DE102016200836A1 - Verfahren zur Regelung eines Magnetventil-Injektors - Google Patents

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Ralph Kober
Marco Beier
Joachim Palmer
Fabian Fischer
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Magnetventil-Injektors eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs bei dem eine Kombination aus zwei verschiedenen Korrekturfunktionen verwendet wird, um Abweichungen einer Einspritzmenge, eines Spritzbeginns (SOI) und einer Spritzdauer zu korrigieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Magnetventil-Injektors. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Bei Common Rail Injektoren mit einem elektromagnetisch betätigten Ventil, welche beispielweise Magnetventil-Injektoren sein können und in einem Einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, wird mittels einer elektrischen Ansteuerung das Magnetventil geöffnet, um den Druck in einem Steuerraum am oberen Ende der Düsennadel abzusenken. Daraus folgend sinkt die Kraft, die die Düsennadel geschlossen hält. Die Düsennadel setzt sich in Bewegung und gibt die Spritzlöcher frei. Nach Beenden der elektrischen Ansteuerung schließt das Magnetventil, der Druck im Steuerraum steigt an und die Schließbewegung der Düsennadel wird eingeleitet. Die Kraftstoffzufuhr zu den Spritzlöchern wird unterbrochen, sobald die Düsennadel ihre Ruhelage wieder erreicht hat. Dabei hängt die eingespritzte Kraftstoffmenge von der Ansteuerdauer und vom Druck des Kraftstoffs in einem Kraftstoffspeicher (Rail) ab.
  • Für den Fall, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge von der Sollmenge abweichen sollte, sind zwei verschiedenen Korrekturfunktionen bekannt. Eine erste Korrekturfunktion ist die sogenannte Nullmengenkalibrierung (NMK), welche die Abweichung von kleinen Einspritzmengen, die bei der Voreinspritzung genutzt werden, korrigiert. Bei diesem Verfahren werden beispielsweise im Schubzustand des Kraftfahrzeugs auf jeweils einem Zylinder kleine Testeinspritzungen mit unterschiedlicher Ansteuerdauer abgesetzt. Aus der Erhöhung der Motordrehzahl aufgrund der Verbrennung der Testeinspritzungen kann auf eine eingespritzte Kraftstoffmenge geschlossen werden. Bei Abweichungen von der Sollmenge kann eine Korrektur der Ansteuerdauer bestimmt werden.
  • Eine zweite Korrekturfunktion ist die sogenannte Valve Closing Control (VCC), welche den Schließzeitpunkt des Magnetventil-Injektors auf den Sollwert einregelt. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise die Schließdauer, also die Zeit vom Ansteuerende bis zum Ventilschließen, aus dem Verlauf des elektrischen Stroms durch eine Spule des Magnetventil-Injektors bestimmt und die Ansteuerdauer von einem Regler verändert. Die Valve Closing Control kommt bei der Haupteinspritzung, nicht bei der Voreinspritzung, zum Einsatz.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In einem Verfahren zur Regelung eines Magnetventil-Injektors, insbesondere eines Common Rail Injektors, eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs wird eine Kombination aus zwei verschiedenen Korrekturfunktionen verwendet, um Abweichungen einer Einspritzmenge, eines Spritzbeginns und einer Spritzdauer zu korrigieren. Mittels der vorteilhaften Kombination zweier verschiedener Korrekturfunktionen können im ganzen Betriebskennfeld des Magnetventil-Injektors und für alle Einspritzarten wesentliche Einflüsse von Fertigungstoleranzen und Verschleiß kompensiert werden, so dass steigende Anforderungen an die Genauigkeit der Einspritzmenge erfüllt werden können. Bei diesem Verfahren wird vorteilhafter Weise kein zusätzlicher Sensor benötigt.
