzeitdauer d_active bzw. die Ansteuerzeitdauer d_active auf die Schließzeitdauer d_close ab. Für die Funktion f wird ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen der Schließzeitdauer d_close und der Ansteuerzeitdauer d_active angenommen. Die Funktion f ist daher eine im Wesentlichen lineare Funktion. Die Funktion f wird ausgehend von mehreren Messpunkten M₁, M_x gebildet, wobei ein Messpunkt M₁, M_x sich jeweils aus einem Wert der Schließzeitdauer d_close und einem Wert der Ansteuerzeitdauer d_active zusammensetzt. Aus mehreren Messpunkten M₁, M_x, kann beispielsweise mit dem Verfahren der linearen Regression die Funktion f ermittelt werden.
Die d_active-Achse und die d_close-Achse schneiden sich im Punkt d_close = 0 und d_active = 0. Die Funktion f schneidet die d_active-Achse bei der kleinsten Ansteuerzeitdauer d_active,min, wobei bei der kleinsten Ansteuerzeitdauer d_active,min die Düsennadel 14 üblicherweise noch bzw. schon öffnet und zu einer Einspritzung führt. Die Funktion f schneidet die d_close-Achse in dem d_close-Achsenabschnitt d_close,0. Die lineare Form der Funktion f kann gemäß der Formel 1 dargestellt werden, wobei α einem festlegbaren Faktor entspricht. f(d_active) = α·(d_active – d_active,min) (1)
Die lineare Form der Funktion f kann ebenso in der Form gemäß der Formel 2 dargestellt werden, wobei m die Geradensteigung und d_close,0 den d_close-Achsenabschnitt bezeichnet. f(d_active) = m·d_active + d_close,0 (2)
Alternativ zu der Schließzeitdauer d_close kann die erste Schließverzugszeitdauer d_c1 auf die Ansteuerzeitdauer d_active bzw. die Ansteuerzeitdauer d_active auf die erste Schließverzugszeitdauer d_c1 gemäß einer weiteren Funktion abgebildet und entsprechend verwendet werden. Alternativ zu der in der 5 gezeigten linearen Funktion f können auch andere Funktionen beispielsweise höherer Ordnung und/oder abschnittweiser Definition zur Abbildung zwischen der Ansteuerzeitdauer d_active und der Schließzeitdauer d_close bzw. der ersten Schließverzugszeitdauer d_c1 dienen.
Die Ermittlung des Öffnungszeitpunkts t4 der Düsennadel 14 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert. Es wird angenommen, dass sich die Düsennadel 14 mit einer weitgehend konstanten Geschwindigkeit v_open öffnet und sich mit einer weitgehend konstanten Geschwindigkeit V_close schließt. Die Geschwindigkeiten v_open und v_close schwanken geringfügig in Abhängigkeit von dem Raildruck P_rail und in Abhängigkeit von dem Exemplar des Injektors. Wird ein konstanter Raildruck P_rail angenommen, so besteht ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen der Schließzeitdauer d_close und der Öffnungszeitdauer d_open gemäß der Formel 3. Damit kann eine Gleichung gemäß der Formel 4 aufgestellt werden, wobei β einen entsprechenden Faktor darstellt. d_open ~ d_close (3) d_open = β·d_close (4)
Gemäß der 3 ergibt sich aus der Formel 4 der Zusammenhang nach der Formel 5. d_o1 = d_active + d_c2 – β·d_close (5)
Nimmt man nun den Fall d_close → 0 an, so ergibt sich der Zusammenhang nach der Formel 6, wobei ein Offset d_off hinzugefügt ist. Der Offset d_off ist ein konstanter Wert, der die Wirkung der Verringerung der Öffnungsgeschwindigkeit v_open und der Erhöhung der Schließgeschwindigkeit v_close bei kurzen Einspritzungen bei einer kurzen Schließzeitdauer d_close und einer kurzen Öffnungszeitdauer d_open, bezüglich der Funktion f kompensiert. Alternativ ist es ebenso möglich, den Offset d_off zu 0 zu setzen. d_o1 = t4 – t0 = d_active,min + d_c2(d_active,min) + d_off (6)
Nach der Formel 6 ergibt sich die Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 Düsennadel 14 aus der additiven Verknüpfung der kleinsten Ansteuerzeitdauer d_active,min, der zweiten Schließverzugszeitdauer d_c2(d_active,min) und gegebenenfalls dem Offset d_off. Damit wird die Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 in Abhängigkeit von der kleinsten Ansteuerzeitdauer d_active,min ermittelt. Gemäß der 3 und der Formel 6 beginnt die Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 zu dem Ansteuerstartzeitpunkt t0 und endet mit dem Öffnungszeitpunkt t4 der Düsennadel 14.
