DE102012200275B4

DE102012200275B4 - Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors basierend auf dem Bewegungsverhalten in einem eine Mehrfacheinspritzung aufweisenden modifizierten Betriebszustand

Info

Publication number: DE102012200275B4
Application number: DE102012200275.8A
Authority: DE
Inventors: Frank Hacker; Walter Stigler; Johann Görzen; Robert Wiench
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: DE102012200275A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, das Verfahren aufweisend Betreiben der Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel eine zweite Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, wobei die zweite Menge größer ist als die erste Menge, Festlegen einer Aufteilung der zweiten Menge an Kraftstoff in zumindest zwei Teilmengen an Kraftstoff, wobei eine erste Teilmenge der zumindest zwei Teilmengen zumindest annähernd gleich ist wie die erste Menge, Betreiben der Brennkraftmaschine in einem modifizierten zweiten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel die zweite Menge an Kraftstoff mittels zumindest zwei Teileinspritzvorgängen in den Zylinder eingespritzt wird, wobei – mittels eines ersten Teileinspritzvorgangs die erste Teilmenge in den Zylinder eingespritzt wird und – mittels eines zweiten Teileinspritzvorgangs eine zweite Teilmenge in den Zylinder eingespritzt wird, Bestimmen des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang, und Ermitteln des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für den ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine basierend auf dem bestimmten Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand einer Brennkraftmaschine, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in welchem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Computerprogramm, welche zur Durchführung von zumindest einem der vorstehend genannten Verfahren eingerichtet sind.
Beim Betrieb insbesondere von Kraftstoffinjektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen, mit gleichen Strom/Spannungsparametern kommt es aufgrund von elektrischen, magnetischen und/oder mechanischen Toleranzen zu einem unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs-/und Schließverhalten der individuellen Kraftstoffinjektoren. Dies wiederum führt zu unerwünschten Injektor-individuellen Variationen in der Menge des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffs.
Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffinjektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten und damit bei geringen Einspritzmengen. Für moderne Brennkraftmaschinen ist es jedoch wichtig und für zukünftige Brennkraftmaschinengenerationen wird es in Anbetracht einer weiteren Reduzierung von Schadstoffemissionen noch wichtiger sein, dass auch bei geringen einzuspritzenden Kraftstoffmengen eine hohe Mengengenauigkeit gewährleistet werden kann. Eine hohe Mengengenauigkeit kann jedoch nur dann erreicht werden, wenn das tatsächlich Bewegungsverhalten der Ventilnadel bzw. des magnetischen Ankers insbesondere während des Öffnungsvorgangs und des Schließvorgangs bekannt ist.
In der DE 10 2007 000 444 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung beschrieben, die dazu dient, einen Korrekturwert zu lernen, um eine Stellgröße für eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine zu korrigieren. Die Steuerung dient zum Steuern einer Sollmenge an Kraftstoff, die von der Kraftstoffeinspritzdüse in die Maschine einzuspritzen ist. Die Steuerung korrigiert die Sollmenge an Kraftstoff unter Verwendung eines Korrekturwertes, um einen Unterschied zwischen tatsächlichen und erwünschten Ausgabecharakteristika der Maschine zu kompensieren. Die Steuerung dient ebenso zum Bestimmen, ob sich eine Destillationseigenschaft des Kraftstoffs geändert hat oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sich die Destillationseigenschaft des Kraftstoffs geändert hat, lernt oder aktualisiert die Steuerung die Korrekturwerte, wodurch der Korrekturwert an die Destillationseigenschaft des Kraftstoffs angepasst wird. Dies hält die Sollmenge des Kraftstoffs für den Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüse unabhängig von der Art des verwendeten Kraftstoffs geeignet.