  • Bevorzugter Weise werden zwei verschiedene Korrekturwerte einer Ansteuerdauer des Magnetventil-Injektors ermittelt. Bei einer Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge von der Sollmenge können zwei verschiedene Toleranz- und Verschleißeinflüsse auftreten. Der erste Einfluss rührt von einer Änderung des Schließzeitpunkts des Magnetventils her, wodurch der Beginn der Schließphase der Düsennadel verschoben wird und sich das Spritzende verändert. Da der Spritzbeginn bei diesem ersten Einfluss unverändert bleibt, sollte ein erster Korrekturwert einer Ansteuerdauer eine Veränderung des Ansteuerendes bei unverändertem Zeitpunkt des Ansteuerbeginns bewirken. Der zweite Einfluss rührt von einer Änderung des Öffnungszeitpunktes der Düse beziehungsweise des Magnetventils her, welche den Spritzbeginn verschiebt. In diesem Fall sollte ein zweiter Korrekturwert eine Veränderung des Ansteuerbeginns bei unverändertem Ansteuerende bewirken. Durch die Ermittlung von zwei verschiedenen Korrekturwerten einer Ansteuerdauer des Magnetventil-Injektors kann auf vorteilhafte Weise eine Korrektur für jeden der beiden Einflüsse erreicht werden, so dass nach Anwendung des Verfahrens die Einspritzmenge, der Einspritzbeginn und das Einspritzende richtig gestellt werden.
  • Vorteilhafter Weise wird eine Korrektur eines Öffnungszeitpunktes einer Düse des Magnetventil-Injektors durch eine Änderung an einem Ansteuerbeginn vorgenommen. Mittels dieses Vorgehens kann auf einfache Weise eine Verschiebung eines Spritzbeginns korrigiert werden.
  • Bevorzugter Weise wird eine Nullmengenkalibrierung zur Korrektur von Änderungen des Spritzbeginns verwendet. In einer Ausführungsform dieses Verfahrens werden im Schubzustand des Kraftfahrzeugs auf jeweils einem Zylinder Testeinspritzungen mit unterschiedlicher Ansteuerdauer abgesetzt. Aus der Erhöhung der Motordrehzahl aufgrund der Verbrennung der Testeinspritzungen kann auf eine eingespritzte Kraftstoffmenge geschlossen werden. Bei Abweichungen von der Sollmenge kann eine Korrektur der Ansteuerung bestimmt werden. Bei der Anwendung dieses Verfahrens wird der Einfluss der Schließdauer des Magnetventils auf die ermittelte Korrektur der Nullmengenkalibrierung entsprechend kompensiert, indem gemessene Kraftstoffmengen nicht in Abhängigkeit von der Ansteuerdauer, sondern in Abhängigkeit von der Ventilöffnungsdauer des Magnetventils ausgewertet werden. Dabei wird unter der Ventilöffnungsdauer die Ansteuerdauer plus die Schließdauer verstanden. Die Reduktion der Nullmengenkalibrierungsfunktion auf Korrekturen, die nicht vom Schließen des Magnetventils herrühren, ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anwendbarkeit als Spritzbeginnkorrektur im gesamten Betriebskennfeld des Magnetventil-Injektors und für alle Einspritzarten. Dabei werden unter dem gesamten Betriebskennfeld des Magnetventil-Injektors alle verschiedenen Raildruckwerte und alle verschiedenen Ansteuerdauern des Magnetventil-Injektors verstanden.
  • Vorteilhafter Weise wird bei der oben beschriebenen Anwendung der Nullmengenkalibrierung die Messgröße, also die jeweilige Einspritzmenge, bei der Auswertung in Abhängigkeit von der Ventilöffnungsdauer des Magnetventil-Injektors aufgetragen. Auf diese Weise wird, wie oben beschrieben, der Einfluss der Schließdauer des Magnetventils auf die ermittelte Korrektur der Nullmengenkalibrierung auf vorteilhafte Weise kompensiert.
