DE102015202389A1 - Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, insbesondere einer Brennkraftmaschine, beschrieben. Wenigstens eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung erfolgen nacheinander. Eine Ventilnadel erreicht bei einem ersten Zeitpunkt ihre Schließstellung. Die Ansteuerung der zweiten Einspritzung beginnt beim ersten Zeitpunkt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium, ein Steuergerät und ein Programmcode.
  • Aus der DE 10 2009 002 483 A1 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils bekannt. Dort wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Ventilnadel mittels eines elektromagnetischen Aktors angetrieben wird. In Abhängigkeit mit mindestens einer elektrischen Betriebskenngröße des elektromagnetischen Aktors wird die Beschleunigung eines Magnetankers des elektromagnetischen Aktors charakterisierende Größe gebildet. Ausgehend von dieser die Beschleunigung charakterisierende Größe wird auf den Betriebszustand des Einspritzventils geschlossen.
  • Bei dem dort dargestellten Einspritzventil ist der Magnetanker nicht fest mit der Ventilnadel verbunden, sondern zwischen zwei Anschlägen fliegend gelagert.
  • Das axiale Spiel zwischen dem Magnetanker und den beiden Anschlägen wird als Ankerfreiweg bezeichnet. Eine Druckfeder sorgt dafür, dass der Magnetanker im Ruhezustand immer am brennraumseitigen Anschlag anliegt und somit bei Ansteuerung des Injektors den kompletten Ankerfreiweg als Beschleunigungsstrecke zur Verfügung hat.
  • Vorteilhaft in einer solchen Anordnung ist es, dass durch den entstehenden Impuls des Ankers beim Öffnen bei gleicher Magnetkraft die Ventilnadel auch bei höheren Kraftstoffdrücken sicher geöffnet werden kann. Durch die Entkopplung der Massen zwischen Ventilnadel und Anker wird die Anschlagkraft im Sitz auf zwei Impulse aufgeteilt.
  • Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass beim Schließen des Injektors der Anker nach dem Auftreffen auf dem unteren Anschlag wieder zurück prellt. Dabei kann es vorkommen, dass der komplette Ankerfreiweg noch einmal durchlaufen wird und der Anker beim erneuten Anschlag an dem oberen Anschlag noch so viel Energie besitzt, dass die Ventilnadel noch einmal kurzzeitig aus dem Sitz gehoben wird. Dies führt zur ungewollten Nacheinspritzungen und erhöhten Schadstoffemissionen und einem erhöhten Verbrauch des Fahrzeugs. Auch wenn der Anker beim Zurückprellen nicht den kompletten Ankerfreiweg durchläuft, benötigt er einige Zeit, bis er sich wieder beruhigt.
  • Wird er vor der endgültigen Beruhigung erneut angesteuert, ergibt sich keine robuste Funktion des Einspritzventils. Dies ist insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen mit kurzen Pausen zwischen den einzelnen Einspritzungen nachteilig. Es kann dabei der Fall eintreten, dass die Einschlagimpulse entsprechend vergrößert oder verringert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass zwei Einspritzungen sehr kurz hintereinander abgesetzt werden können. Dabei können sehr kurze Pausenzeiten realisiert werden. Weitere Sensoren sind für das erfindungsgemäße Verfahren nicht notwendig, da Größen aus anderen Funktionalitäten genutzt werden können.
  • Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass die Ansteuerung einer zweiten Einspritzung bei einem ersten Zeitpunkt beginnt. Bei diesem ersten Zeitpunkt erreicht eine Ventilnadel ihre Schließstellung während einer ersten Einspritzung. Dies bedeutet sobald die Ventilnadel bei der ersten Einspritzung ihre Schließstellung erreicht beginnt die Ansteuerung der zweiten Einspritzung. Bezeichnet man den Abstand zwischen dem Ende der Ansteuerung und dem Zeitpunkt des Schließens der Ventilnadel als Schließzeit und der Abstand zwischen dem Ende der Ansteuerung für die erste Einspritzung und dem Beginn der zweiten Einspritzung als Pausenzeit, so sind die Schließzeit und die Pausenzeit nahezu gleich groß.
  • Vorteilhaft ist, dass zwei Einspritzungen mit sehr geringem Abstand auf einander folgen können. Wobei die erste Einspritzung die zweite Einspritzung positiv beeinflusst. Dadurch, dass die zweite Einspritzung mit dem Schließzeitpunkt der ersten Einspritzung zusammenfällt ergibt sich quasi ein definierter Zustand des Systems und die zweite Ansteuerung liefert eine reproduzierbare Einspritzung.
  • Vorteilhaft ist es wenn die Ansteuerung der zweiten Einspritzung nach dem ersten Zeitpunkt und vor einem zweiten Zeitpunkt beginnt, bei dem ein Magnetanker seine Endstellung erreicht. Bei dieser Ausführungsform sind die Anforderungen an die Genauigkeit geringer. Die Vorteile werden aber weitestgehend erreicht.