Alternativ kann in dem Diagramm gemäß 5 an Stelle der Ansteuerdauer d_active die Summe aus der Ansteuerdauer d_active und der Schließverzugszeitdauer d_c2 aufgetragen werden. Die Funktion f für die Schließzeitdauer d_close wird dann alternativ gemäß Formel 7 ermittelt und für die Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 gilt dann Formel 8. Ist die Schließverzugszeitdauer d_c1 nicht bekannt, so kann mit einem angenommenen Ersatzwert gerechnet werden. Es werden die Wertepaare M₁, M_x ermittelt, die jeweils einen Wert einer [d_active + d_c2]-Achse einem Wert der d_close-Achse zuordnen. Die Wertepaare M₁, M_x setzen sich zum Einen aus der Summe der Ansteuerdauer d_active und der zweiten Schließverzugszeitdauer d_c2 und zum Anderen aus der Schließzeitdauer d_close oder alternativ der ersten Schließverzugszeitdauer d_c1 zusammen. Mittels linearer Regression wird aus den vorstehenden Wertepaaren M₁, M_x die Funktion f ermittelt. Eine kleinste Summe [d_active + d_c2]_min- wird analog zu der kleinsten Ansteuerzeitdauer d_active,min ermittelt und ergibt sich aus dem Schnitt der alternativ ermittelten Funktion f mit der [d_active + d_c2]-Achse. d_close = f(d_active + d_c2) = γ·(d_active + d_c2 – [d_active + d_c2]_min) (7) d_o1 = [d_active + d_c2]_min + d_off (8)
Mit dem ermittelten Öffnungszeitpunkt t4 der Düsennadel 14 bzw. der Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 gemäß den Formeln 6 bzw. 8 lässt sich pro Öffnungszyklus die Öffnungszeitdauer d_open der Düsennadel 14 und damit die Gesamtzeitdauer d_open + d_close ermitteln, während der die Düsennadel 14 geöffnet ist.
Des Weiteren gilt der Zusammenhang nach der Formel 9.
6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm 50 mit den Blöcken 52 und 54. Der Block 52 ist mit dem nächstfolgenden Block 54 mit einem Pfeil 55 verbunden. Von dem Block 54 führt eine optionale Verbindung gemäß dem Pfeil 56 zu dem Block 52. In dem Block 52 werden Messpunkte M₁, M_x gesammelt. Ist eine genügende Anzahl an Messpunkten M₁, M_x vorhanden, so wird im Block 54 die Funktion f ermittelt. Die Funktion f liegt nach der Ausführung des Blocks 54 beispielsweise in einer Formel gemäß den Formeln 6 oder 8 vor. Gemäß dem Pfeil 56 können weitere Messpunkte M₁, M_x im Block 52 ermittelt werden, um die Funktion f erneut zu ermitteln oder die Funktion f zu aktualisieren.