  • Bevorzugter Weise weist das Verfahren mehrere Schritte auf. Zunächst wird eine Korrektur der Öffnungsdauer des Magnetventil-Injektors, insbesondere aus der Änderung des Schließzeitpunktes des Magnetventils durch eine erste Korrekturfunktion ermittelt. Eine Korrektur eines verschobenen Spritzbeginns der Düse des Magnetventil-Injektors erfolgt durch Anwendung der ermittelten Korrektur der Öffnungsdauer und wird weiterhin durch Anpassung des Ansteuerendes korrigiert. Anschließend wird durch eine zweite Korrekturfunktion ein verschobener Spritzbeginn der Düse des Magnetventil-Injektors durch Anpassung des Ansteuerbeginns korrigiert. Falls erforderlich, wird der Schließzeitpunkt des Magnetventils durch die erste Korrekturfunktion abschließend nochmals korrigiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Schließverhalten des Magnetventils an einem Ansteuerende korrigiert. Mittels dieses Vorgehens kann auf einfache Weise eine Verschiebung eines Spritzendes korrigiert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Korrektur des Schließverhaltens des Magnetventil-Injektors eine Valve Closing Control verwendet. Die Valve Closing Control regelt in vorteilhafter Weise den Schließzeitpunkt des Magnetventils beziehungsweise den Zeitpunkt der Umkehr der Bewegung der Düsennadel auf den Sollwert ein. Bei einer beispielhaften Ausführung dieses Verfahrens wird die Schließdauer, also die Zeit vom Ansteuerende bis zum Ventilschließen, aus dem Verlauf des elektrischen Stroms einer Magnetspule des Magnetventil-Injektors bestimmt und die Ansteuerdauer von einem Regler verändert. Genauer gesagt wird nach dem Ansteuerende ein Stromfluss durch die Spule des Magnetventil-Injektors erzeugt und mithilfe einer Rückwirkung einer Ankerbewegung auf den Stromverlauf kann der Schließzeitpunkt des Magnetventil-Injektors bestimmt werden. Vorteilhafter Weise wird für die Durchführung dieses Verfahrens kein zusätzlicher Sensor benötigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Schließzeitpunkt des Magnetventil-Injektors mithilfe einer Regelung, insbesondere mittels der Valve-Closing-Control, kontinuierlich auf einem vorgebbaren Sollwert gehalten. Aufgrund der Kombination der beiden Korrekturfunktionen ist es vorteilhafter Weise möglich kombinierte Abweichungen zu korrigieren, welche von der Düse und dem Magnetventil hervorgerufen werden.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät ausgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen.
  • Die Erfindung umfasst außerdem ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 schematisch einen Magnetventil-Injektor, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt,
  • 2 schematisch einen zeitlichen Ablauf einer Ansteuerung des Magnetventil-Injektors,
  • 3 schematisch einen Einfluss einer Schließdaueränderung des Magnetventil-Injektors, im Fall, dass der Anschlag erreicht wird,
  • 4 schematisch einen Einfluss einer Schließdaueränderung des Magnetventil-Injektors, im Fall, dass der Anschlag nicht erreicht wird,
  • 5 schematisch einen Lernvorgang der Nullmengenkalibrierung im Fall einer Schließdaueränderung des Magnetventil-Injektors,
  • 6 schematisch beispielhafte Einflüsse von Drifteffekten der Düse des Magnetventil-Injektors, im Fall, dass der Anschlag erreicht wird,
  • 7 schematisch beispielhafte Einflüsse von Drifteffekten der Düse des Magnetventil-Injektors, im Fall, dass der Anschlag nicht erreicht wird und
  • 8 schematisch einen Lernvorgang der Nullmengenkalibrierung im Fall einer Drift der Düse des Magnetventil-Injektors.
  • Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist schematisch ein Magnetventil-Injektor 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann. Der Magnetventil-Injektor 1 weist im Wesentlichen folgende Funktionsblöcke auf: eine Lochdüse, ein hydraulisches Servosystem und ein Magnetventil. Kraftstoff wird von einem Hochdruckanschluss 13 über einen Zulaufkanal zu einer Düse 5 sowie über eine Zulaufdrossel 14 in einen Ventilsteuerraum 6 geführt. Die Düse 5 umfasst eine Düsennadel 12, die mit einem Ventilkolben (Steuerkolben) 9 verbunden ist. Zwischen dem Ventilkolben 9 und der Düsennadel 12 ist eine Druckschulter 8 vorgesehen. Auf die Düsennadel 12 wirkt durch eine Düsenfeder 7 eine Kraft. Der Ventilkolben 9 endet in dem Ventilsteuerraum 6, der über die Zulaufdrossel 14 mit dem Hochdruckanschluss 13 verbunden ist. Die Ansteuerung des Magnetventil-Injektors 1 erfolgt durch eine Magnetspule 2, einen Magnetanker 4 sowie eine Magnetventilfeder 11. Durch Ansteuern der Magnetspule 2 bewegt sich der Magnetanker 4 in Richtung der oder weg von der Düsennadel 12, wodurch die Düsennadel 12 von den Spritzlöchern 10 abhebt und so Kraftstoff in den Brennraum gespritzt wird bzw. die Spritzlöcher 10 verschlossen werden (der Magnetanker 4 und damit auch die Düsennadel 12 bewegen sich in der 1 nach oben und/oder unten, in Richtung der Spritzlöcher 10). Die Funktionsweise eines solchen Magnetventil-Injektors 1 ist beschrieben im Kraftfahrtechnischen Taschenbuch (27. Auflage), Verlag Vieweg + Teubner, erschienen im Januar 2011, auf das vorliegend Bezug genommen wird.