  • Die vorteilhafteste Ansteuerung ergibt sich, wenn die Ansteuerung der zweiten Einspritzung unmittelbar nach dem ersten Zeitpunkt beginnt, bei dem die Ventilnadel schließt.
  • Ferner ist vorteilhaft, wenn der erste Zeitpunkt ausgehend von einer Betriebskenngröße des Einspritzventils ermittelt wird.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn als Betriebskenngröße der Strom, der durch das Einspritzventil fließt und/oder die Spannung, die am Einspritzventil anliegt, auswertet wird. Diese Größen sind entweder einfach zu ermitteln, oder stehen im Steuergerät bereits für andere Aufgaben bereit.
  • Wird der erste Zeitpunkt ausgehend von Kenngrößen der Brennkraftmaschine aus einem Kennfeld ausgelesen, kann die Ermittlung des Zeitpunktes eingespart werden. Ferner ist das Verfahren auch in Betriebszuständen einsetzbar, in denen der erste Zeitpunkt nicht oder nur schwer ermittelbar ist.
  • Besonders vorteilhaft hierbei ist es, wen der erste Zeitpunkt bei Vorliegen bestimmter Kenngrößen der Brennkraftmaschinen ausgehend von Betriebskenngrößen des Einspritzventils ermittelt und in das Kennfeld eingeschrieben wird. Dadurch kann das Kennfeld im laufenden Betrieb an Alterungseffekte oder sonstige Veränderungen angepasst werden.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmachine mit mehreren erfindungsgemäßen betriebenen Einspritzventilen,
  • 2a bis 2c schematisch eine Darstellung eines Einspritzventils aus 1 in drei unterschiedlichen Betriebszuständen und
  • 3 verschiedene Signale über der Zeit aufgetragen.
  • Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Tank 12, aus dem ein Fördersystem 14 Kraftstoff in ein Common-Rail 16 fördert. An dieses sind mehrere elektromagnetisch betätigte Einspritzventile 18a bis 18d angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 20a bis 20d einspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 22 gesteuert beziehungsweise geregelt, die unter anderem auch die Einspritzventile 18a bis 18d ansteuert.
  • Die 2a bis 2c zeigen schematisch das Einspritzventil 18a gemäß 1 in insgesamt drei verschiedenen Betriebszuständen. Die weiteren in 1 abgebildeten Einspritzventile 18b, 18c, 18d weisen eine entsprechende Struktur und Funktionalität auf.
  • Das Einspritzventil 18a weist einen elektromagnetischen Aktor auf, der eine Magnetspule 26 und einen mit der Magnetspule 26 zusammenwirkenden Magnetanker 30 besitzt. Der Magnetanker 30 ist so mit einer Ventilnadel 28 des Einspritzventils 18a verbunden, dass er bezogen auf eine in 2a vertikale Bewegungsrichtung der Ventilnadel 28 mit einem nichtverschwindenden mechanischen Spiel relativ zu der Ventilnadel 28 bewegbar ist.
  • Dadurch ergibt sich ein zweiteiliges Massensystem 28, 30, welches den Antrieb der Ventilnadel 28 durch den elektromagnetischen Aktor 26, 30 bewirkt. Durch diese zweiteilige Konfiguration wird die Montierbarkeit des Einspritzventils 18a verbessert und ein unerwünschtes Zurückprellen der Ventilnadel 28 bei dem Auftreffen in ihrem Ventilsitz 38 wird verringert.
  • Bei der vorliegend in 2a veranschaulichten Konfiguration wird das axiale Spiel des Magnetankers 30 auf der Ventilnadel 28 durch zwei Anschläge 32 und 34 begrenzt. Zumindest der in 2a untere Anschlag 34 könnte jedoch auch durch einen Bereich des Gehäuses des Einspritzventils 18a realisiert sein.
  • Die Ventilnadel 28 wird von einer Ventilfeder 36 wie in 2a abgebildet mit einer entsprechenden Federkraft gegen den Ventilsitz 38 im Bereich des Gehäuses 40 beaufschlagt. In 2a ist das Einspritzventil 18a in seinem geöffneten Zustand gezeigt. In diesem geöffneten Zustand wird der Magnetanker 30 durch eine Bestromung der Magnetspule 26 in 2a nach oben bewegt, so dass er unter Eingreifen in den Anschlag 32 die Ventilnadel 28 gegen die Federkraft aus ihrem Ventilsitz 38 heraus bewegt. Dadurch kann Kraftstoff 42 von dem Einspritzventil 18a in den Brennraum 20a (1) eingespritzt werden.
  • Sobald die Bestromung der Magnetspule 26 durch das Steuergerät 22 (1) beendet wird, bewegt sich die Ventilnadel 28 unter Einwirkung der von der Ventilfeder 36 ausgeübten Federkraft auf ihren Ventilsitz 38 zu und nimmt den Magnetanker 30 mit. Eine Kraftübertragung von der Ventilnadel 28 auf den Magnetanker 30 erfolgt hierbei wiederum durch den oberen Anschlag 32.