Aus der DE 10 2005 051 701 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der Kraftstoff über mindestens ein Einspritzventil in mindestens einem Brennraum gelangt. Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: (a) Aufteilen einer Gesamteinspritzung in eine Basiseinspritzung und in mindestens eine Messeinspritzung; (b) Sukzessives Verringern der Einspritzdauer der Messeinspritzung und Erhöhung der Einspritzdauer der Basiseinspritzung, derart, dass eine aus einer Ventilkennlinie ermittelte Gesamteinspritzmenge gleichbleibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne einen zusätzlichen apparativen Aufwand das Bewegungsverhalten eines Kraftstoffinjektors zu charakterisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Betreiben der Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel eine zweite Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, wobei die zweite Menge größer ist als die erste Menge, (b) ein Festlegen einer Aufteilung der zweiten Menge an Kraftstoff in zumindest zwei Teilmengen an Kraftstoff, wobei eine erste Teilmenge der zumindest zwei Teilmengen zumindest annähernd gleich ist wie die erste Menge, (c) ein Betreiben der Brennkraftmaschine in einem modifizierten zweiten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel die zweite Menge an Kraftstoff mittels zumindest zwei Teileinspritzvorgängen in den Zylinder eingespritzt wird, wobei (c1) mittels eines ersten Teileinspritzvorgangs die erste Teilmenge in den Zylinder eingespritzt wird und (c2) mittels eines zweiten Teileinspritzvorgangs eine zweite Teilmenge in den Zylinder eingespritzt wird, (d) ein Bestimmen des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang, und (e) ein Ermitteln des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für den ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine basierend auf dem bestimmten Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass über das zu erwartende Bewegungsverhalten eines Kraftstoffinjektors in einem ersten Betriebszustand einer Brennkraftmaschine, in welchem eine vergleichsweise kleine Menge an Kraftstoff pro Arbeitsspiel in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, auch dann wichtige Erkenntnisse gewonnen werden können, wenn der betreffende Kraftstoffinjektor in einem (modifizierten) zweiten Betriebszustand betrieben wird, in welchem eine vergleichsweise große Menge an Kraftstoff pro Arbeitsspiel in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Um das zu erwartende Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors zu ermitteln, wird erfindungsgemäß bei dem modifizierten zweiten Betriebszustand eine vorgegebene zweite Kraftstoffmenge, welche von einem aktuellen Fahrerwunsch abhängt, in zumindest zwei Teil(einspritz)mengen aufgeteilt, wobei eine der beiden Teil(einspritz)mengen gerade der (ersten) Menge an Kraftstoff entspricht, welche in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird.
”Aufteilen der vorgegebenen Kraftstoffmenge” kann in diesem Zusammenhang insbesondere bedeuten, dass die Summe der einzelnen Teilmengen zumindest annähernd der von dem Fahrer angeforderten zweiten Kraftstoffmenge entspricht.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der beiden Teileinspritzvorgänge nicht dadurch festgelegt ist, dass vorstehend der erste Teileinspritzvorgang, mit dem die der ersten Menge an Kraftstoff entsprechende erste Teilmenge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, zuerst und der zweite Teileinspritzvorgang danach genannt ist. Es ist auch möglich, dass zuerst der zweite Teileinspritzvorgang und danach der erste Teileinspritzvorgang durchgeführt werden.
Anschaulich gesprochen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine die Kraftstoffeinspritzung so modifiziert, dass mehrere Teileinspritzungen vorgenommen werden, wobei mit einer der Teileinspritzungen eine kleine Kraftstoffmenge und insbesondere eine sog. Kleinstkraftstoffmenge, welche in einem sog. Kleinstmengen(betriebs)bereich üblich ist, eingespritzt wird. Eine derartige Kleinstkraftstoffmenge kann beispielsweise 1,0 bis 5,0 mg Kraftsoff sein, welche pro Arbeitsspiel in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Erfindungsgemäß wird dann die Bewegungsdynamik des Kraftstoffinjektors im Verlauf der Teileinspritzung dieser kleinen Kraftstoffmenge analysiert. Aus der analysierten Bewegungsdynamik kann dann auf die Bewegungsdynamik bzw. das Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors geschlossen werden, welches dieser individuelle Kraftstoffinjektor in dem sog. Kleinstmengen(betriebs)bereich zeigt. Damit können auf vorteilhafte Weise für einen bestimmten individuellen Kraftstoffinjektor Informationen über dessen zu erwartendes individuelles Bewegungsverhalten im Kleinstmengen(betriebs)bereich gewonnen werden, ohne dass die Brennkraftmaschine in diesem Kleinstmengen(betriebs)bereich betrieben wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kraftstoffinjektor einen Spulenantrieb mit einer Spule und mit einem magnetischen Anker weist, welcher mittels einer elektrischen Erregung der Spule in eine Öffnungsposition bewegbar ist, in welcher eine Düsenöffnung des Kraftstoffinjektors zumindest teilweise geöffnet ist, und wobei das Bestimmen des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang ein Auswerten einer elektrischen Größe der Spule aufweist.