  • In 2 ist schematisch der zeitliche Verlauf der elektrischen Ansteuerung des Magnetventil-Injektors 1 (Kurve a1), der Hub des Magnetventils (Kurve b1) sowie der Nadelhub der Düsennadel 12 (Kurve c1) dargestellt, für den Fall, dass der Magnetventil-Injektor 1 keinen Hubanschlag der Düsennadel 12 hat. Nach dem Ansteuerbeginn SOE öffnet, nach einer Totzeit tt1 das Magnetventil, dessen Hub in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Anschlag begrenzt ist. Nach einer weiteren Totzeit tt2 beginnt der Öffnungsvorgang der Düse 5. Zeitgleich mit dem Öffnen der Düse 5 erfolgt der Spritzbeginn SOI. Nach dem Ablauf der Ansteuerdauer AD schließt das Magnetventil. Dabei wird unter der Schließdauer SD die Zeit vom Ansteuerende EOE bis zum Schließzeitpunkt ts des Magnetventils verstanden. Die Summe aus der Ansteuerdauer AD und der Schließdauer SD wird im Folgenden als Ventilöffnungsdauer VÖD bezeichnet. Mit Erreichen des Schließzeitpunktes ts des Magnetventils kehrt sich die Bewegung der Düsennadel 12 um in eine schließende Bewegung. Zeitgleich mit dem Ende des Schließvorgangs der Düsennadel 12 ist das Einspritzende EOI erreicht.
  • In 3 ist schematisch ein Einfluss einer Schließdaueränderung ΔSD des Magnetventils gezeigt, für den Fall, dass das Magnetventil den Anschlag erreicht. Kurve a2 stellt den zeitlichen Verlauf der Ansteuerung dar, b2 den Hub des Magnetventils und Kurve c2 den Nadelhub der Düsennadel 12. In dem hier gezeigten Fall tritt eine um die Zeit ΔSD verlängerte Totzeit vor dem Schließvorgang des Magnetventils auf (vergleiche Kurve b22). Dadurch wird der Umkehrpunkt des Nadelhubverlaufs, welcher den Beginn der schließenden Phase der Düsennadel 12 einleitet, ebenfalls um die Zeit ΔSD verzögert. In Folge dessen verlängert sich die Dauer der öffnenden Phase im Nadelhubverlauf der Düsennadel 12 und der maximal erreichte Nadelhub wird größer (vergleiche Kurve c22). Auch das Einspritzende EOI tritt verzögert auf (vergleiche ebenfalls Kurve c22). Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist aufgrund dieser Verzögerung zu groß. Die Korrektur in dem in 3 gezeigten Fall erfolgt durch eine Gleichstellung des Schließzeitpunktes ts des Magnetventils auf den Wert des Neuteils. Dazu wird das Ansteuerende EOE zu einem früheren Zeitpunkt hin verschoben, indem die Ansteuerdauer AD um den Wert ÄEOE = – ΔSD geändert wird (vergleiche Kurve a22). Im dargestellten Fall wird also die Ansteuerdauer AD verkürzt. Der Ansteuerbeginn SOE bleibt dabei unverändert. Nachdem diese Korrektur vorgenommen wurde, entsprechen der Spritzbeginn SOI und das Spritzende EOI dem Neuteil (vergleiche Kurven b222 und c222). Die eingespritzte Kraftstoffmenge entspricht aufgrund des identischen Nadelhubverlaufs ebenfalls dem Neuteil (vergleiche Kurve c222).