  • Sobald die Ventilnadel 28 ihre Schließbewegung mit dem Auftreffen auf dem Ventilsitz 38 beendet, kann sich der Magnetanker 30, wie in 2b abgebildet, aufgrund des axialen Spiels in 2b nach unten weiterbewegen, bis er, wie in 2c veranschaulicht ist, an dem zweiten Anschlag 34 anliegt.
  • In 3 sind verschieden Größen über der Zeit aufgetragen, dabei sind zwei Einspritzungen dargestellt. In der ersten Zeile ist der durch die Magnetspule 26 fließende Strom I gezeigt. In der zweite Zeile ist der Hub AH des Magnetankers 30 und in der dritten Zeile der Hub NH der Ventilnadeln 28 über der Zeit aufgetragen. Diese Darstellung der Verläufe ist lediglich beispielhaft gewählt.
  • Zum Zeitpunkt t0 beginnt die Bestromung der Magnetspule 26. Nach einer kurzen Verzögerungszeit beginnt sich der Magnetanke 30 zu bewegen und nimmt die Ventilnadel 28 mit. Beide erreichen nach kurzer Zeit ihren maximalen Hub.
  • Zum Zeitpunkt t1 wird die Bestromung zurück genommen und der Magnetanker beginnt abzufallen. Gleichzeit wird die Ventilnadel 28 durch die Feder in Ihre geschlossene Position bewegt. Die Ventilnadel erreicht zum Zeitpunkt t2 ihre geschlossene Position. Auf Grund seiner Trägheit hat der Magnetanker zum Zeitpunkt t2 seinen Anschlag noch nicht erreicht.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Zeitpunkt t2, bei dem die Ventilnadel 28 ihre geschlossene Position erreicht, die Bestromung der nächsten Einspritzung begonnen wird. Dies hat zur Folge, dass der Anker sich wieder in seine andere Richtung bewegt und die Ventilnadel wieder in ihre geöffnete Position übergeht.
  • Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt t2, bei dem die Ventiladel ihren geschlossenen Zustand erreicht bei jeder Einspritzung gemessen wird. Vorzugsweise wird zur Ermittlung des Zeitpunktes t2 der Verlauf des durch die Magnetspule fließenden Stroms I oder die an der Magnetspule anliegend Spannung ausgewertet. Hierzu stehen zahlreiche bekannte Verfahren bereit. Ein entsprechendes Verfahren ist im Stand der Technik beschrieben.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt t1 oder die Zeitdauer zwischen dem Ende der Bestromung zum Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 in einem Speicher im Steuergerät abgelegt ist. Vorzugsweise ist dieser Wert abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des angetriebenen Fahrzeugs in einem Kennfeld abgelegt. Dies ist vorteilhaft, da die Ermittlung des Zeitpunktes t2 nicht in allen Betriebszuständen mit ausreichender Genauigkeit möglich ist, bzw. die Ermittlung Rechenzeit beansprucht.
  • Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Zeitdauer abgelegt ist und die Ansteuerung der zweiten Einspritzung um diese Zeitdauer nach dem Ende der Ansteuerung der ersten Einspritzung beginnt.
  • Bei einer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt t2 oder die Zeitdauer in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ermittelt und in einem Speicher oder Kennfeld zur späteren Verwendung abgelegt werden.
  • Wesentlich ist, dass die Ansteuerung der zweiten Einspritzung so kurz nach dem Ende der Ansteuerung der ersten Einspritzung erfolgt, dass die Ventilnadel ihren Schließzeitpunkt erreicht hat, der Magnetanker aber noch in Bewegung ist. Es ist dabei auch möglich, dass die Ansteuerung der zweiten Einspritzung bereits beginnt, wenn die Ventilnadel ihre Schließstellung noch nicht vollständig erreicht hat.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009002483 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei wenigstens eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung nacheinander erfolgen, dass eine Ventilnadel bei einem erster Zeitpunkt ihre Schließstellung erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der zweiten Einspritzung beim ersten Zeitpunkt oder unmittelbar nach dem ersten Zeitpunkt beginnt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der zweiten Einspritzung nach dem ersten Zeitpunkt und vor einem zweiten Zeitpunkt beginnt, bei dem ein Magnetanker seine Endstellung erreicht,
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt ausgehend von einer Betriebskenngröße des Einspritzventils ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße der Strom, der durch das Einspritzventil fließt und/oder die Spannung, die am Einspritzventil anliegt, auswertet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt ausgehend von Kenngrößen der Brennkraftmaschine aus einem Kennfeld ausgelesen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt bei Vorliegen bestimmter Kenngrößen der Brennkraftmaschinen ausgehend von Betriebskenngrößen des Einspritzventils ermittelt und in das Kennfeld eingeschrieben wird.
  7. Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
  9. Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  10. Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 7 ergibt, wenn sie gemäß den Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden.
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