Die elektrische Größe kann beispielsweise eine an der Spule anliegende Spannung sein und/oder ein durch die Spule fließender Strom sein. Insbesondere die an der Spule anliegende Spannung kann beispielsweise durch Induktionseffekte beeinflusst werden, welche von der Bewegung des magnetischen Ankers abhängen. Dabei können auch in dem Material des magnetischen Ankers induzierte und zeitabhängige Wirbelströme eine Rolle spielen.
Die elektrische Größe kann unmittelbar erfasst oder mit einem Referenzverlauf verglichen werden, wobei der Vergleich (beispielsweise eine Subtraktion) in vielen Fällen eine genauere Analyse der Bewegung des magentischen Ankers erlaubt. Der zeitliche Verlauf der elektrischen Größe kann auch differenziert werden und ggf. mit ebenfalls zeitlich differenzierten Referenzverläufen verglichen werden.
Auch wenn es bei der vorliegenden Erfindung auf die Art der Bestimmung des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang nicht näher ankommt, werden nachfolgend ein paar aus dem Stand der Technik bekannte Beispiele genannt, bei denen ein Bewegungsverhalten eines magnetischen Ankers eines Kraftstoffinjektors ebenfalls anhand einer genauen elektrischen Auswertung von der an einer entsprechenden Spule anliegenden Spannung und/oder von einem durch die betreffende Spule fließenden Stromes charakterisiert wird.

(A) Die DE 40 11 217 A1 offenbart ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils einer Schlupf-Regelanlage eines Kraftfahrzeuges. Zur Ermittlung der Funktion des Magnetventils wird eine Spannung am spulenseitigen Ausgang abgegriffen, welcher den Stromfluss durch die Spule des Magnetventils steuert. Nach dem Abschalten des Stromflusses durch die Spule wird der zeitliche Verlauf der abgegriffenen Spannung gemessen und mit einem Soll-Verlauf dieser Spannung verglichen. Ein Schließzeitpunkt des Magnetventils wird durch die zeitliche Lage eines Maximums der abgegriffenen Spannung angezeigt. Dieses Maximum kann auch durch die zeitliche Auswertung einer zeitlichen Ableitung der abgegriffenen Spannung ermittelt werden.
(B) Die DE 10 2005 044 886 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in einem Ventil. Dabei wird eine Induktionsspannung UIND erfasst, die durch eine Bewegung des Ventilkolbens in einer Spule des Ventils induziert wird. Ferner wird eine zeitliche Ableitung UDERIV der Induktionsspannung UIND erfasst. Das Ende der Bewegung des Ventilkolbens wird dadurch erkannt, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt die Induktionsspannung UIND größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert THR1 und gleichzeitig die zeitliche Ableitung UDERIV kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert THR2.
(C) Die Druckschrift EP 1 777 400 A2 offenbart ein Verfahren zum Überprüfen eines Ventils, welches einen Ventilkolben, mindestens eine Spule und ein magnetisiertes Bauelement aufweist. In der Spule wird durch ein Bewegen des Ventilkolbens infolge eines von dem magnetisierten Bauelement erzeugten Magnetfeldes eine Induktionsspannung induziert. In einem aktuellen Ansteuerzyklus wird ein Zeitpunkt abhängig von einem charakteristischen Verlauf der Induktionsspannung ermittelt, wobei dieser Zeitpunkt repräsentativ für ein Ende eines Bewegungsvorgangs des Ventilkolbens ist. Das Ende der Bewegung des Ventilkolbens wird dadurch signalisiert, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt die Induktionsspannung größer ist als ein vorgegebener Induktionsspannungsschwellenwert und gleichzeitig die zeitliche Ableitung der Induktionsspannung kleiner ist als ein vorgegebener Ableitungsschwellenwert.