  • In 4 ist schematisch ein Einfluss einer Schließdaueränderung ΔSD des Magnetventils dargestellt, für den Fall, dass das Magnetventil den Anschlag nicht erreicht. Dies kann bei kleineren Einspritzmengen auftreten. In 4 stellen die Kurven a3, b3 und c3 ebenfalls jeweils den zeitlichen Verlauf der Ansteuerung, den Hub des Magnetventils und den Nadelhub der Düsennadel 12 dar, wie für die 2 und 3 schon beschrieben. Auch in diesem Fall tritt der Schließzeitpunkt ts des Magnetventils um die Zeit ΔSD verzögert auf (vergleiche Kurve b33). Der Umkehrpunkt des Nadelhubverlaufs wird dadurch ebenfalls um die Zeit ΔSD verzögert, wodurch sich die Dauer der öffnenden Phase im Nadelhubverlauf der Düsennadel 12 verlängert und der maximal erreichte Nadelhub größer wird. Auch das Einspritzende EOI tritt verzögert auf und die eingespritzte Kraftstoffmenge ist zu groß (vergleiche Kurve c33). Die Korrektur, der in 4 dargestellten Verzögerung, erfolgt wiederum durch Gleichstellen des Schließzeitpunktes ts des Magnetventils auf den Wert des Neuteils. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Fall, wird die Ansteuerdauer AD nun um ΔEOE < – ΔSD geändert (vergleiche Kurve a33). Die Verkürzung der Ansteuerdauer AD ist also kleiner als bei Vollhub des Magnetventils (vergleiche hierzu 3). Die Regelung des Schließzeitpunktes ts des Magnetventils, also der Eingriff der Valve Closing Control, wird stets die gewünschte Korrektur der Ansteuerdauer einstellen. Nach der Korrektur entsprechen Spritzbeginn SOI und Spritzende EOI auch hier dem Neuteil (vergleiche hierzu Kurve b333 und c333).
  • Die Korrekturfunktion Nullmengenkalibrierung NMK kann mit Testeinspritzungen, welche im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs abgesetzt werden, durch Auswertung des Verlaufs der Momentandrehzahl die tatsächlich bei einer Ansteuerdauer AD eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmen. Dieses Verfahren ist allerdings nur für kleine Einspritzmengen möglich, weil bei größeren Einspritzmengen störende Verbrennungsgeräusche auftreten würden. Nach dem Stand der Technik erfolgt die Messung für wenige ausgewählte Raildrücke. Die ermittelten Lernwerte werden vom elektronischen Steuergerät in einer vom Raildruck abhängigen Korrekturkennlinie gespeichert. Mit Hilfe der gespeicherten Kennlinie werden nach dem Stand der Technik Korrekturen der Ansteuerdauer AD von Voreinspritzungen bestimmt.
  • In 5 ist schematisch ein Lernvorgang der Nullmengenkalibrierung NMK im Fall einer Schließdaueränderung ΔSD des Magnetventil-Injektors 1 dargestellt. Für diesen Lernvorgang wird bei konstantem Raildruck die Einspritzmenge für verschiedene Ansteuerdauern AD bestimmt und über der Öffnungsdauer VÖD des Magnetventils aufgetragen (Kurve d1). Dazu muss für jede Testeinspritzung neben der Einspritzmenge auch die Schließdauer SD des Magnetventils gemessen werden. Die Messwerte des gedrifteten Magnetventils sind gegenüber dem Neuteil verschoben, reihen sich jedoch auf einer Geraden auf, die durch die Messwerte des Neuteils verläuft (vergleiche hierzu die Kurven d1 und d11). Die beispielhaft angenommene Verlängerung der Schließdauer SD vergrößert die eingespritzte Kraftstoffmenge, verschiebt aber gleichzeitig jeden der Messwerte hin zu einer größeren Ventilöffnungsdauer VÖD. Wird nun für eine Normierungsmenge Qref der Kraftstoffmenge die Abweichung der Öffnungsdauer VÖD des Magnetventil-Injektors 1 vom Referenzwert des Neuteils (VÖDref) bestimmt, so erhält man als Lernwert (ΔVÖDLern) den Wert Null (vergleiche hierzu die Kurven e1 und e11).
  • Anders als nach dem Stand der Technik, der eine Auftragung der Menge der Testeinspritzungen über der Ansteuerdauer AD vorsieht, wird bei dem Auswerteverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schließdauer-Änderung ΔSD des Magnetventils nicht mehr von der Funktion NMK korrigiert, weil die Schließdauer-Änderung ΔSD in den Lernwerte unberücksichtigt bleibt. Die beiden Korrekturfunktionen NMK und die Regelung der Ventilöffnungsdauer VCC können nun gleichzeitig und arbeitsteilig eingesetzt werden, ohne dass Doppelkorrekturen auftreten.