7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm 60 mit dem Block 62. Dem Block 62 werden die Ansteuerzeitdauer d_active sowie die Schließzeitdauer d_close der Düsennadel 14 bzw. die erste Schließverzugszeitdauer d_c1 nach deren Ermittlung zugeführt. Optional kann dem Block 62 noch zusätzlich die Schließverzugszeitdauer d_c2 oder die Schließverzugszeitdauer d_c2(d_active,min) zugeführt werden. Der Block 62 ermittelt die Öffnungsverzugszeitdauer d_o1 in Abhängigkeit von den zugeführten Signalen/Werten. Alternativ zu der Zuführung der gezeigten Signale/Werte kann dem Block 62 beispielsweise die Funktion f oder ein ermittelbarer Zeitpunkt t0 bis t12 zugeführt werden. Das Ablaufdiagramm 50 kann Teil des Blocks 62 sein.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren können als Computerprogramm für ein digitales Rechengerät dargestellt werden. Das digitale Rechengerät ist dazu geeignet, die vorstehend beschriebenen Verfahren als Computerprogramm ausführen. Die Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst ein Steuergerät, welches das digitale Rechengerät insbesondere einen Mikroprozessor umfasst. Das Steuergerät umfasst ein Speichermedium, auf dem das Computerprogramm abgespeichert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3609599 A1 [0003]
DE 3843138 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage einen Injektor zur Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine aufweist, wobei der Injektor einen Aktor, ein Schaltventil (12) und eine Düsennadel (14) aufweist, wobei bei dem Verfahren dem Aktor eine Spannung (U) oder ein Strom (I) während einer Ansteuerzeitdauer (d_active) zugeführt wird, wobei das Schaltventil (12) von dem Aktor in eine Hubbewegung versetzt wird, und wobei durch die Hubbewegung des Schaltventils (12) der Injektor mittels der Düsennadel (14) geöffnet und geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Zeitdauer (d_close, d_c1) ermittelt wird, wobei die weitere Zeitdauer (d_close, d_c1) mit dem Schließzeitpunkt (t12) der Düsennadel (14) endet, dass eine Funktion (f) ermittelt wird, die die Ansteuerzeitdauer (d_active) mit der weiteren Zeitdauer (d_close, d_c1) verknüpft, dass mittels der Funktion (f) eine kleinste Ansteuerzeitdauer (d_active,min), zu der die Düsennadel (14) noch öffnet und zu einer Einspritzung führt, ermittelt wird, und dass eine Öffnungsverzugszeitdauer (d_o1) der Düsennadel (14) in Abhängigkeit von der kleinsten Ansteuerzeitdauer (d_active,min) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die weitere Zeitdauer eine Schließzeitdauer (d_close) der Düsennadel (14) ist, die bei einem Schließzeitpunkt (t10) des Schaltventils (12) beginnt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die weitere Zeitdauer eine erste Schließverzugszeitdauer (d_c1) ist, die bei einem Ansteuerendzeitpunkt (t7) der Ansteuerung des Aktors (10) beginnt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur Ermittlung der Öffnungsverzugszeitdauer (d_o1) der Düsennadel (14) die kleinste Ansteuerzeitdauer (d_active,min) additiv mit einer zweiten Schließverzugszeitdauer (d_c2) verknüpft wird, wobei die zweite Schließverzugszeitdauer (d_c2) zu dem Ansteuerendzeitpunkt (t7) der Ansteuerung des Aktors (10) beginnt und zu dem Schließzeitpunkt (t10) des Schaltventils (12) endet.
Verfahren nach dem Anspruch 4, wobei die zweite Schließverzugszeitdauer (d_c2) in Abhängigkeit von der kleinsten Ansteuerzeitdauer (d_active,min) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Ermittlung der Öffnungsverzugszeitdauer (d_o1) der Düsennadel (14) die kleinste Ansteuerzeitdauer (d_active,min) und die zweite Schließverzugszeitdauer (d_c2) additiv verknüpft werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Wertepaare (M₁, M_x) aus der Ansteuerzeitdauer (d_active) und der Schließzeitdauer (d_close) oder der Schließverzugszeitdauer (d_c1) ermittelt werden, und dass die Funktion (f) vorzugsweise mittels linearer Regression aus den ermittelten Wertepaaren (M₁, M_x) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die kleinste Ansteuerzeitdauer (d_active,min) derart aus der Funktion (f) ermittelt wird, dass sich für einen Funktionswert der Funktion (f) gleich Null die kleinste Ansteuerzeitdauer (d_active,min) ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Wertepaare (M₁, M_x) zum Einen aus der Summe der Ansteuerdauer (d_active) und der zweiten Schließverzugszeitdauer (d_c2) und zum Anderen aus der Schließzeitdauer (d_close) oder der ersten Schließverzugszeitdauer (d_c1) ermittelt werden, und wobei eine Funktion (f) vorzugweise mittels linearer Regression aus den Wertepaaren (M₁, M_x) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 9, wobei eine kleinste Summe ([d_active + d_c2]_min) derart aus der Funktion (f) ermittelt wird, dass sich für einen Funktionswert der Funktion (f) gleich Null die kleinste Summe ([d_active + d_c2]_min) ergibt.
Computerprogramm für ein digitales Rechengerät, das dazu geeignet ist, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das mit einem digitalen Rechengerät insbesondere einem Mikroprozessor versehen ist, auf dem ein Computerprogramm nach dem Anspruch 11 lauffähig ist.
Speichermedium für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 12 auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 abgespeichert ist.