(D) Die Druckschrift DE 198 34 405 A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung eines Nadelhubs eines Magnetventils. Dabei werden bei der Bewegung der Ventilnadel relativ zu einer Spule des Magnetventils die in der Spule induzierten Spannungen erfasst und mittels eines Rechenmodells mit dem Hub der Ventilnadel in Beziehung gesetzt. Weiterhin wird offenbart, dass der Kontaktzeitpunkt der Ventilnadel, d. h. der Schließzeitpunkt des Magnetventils, basierend auf der zeitlichen Ableitung dU/dt der Spulenspannung bestimmt werden kann, da dieses Ableitungssignal im Umkehrpunkt der Nadel- bzw. Ankerbewegung große Sprünge aufweist.
(E) Die Druckschrift DE 198 34 405 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur indirekten Überwachung des Schließens eines elektromagnetischen Ventils mit einer Induktivität und einem ohm'schen Widerstand. Dabei wird ein Spannungsverlauf am Ventil von einer Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet, indem er zunächst zweimal differenziert wird und anschließend die Nulldurchgänge der differenzierten Kurve ermittelt werden.
(F) Die Druckschrift DE 43 08 811 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer magnetventilgesteuerten Kraftstoff-Zumesseinrichtung. Hierbei werden die tatsächlichen Schaltzeitpunkte eines elektromagnetischen Ventils durch Detektion eines Knicks im Stromverlauf ermittelt. Dazu wird entsprechend zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach einer Unterbrechung der Spannungsversorgung zum elektromagnetischen Ventil ein Stromwert erfasst und ein Zeitbereich ermittelt, in dem der Knick voraussichtlich erfolgt.

An dieser wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Beispiele lediglich verdeutlichen sollen, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, das Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang basierend auf einer Auswertung von (zeitlichen) Verläufen von elektrischen Größen zu bestimmen. Prinzipielle eignen sich zur Bestimmung des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang alle Analyseprozeduren, bei denen die entsprechenden elektrischen Größen der Spule des Spulenantriebs mit einer ausreichenden Genauigkeit erfasst und ausgewertet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors eine Verzögerung eines Schließzeitpunkts gegenüber einem charakteristischen Merkmal in dem Verlauf einer elektrischen Erregung der Spule des Spulenantriebs.
Die elektrische Erregung kann insbesondere die Spannung sein, welche von außen an der Spule angelegt wird.
Das charakteristische Merkmal kann beispielsweise innerhalb eines bestimmten Zeitfensters das Erreichen des Wertes Null sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt ein Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den modifizierten zweiten Betriebszustand zumindest annähernd drehmomentneutral. Dies hat den Vorteil, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs von einer Durchführung des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens überhaupt nichts mitbekommt, so dass der Fahrkomfort in keiner Weise beeinträchtigt wird. Ein drehmomentneutraler Übergang kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Summe der zumindest zwei Teilmengen an Kraftstoff zumindest annähernd gleich groß ist wie die zweite Menge.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt in dem modifizierten zweiten Betriebszustand in einem Arbeitsspiel zunächst der erste Teileinspritzvorgang und danach der zweite Teileinspritzvorgang. Dies hat den Vorteil, dass die Dynamik der Bewegung des Kraftstoffinjektors nicht von vorherigen Teileinspritzungsvorgängen beeinflusst wird. Dadurch kann eine besonders gute Übereinstimmung zwischen dem Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors in dem ersten Betriebszustand und dem Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang erreicht werden, so dass sich die Genauigkeit des beschriebenen Verfahrens entsprechend hoch ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang so groß, dass das Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang nicht von dem zweiten Teileinspritzvorgang beeinflusst ist.
Anschaulich gesprochen bedeutet dies, dass eine Separations zeit zwischen den ersten beiden Teileinspritzvorgängen ausreichend groß ist, dass keine oder lediglich zu vernachlässigende Störungen des ersten Teileinspritzvorgangs durch den zweiten Teileinspritzvorgang auftreten. Dies kann durch eine geeignete Betriebsstrategie gewählt werden, welche dafür sorgt, dass die Separationszeit zwischen dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang so groß ist, dass eine Beeinflussung der Dynamik der Bewegung des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang durch den zweiten Teileinspritzvorgang ausgeschlossen oder zumindest auf ein Minimum reduziert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in dem zweiten Betriebszustand die zweite Menge an Kraftstoff in Form von zumindest zwei Teileinspritzungen eingespritzt. Dies bedeutet, dass nicht nur ein Einfacheinspritzpuls derart aufgeteilt werden kann, dass die erste Teilmenge zumindest annähernd der ersten Menge an Kraftstoff entspricht, die in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Vielmehr kann auch eine Mehrfacheinspritzung durch eine geeignete Aufteilung der Einzeleinspritzungen und/oder ggf. durch eine Hinzufügung von zumindest einer weiteren Einzeleinspritzung so abgeändert werden, dass in dem beschriebenen modifizierten zweiten Betriebszustand die erste Teilmenge, die mittels des ersten Teileinspritzvorgangs eingespritzt wird, möglichst genau der ersten Menge an Kraftstoff entspricht, die in dem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den Zylinder eingespritzt werden würde.