  • 6 zeigt schematisch beispielhafte Einflüsse von Drifteffekten der Düse 5, in dem Fall, dass das Magnetventil den Anschlag erreicht. Auch in 6 bezeichnen die Kurven a4, b4 und c4 jeweils den zeitlichen Verlauf der Ansteuerung, den Hub des Magnetventils und den Nadelhub der Düsennadel 12 dar, wie für die 2 bis 4 bereits beschrieben. In dem hier gezeigten Fall tritt ein verlängerter Öffnungsverzug der Düse 5 auf. Der Spritzbeginn SOI des gedrifteten Magnetventil-Injektors 1 ist bei unveränderter Ansteuerung und unverändertem Verhalten des Magnetventils zu einem späteren Zeitpunkt hin verschoben (vergleiche Kurve c44). Als Folge davon verringert sich sowohl die Dauer der öffnenden Phase im Nadelhubverlauf der Düsennadel 12 als auch der maximale Nadelhub. Das Einspritzende EOI tritt zu früh auf und die eingespritzte Kraftstoffmenge ist zu klein. In diesem Fall erfolgt die Korrektur des Magnetventil-Injektors 1 durch Gleichstellen des Spritzbeginns SOI der Düse 5 auf den Wert des Neuteils (vergleiche Kurve c44). Dazu wird der Ansteuerbeginn SOE zu einem früheren Zeitpunkt hin verschoben, das Ansteuerende EOE unverändert (vergleiche hierzu Kurve a44). Die Ansteuerdauer AD wird um den Wert ΔSOE = – ΔSOI geändert, im dargestellten Fall also verlängert. Nachdem diese Korrektur angewendet wurde, entsprechen Spritzbeginn SOI und Spritzende EOI dem Neuteil (vergleiche Kurve c444). Die eingespritzte Kraftstoffmenge entspricht, aufgrund des identischen Nadelhubverlaufs, ebenfalls dem Neuteil. Das Ansteuerende EOE, der Schließzeitpunkt ts des Magnetventils, die Schließdauer SD des Magnetventils und der Umkehrpunkt im Verlauf des Nadelhubs der Düsennadel 12 sind für alle drei in 6 dargestellten Fallunterscheidungen zeitlich unverändert. Die zur Gleichstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge mit dem Neuteil erforderliche Korrektur des Ansteuerbeginns ΔSOE entspricht dem Betrag der Änderung des Spritzbeginns ΔSOI (vergleiche hierzu a44 und c44). Darüber hinaus gilt: ΔVÖD = ΔSOE, da die Ventilöffnungsdauer VÖD wie oben bereits definiert der Summe aus Ansteuerdauer AD und Schließdauer SD entspricht.
  • Eine toleranz- oder driftbedingte Verschiebung des Spritzbeginns SOI, die in einem Betriebspunkt für einen bestimmten Raildruck ermittelt wurde, ist für alle Ansteuerdauern AD bei diesem Raildruck gleich. Eine Messung bei wenigen Betriebspunkten mit unterschiedlichem Raildruck reicht somit aus, um Abweichungen des Spritzbeginns SOI vom Sollzustand im gesamten Betriebskennfeld des Magnetventil-Injektors 1 zu korrigieren.
  • In 7 sind schematisch beispielhafte Einflüsse von Drifteffekten der Düse 5 für den Fall dargestellt, dass das Magnetventil den Anschlag nicht erreicht. Die Kurven a5, b5 und c5 stellen wiederum jeweils den zeitlichen Verlauf der Ansteuerung, den Hub des Magnetventils und den Nadelhub der Düsennadel 12 dar, wie oben bereits beschrieben. Auch hier tritt, wie in 6 gezeigt, ein verlängerter Öffnungsverzug der Düse 5 auf und der Spritzbeginn SOI des gedrifteten Magnetventil-Injektors 1 ist bei unveränderter Ansteuerung und unverändertem Verhalten des Magnetventils zu einem späteren Zeitpunkt hin verschoben (vergleiche Kurve c55). Dadurch verringert sich die Dauer der öffnenden Phase im Nadelhubverlauf der Düsennadel 12 und der maximal erreichte Nadelhub ist ebenfalls verringert. Das Einspritzende EOI tritt zu früh auf und somit ist die eingespritzte Kraftstoffmenge zu klein (vergleiche Kurve c55). Die Korrektur des Magnetventil-Injektors 1 erfolgt in diesem Fall auch durch Gleichstellen des Spritzbeginns SOI der Düse 5 auf den Wert des Neuteils. Dazu wird der Ansteuerbeginn SOE, wie in 6, um ΔSOE = – ΔSOI verschoben (vergleich hierzu Kurve a55). In dem gezeigten Beispiel wird der Ansteuerbeginn SOE also zu einem früheren Zeitpunkt hin verschoben. Das Ansteuerende EOE muss jetzt allerdings, im Gegensatz zu dem in 6 dargestellten Fall, ebenfalls verändert werden, um den Schließzeitpunkt ts des Magnetventils unverändert zu lassen (vergleiche hierzu Kurve a555). So wird erreicht, dass der Zeitpunkt der Richtungsumkehr im Nadelhubverlauf der Düsennadel 12 unverändert bleibt. Bei nicht angepasstem Ansteuerende EOE würde sich der maximale Nadelhub über den gewünschten Wert des Neuteils hinaus erhöhen. Das Spritzende würde zu spät auftreten und die eingespritzte Kraftstoffmenge wäre zu groß. Die zur Gleichstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge mit dem Neuteil erforderliche Korrektur des Ansteuerbeginns ΔSOE entspricht, wie in dem in 6 dargestellten Beispiel, dem Betrag der Änderung des Spritzbeginns ΔSOI (vergleiche Kurve a55 und c555). Darüber hinaus gilt wieder: ΔVÖD = Δ SOE. Die Änderung der Ansteuerdauer AD ist jedoch in 7 aufgrund eines notwendigen Eingriffs der Regelung des Schließzeitpunktes ts des Magnetventils, also des Eingriffs der Valve Closing Control, kleiner als in dem in 6 dargestellten Fall.
  • In 8 ist schematisch ein Lernvorgang der Nullmengenkalibrierung NMK im Fall einer Drift der Düse 5 dargestellt. Dazu wird bei konstantem Raildruck die Einspritzmenge für verschiedene Ansteuerdauern AD bestimmt und über der Öffnungsdauer VÖD des Magnetventils aufgetragen (vergleiche Kurve d2). Dabei muss für jede Testeinspritzung neben der Einspritzmenge die Schließdauer SD des Magnetventils gemessen werden. Die Messwerte des gedrifteten Magnetventil-Injektors 1 sind gegenüber dem Neuteil parallel verschoben (vergleiche hierzu Kurve d22). Die beispielhaft angenommene Verschiebung des Spritzbeginns SOI zu einem früheren Zeitpunkt hin vergrößert die Kraftstoffmenge bei unveränderter Ansteuerdauer AD und unverändertem Schließzeitpunkt ts des Magnetventils. Wird nun für eine Normierungsmenge Qref die Abweichung der Öffnungsdauer VÖD des Magnetventils vom Referenzwert des Neuteils VÖDref bestimmt, so erhält man als Lernwert ΔVÖDLern einen Wert kleiner Null (vergleiche hierzu Kurve e2 und e22). Die Öffnungsdauer des Magnetventils muss verringert werden, um die von der Düse 5 verursachte Mehrmenge an Kraftstoff auszugleichen.
  • Anders als nach dem Stand der Technik, der eine Auftragung der Menge der Testeinspritzungen über der Ansteuerdauer AD vorsieht, wird bei dem Auswerteverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Änderung der Öffnungsdauer ΔVÖD des Magnetventil-Injektors 1 ermittelt. Die von der Korrekturfunktion Nullmengenkalibrierung NMK ermittelte Korrektur entspricht dem Wert ΔVÖD beziehungsweise ΔSOE, welcher in den 6 und 7 zur Korrektur des verschobenen Spritzbeginns SOI der Düse 5 benötigt wird. Im Spezialfall des nicht erreichten Hubanschlages des Magnetventils, siehe 7, wird die zur Regelung der Ventilöffnungsdauer VÖD vorhandene Korrekturfunktion Valve Closing Control VCC zusätzlich eingreifen, um den Schließzeitpunkt ts des Magnetventils auf dem Sollwert zu halten.