Anschaulich gesprochen kann eine geeignete Betriebsstrategie unterschiedliche Herangehensweisen abhängig von der Zahl der angeforderten Einspritzpulse berücksichtigen. Für den Fall, dass in dem zweiten Betriebszustand nur eine Einspritzung angefordert wird, wird die angeforderte gesamte Kraftstoffmenge in unterschiedliche Einspritzmengen aufgeteilt, so dass statt einer Einspritzung oder eines Einspritzvorgangs mindestens zwei Einspritzungen bzw. Teileinspritzvorgänge abgesetzt werden. Für den Fall dass in dem zweiten Betriebszustand eine Mehrfacheinspritzung (z. B. mit bis zu fünf Einspritzpulsen) angefordert wird, wird in dem modifizierten zweiten Betriebszustand die Aufteilung der Gesamtmasse auf die einzelnen Teileinspritzvorgänge in geeigneter Weise verändert, so dass die erste Teilmenge, die mittels des ersten Teileinspritzvorgangs eingespritzt wird, möglichst genau der ersten Menge an Kraftstoff entspricht, die in dem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den Zylinder eingespritzt werden würde.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zum Ermitteln des Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors auch für eine Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann, welche mehrere Zylinder und demzufolge auch mehrere Kraftstoffinjektoren aufweist. Um für jeden Kraftstoffinjektor individuell das Bewegungsverhalten ermitteln zu können, kann das in diesem Dokument beschriebene Verfahren für jeden Kraftstoffinjektor separat durchgeführt werden. Damit wird es möglich, schnell und zuverlässig die systematischen Toleranzen der verschiedenen Kraftstoffinjektoren eines gesamten Einspritzsystems zu identifizieren und die Ansteuerung der einzelnen Kraftstoffinjektoren basierend auf diesen Erkenntnissen dahingehend zu adaptieren, dass auch in dem sog. Kleinstmengenbereich genaue Kraftstoffzumessungen individuell für jeden Kraftstoffinjektor realisiert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschrieben, in welchem Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Ermitteln des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mittels eines o. g. Verfahrens, und (b) Ansteuern des Kraftstoffinjektors basierend auf dem ermittelten Bewegungsverhalten.
Dem beschriebenen Kraftstoffinjektor-Ansteuerverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass basierend auf einer vorherigen Bestimmung des Bewegungsverhaltens des individuellen Kraftstoffinjektors für den ersten Betriebszustand der individuelle Kraftstoffinjektor unmittelbar nach Übergang in den ersten Betriebszustand auf geeignete Weise angesteuert werden kann, wobei aufgrund der Kenntnis des zu erwartenden Bewegungsverhaltens eine Kraftstoffinjektor individuelle Adaption der Ansteuerung erfolgen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln eines modifizierten Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für einen modifizierten ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf, in dem pro Arbeitsspiel eine modifizierte erste Menge an Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mittels eines o. g. Verfahrens zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors, wobei das Ansteuern des Kraftstoffinjektors ferner basierend auf dem ermittelten modifizierten Bewegungsverhalten erfolgt.
Dies hat den Vorteil, dass in dem modifizierten zweiten Betriebszustand und zudem in zumindest einem weiteren modifizierten zweiten Betriebszustand für verschiedene erste ggf. modifizierte Kraftstoffmengen jeweils das entsprechende zu erwartende Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors abgeschätzt werden kann. Somit kann nicht nur für eine einzuspritzende erste (Kleinst)Menge sondern auch für zumindest eine weitere modifizierte einzuspritzende erste (Kleinst)Menge an Kraftstoff eine geeignete und für den betreffenden Kraftstoffinjektor individuelle Adaption hinsichtlich seiner Ansteuerung gefunden werden, so dass im Ergebnis der Kraftstoffinjektor für mehrere Kleinst(Mengen) immer in geeigneter Weise angesteuert werden kann.
Bei der vorstehend beschriebenen Aufteilung der Einspritzmengen kann, wenn das vorstehend beschriebene Verfahren zum Ermitteln des Bewegungsverhaltens mehrfach ausgeführt wird, jedes Mal ein etwas anderer Wert für die erste Teilmenge gewählt werden. Auf diese Weise können für verschiedene erste (Kleinst)Mengen das jeweils zu erwartende Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors im Voraus eingeschätzt werden.
Anschaulich gesprochen kann zum Identifizieren einer für einen Kraftstoffinjektor individuellen Schließzeit(verzögerung) die Einspritzdauer des ersten Teileinspritzvorgangs systematisch schrittweise durch die Betriebsstrategie für den definierten Arbeitsbereich verändert werden. Dabei wird dann automatisch die Einspritzdauer des zweiten und aller weiteren Einspritzpulse durch die Betriebsstrategie so angepasst, dass die geforderte Gesamtmasse an Kraftstoff zugemessen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung und insbesondere eine Motorsteuerung für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung ist eingerichtet, folgende Verfahren durchzuführen: Das oben beschriebene Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird, und/oder das andere oben beschriebene Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in welchem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist folgende Verfahren durchzuführen: Das oben beschriebene Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird, und/oder das andere oben beschriebene Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in welchem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d. h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d. h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d. h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Betriebsstrategie, mit der im Hinblick auf eine geeignete Injektor-individuelle Kraftstoffeinspritzung im Kleinstmengenbereich Einstellungen einer Brennkraftmaschine außerhalb des Kleinstmengenbereich adaptiert werden können, wobei die Einstellungen eine Aufteilung einer bestimmten angeforderten Gesamt-Kraftstoffmenge in mehrere Teileinspritzvorgänge und eine geeignete zeitliche Durchführung der Teileinspritzvorgänge umfassen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Die in der einzigen Figur dargestellte Betriebsstrategie für eine Brennkraftmaschine beginnt mit einem Schritt 110, bei dem basierend auf einem aktuellen Fahrerwunsch ein bestimmtes Drehmoment der Brennkraftmaschine angefordert wird.
Basierend auf dem angeforderten Drehmoment werden (a) in einem Schritt 112 eine erforderliche Gesamt-Kraftstoffmenge (pro Arbeitspiel), (b) in einem Schritt 114 eine Aufteilung der Gesamt-Kraftstoffmenge in mehrere Teileinspritzvorgänge und (c) in einem Schritt 116 eine zunächst geeignet erscheinende zeitliche Positionierung der verschiedenen Teileinspritzvorgänge beispielsweise relativ zu dem sog. ”Oberen Totpunkt” des betreffenden Zylinders der Brennkraftmachine bestimmt. Ferner wird in einem Schritt 118 basierend auf dem angeforderten Drehmoment eine bestimmte Gesamt-Luftmenge angefordert.
Wie aus der Figur ersichtlich, wird dann in einem Schritt 120 die eigentliche Betriebsstrategie angewendet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden zunächst anstelle einer einzigen Einspritzung mehrere Teileinspritzvorgänge vorgesehen, wobei die Aufteilung der Gesamt-Kraftstoffmenge in die entsprechenden mehreren Teilmengen für die Brennkraftmaschine drehmomentneutral erfolgt. Zumindest eine der Teileinspritzmengen und bevorzugt die erste der Teileinspritzmengen, welche der ersten Teileinspritzvorgang zugeordnet ist, wird dabei so dimensioniert, dass diese einzelne Teileinspritzmenge im sog. Kleinstmengenbereich liegt. Infolge der weiteren Teileinspritzmengen befindet sich die Brennkraftmaschine jedoch nicht in diesem Kleinstmengenbereich. Danach wird ebenfalls in dem Schritt 120 das individuelle Bewegungsverhalten und insbesondere die individuelle Schließzeitverzögerung des betreffenden Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang bestimmt. Basierend auf dem bestimmten individuellen Bewegungsverhalten wird dann das Bewegungsverhalten dieses Kraftstoffinjektors ermittelt, welches zu erwarten ist, wenn dieser Kraftstoffinjektor und damit die gesamte Brennkraftmaschine zu einem späteren Zeitpunkt in dem sog. Kleinstmengenbereich betrieben wird. Basierend auf dieser Kenntnis des zu erwartenden individuellen Bewegungsverhaltens kann dann, wenn die Brennkraftmaschine tatsächlich in dem Kleinstmengenbereich betrieben wird, eine geeignete Adaption bei der Ansteuerung des betreffenden Kraftstoffinjektors im Hinblick auf eine optimale Mengengenauigkeit im Kleinstmengenbereich durchgeführt werden.