  • Mit der von der Korrekturfunktion Nullmengenkalibrierung NMK im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs ermittelten und vom Raildruck abhängigen Korrektur des Ansteuerbeginns SOE sowie der Regelung des Schließzeitpunktes ts des Magnetventils, welches gleichbedeutend ist mit der Regelung der Ventilöffnungsdauer VÖD, durch die Korrekturfunktion Valve Closing Control VCC können auch kombinierte Abweichungen, welche von der Düse 5 und dem Magnetventil hervorgerufen werden, korrigiert werden.
  • Abweichungen der Einspritzung vom Sollwert, die von einer fehlerhaften Schließdauer SD des Magnetventils herrühren, werden dabei stets durch Anpassung des Ansteuerendes EOE ausgeglichen. Verschiebungen des Spritzbeginns SOI aufgrund fehlerhaften Öffnungsverhaltens der Düse 5 und/oder des Magnetventils werden durch Anpassung des Ansteuerbeginns SOE um die von der Korrekturfunktion Nullmengenkalibrierung NMK ermittelte Korrektur der Soll-Ventilöffnungsdauer VÖD ausgeglichen. Die Regelung der Ventilöffnungsdauer VÖD, also die Valve Closing Control VCC stellt dabei sicher, dass der Schließzeitpunkt ts des Magnetventils stets dem Sollwert entspricht, auch bei einer komplexen Abhängigkeit der Schließdauer SD von der Ansteuerdauer AD und anderen Randbedingungen. Nach der Korrektur von Ansteuerbeginn SOE und/oder Ansteuerende EOE entsprechen Spritzbeginn SOI, Spritzdauer und eingespritzte Kraftstoffmenge dem Sollzustand.
  • Das Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch auf Magnetventil-Injektoren 1 anwendbar, die abweichend von dem hier beschriebenen beispielhaften Fall einen Hubanschlag der Düsennadel 12 aufweisen. In einer weiteren, nicht dargestellten, Ausführungsform kann abweichend von dem hier beschriebenen Fall die hydraulische Servoeinheit ersetzt werden durch eine direkte Anbindung der Düsennadel an das Magnetventil oder durch eine Anbindung über einen hydraulischen Koppler. Das im Ausführungsbeispiel beschriebene Schließen des Magnetventils ist dann gleichzusetzen mit dem Schließen der Düse (EOI). Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens kann auf ausgewählte Einspritztypen, wie beispielweise Voreinspritzungen, beschränkt werden. Für andere Einspritztypen kann dann wahlweise lediglich die Regelung des Schließzeitpunkts ts des Magnetventils angewendet werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Regelung eines Magnetventil-Injektors (1) eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination aus zwei verschiedenen Korrekturfunktionen verwendet wird, um Abweichungen einer Einspritzmenge, eines Spritzbeginns (SOI) und einer Spritzdauer zu korrigieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Korrekturwerte einer Ansteuerdauer (AD) des Magnetventil-Injektors (1) ermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur eines Öffnungszeitpunktes einer Düse (5) des Magnetventil-Injektors (1) durch eine Änderung an einem Ansteuerbeginn (SOE) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nullmengenkalibrierung zur Korrektur der Änderung des Spritzbeginns (SOI) verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße der Nullmengenkalibrierung bei einer Auswertung in Abhängigkeit von einer Ventilöffnungsdauer (VÖD) des Magnetventil-Injektors (1) aufgetragen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließverhalten des Magnetventil-Injektors (1) an einem Ansteuerende (EOE) korrigiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur des Schließverhaltens des Magnetventil-Injektors (1) eine Valve-Closing-Control verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließzeitpunkt (ts) des Magnetventil-Injektors (1) mithilfe einer Regelung kontinuierlich auf einem vorgebbaren Sollwert gehalten wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Ermitteln einer Korrektur der Öffnungsdauer (ΔVÖD) des Magnetventil-Injektors (1) und b. Korrektur eines verschobenen Spritzbeginns (SOI) der Düse (5) des Magnetventil-Injektors (1) durch Anwendung der ermittelten Korrektur der Öffnungsdauer (ΔVÖD).
  10. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
  11. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.
  12. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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