Nach dem Anwenden der Betriebsstrategie wird dann, sofern sich die Brennkraftmaschine weiterhin in einem Betriebszustand oberhalb des Kleinstmengen(betriebs)bereich befindet, (a) in einem Schritt 122 die erforderliche Gesamt-Kraftstoffmenge (pro Arbeitspiel) bereitgestellt, (b) in einem Schritt 124 eine angepasste Aufteilung der Kraftstoffmenge in ggf. mehrere Teileinspritzvorgänge vorgenommen und (c) in einem Schritt 126 eine angepasste zeitliche Positionierung der verschiedenen Teileinspritzvorgänge beispielsweise relativ zu dem sog. ”Oberen Totpunkt” des betreffenden Zylinders der Brennkraftmachine vorgenommen.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, das Verfahren aufweisend Betreiben der Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel eine zweite Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, wobei die zweite Menge größer ist als die erste Menge, Festlegen einer Aufteilung der zweiten Menge an Kraftstoff in zumindest zwei Teilmengen an Kraftstoff, wobei eine erste Teilmenge der zumindest zwei Teilmengen zumindest annähernd gleich ist wie die erste Menge, Betreiben der Brennkraftmaschine in einem modifizierten zweiten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel die zweite Menge an Kraftstoff mittels zumindest zwei Teileinspritzvorgängen in den Zylinder eingespritzt wird, wobei – mittels eines ersten Teileinspritzvorgangs die erste Teilmenge in den Zylinder eingespritzt wird und – mittels eines zweiten Teileinspritzvorgangs eine zweite Teilmenge in den Zylinder eingespritzt wird, Bestimmen des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang, und Ermitteln des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für den ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine basierend auf dem bestimmten Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Kraftstoffinjektor einen Spulenantrieb mit einer Spule und mit einem magnetischen Anker aufweist, welcher mittels einer elektrischen Erregung der Spule in eine Öffnungsposition bewegbar ist, in welcher eine Düsenöffnung des Kraftstoffinjektors zumindest teilweise geöffnet ist, und wobei das Bestimmen des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang ein Auswerten einer elektrischen Größe der Spule aufweist.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors eine Verzögerung eines Schließzeitpunkts gegenüber einem charakteristischen Merkmal in dem Verlauf einer elektrischen Erregung der Spule des Spulenantriebs ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den modifizierten zweiten Betriebszustand zumindest annähernd drehmomentneutral erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem modifizierten zweiten Betriebszustand in einem Arbeitsspiel zunächst der erste Teileinspritzvorgang und danach der zweite Teileinspritzvorgang erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang so groß ist, dass das Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors bei dem ersten Teileinspritzvorgang nicht von dem zweiten Teileinspritzvorgang beeinflusst ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem zweiten Betriebszustand die zweite Menge an Kraftstoff in Form von zumindest zwei Teileinspritzungen eingespritzt wird.
Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in welchem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, das Verfahren aufweisend Ermitteln des Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand, in dem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mittels eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, Ansteuern des Kraftstoffinjektors basierend auf dem ermittelten Bewegungsverhalten.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend Ermitteln eines modifizierten Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors für einen modifizierten ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in dem pro Arbeitsspiel eine modifizierte erste Menge an Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mittels eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ansteuern des Kraftstoffinjektors ferner basierend auf dem ermittelten modifizierten Bewegungsverhalten erfolgt.
Vorrichtung für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, folgende Verfahren durchzuführen: Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird, und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9 zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in welchem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird.
Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist folgende Verfahren durchzuführen: Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Ermitteln eines Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors für einen ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei in dem ersten Betriebszustand pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird, und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9 zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in welchem pro Arbeitsspiel eine erste Menge an Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die erste Menge kleiner ist als eine zweite Menge an Kraftstoff, welche in einem zweiten Betriebszustand pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzt wird.