DE102017124496B4

DE102017124496B4 - Systeme zum steuern von fluideinspritzungen

Info

Publication number: DE102017124496B4
Application number: DE102017124496.4A
Authority: DE
Inventors: Scott E. Parrish; Yiran Hu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: US20180112621A1; DE102017124496A1; CN107975437B; US10082098B2; CN107975437A

Abstract

Fluidabgabesystem, umfassend:ein Magnetventil, das dazu konfiguriert ist, einen Ventilzapfen selektiv anzuheben, damit ein unter Druck stehendes Fluid durch das Ventil strömen kann;eine Energiequelle, um Energie zum Aktivieren der Magnetspule zu liefern;eine Steuerung, die programmiert ist, um Befehle zum Betätigen der Magnetspule auszuführen, um eine Reihe von aufeinanderfolgenden Fluidimpulsen zu verursachen, worin eine befohlene Öffnungsverzögerung eines nachfolgenden Impulses der Reihe von aufeinanderfolgenden Impulsen basierend auf mindestens einer von einer Verweilzeit seit einem vorhergehenden Impuls, einer Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses und einer Öffnungsverzögerung des vorhergehenden Impulses eingestellt ist,worin die Steuerung ferner programmiert ist, um in Reaktion auf eine Soll-Fluidmasse des nachfolgenden Impulses, die kleiner als ein Massenschwellwert ist, eine Einstellung eines Impulsbreitenbefehls des nachfolgenden Impulses basierend auf einem Bereich der Kraftstoffmasse vorzunehmen, der größer als der Massenschwellwert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Steuern von gepulsten Fluideinspritzungen. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf eine Kraftstoffeinspritzung für einen Verbrennungsmotor.
EINLEITUNG
Kraftstoffeinspritzsysteme mit Mehrfacheinspritzung und entsprechende Verfahren sind in DE 10 2007 043 879 A1 , DE 10 2013 209 077 A1 , DE 10 2008 001 180 A1 , DE 10 2008 043 166 A1 , DE 10 2006 033 932 A1 und DE 10 2010 041 273 A1 offenbart.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fluidabgabesystem anzugeben, welches für eine Reihe von dicht aufeinanderfolgenden Fluid- oder Kraftstoffimpulsen eine genauere Kraftstoffmassenabgabe nachfolgender Kraftstoffimpulse aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Fluidabgabesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die elektronische Kraftstoffeinspritzung kann zum Steuern der Kraftstoffzufuhr in Verbrennungsmotoren verwendet werden. Bestimmte Einspritzdüsen können als magnetbetätigte oder piezoelektrische Ventilvorrichtungen an einem Kraftstoffeinlassabschnitt eines Motors angeordnet sein. Die Einspritzventile können so positioniert werden, dass der unter Druck stehende Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eines Motorzylinders geleitet wird. Jedes Einspritzventil kann während der Verbrennungszyklen für einen bestimmten Zeitraum (d. h. für eine Einspritzdauer) aufgrund der Betriebsbedingungen des Motors mit Spannung versorgt werden. Bei jedem Verbrennungszyklus können für jeden Zylinder mehrere Einspritzereignisse auftreten. Die Kraftstoffmasse und der Zeitpunkt der Mehrfacheinspritzung beeinflusst die Qualität der Verbrennung und die Gesamtkraftstoffeffizienz.
Ein Fahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder zur Verbrennung eines Kraftstoffs und ein Kraftstoffeinspritzventil zum Zuführen einer Kraftstoffmasse zu dem mindestens einen Zylinder. Das Fahrzeug verfügt außerdem über eine Steuerung, die so programmiert ist, dass das Kraftstoffeinspritzventil eine Reihe von Kraftstoffimpulsen bereitstellt, die sich auf eine aggregierte Soll-Kraftstoffmasse summieren. Die Steuerung ist ferner so programmiert, um eine befohlene Dauer eines Folgeimpulses der Reihe von Impulsen eines Soll-Impulsdauerwerts basierend auf mindestens einer von einer Verweilzeit seit einem vorhergehenden Impuls, einer Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses, einer Öffnungsverzögerung des vorhergehenden Impulses, einzustellen.
Ein Verfahren zum Bereitstellen von eng beabstandeten Fluidimpulsen durch ein magnetgesteuertes Ventil beinhaltet das Bereitstellen eines unter Druck stehenden Fluids an einem Ventileinlass und das Befehlen eines ersten Ventilimpulses, um eine erste Fluidmasse durch das Ventil bereitzustellen. Das Verfahren beinhaltet auch das Anordnen eines zweiten Impulses des Ventils folgend dem ersten Impuls. Eine zweite Impulsbreite wird basierend auf mindestens einer von einer Verweilzeit nach dem ersten Impuls und der ersten Fluidmasse eingestellt, sodass eine gewünschte zweite Fluidmasse erreicht wird. In einigen Beispielen kann die zweite Kraftstoffmasse im Wesentlichen gleich der ersten Fluidmasse sein.
Ein Fluidabgabesystem beinhaltet ein Magnetventil, das dazu konfiguriert ist, einen Ventilzapfen selektiv anzuheben, damit ein unter Druck stehendes Fluid durch das Ventil fließen kann. Die Fluidabgabesystem beinhaltet auch eine Energiequelle, um Energie zum Aktivieren des Magnetventils bereitzustellen. Das Fluidabgabesystem beinhaltet außerdem eine Steuerung, die programmiert ist, um Befehle zum Betätigen des Magnetventils auszuführen, um eine Reihe von aufeinanderfolgenden Fluidimpulsen zu erzeugen. Eine befohlene Öffnungsverzögerung eines aufeinanderfolgenden Impulses der Reihe von aufeinanderfolgenden Impulsen wird basierend auf mindestens einer von einer Verweilzeit seit einem vorhergehenden Impuls, einer Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses und einer Öffnungsverzögerung des vorhergehenden Impulses eingestellt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors.
2 ist eine grafische Darstellung der eingespritzten Kraftstoffmasse im Vergleich zu einer angewiesenen Impulsbreite.
3 ist eine grafische Darstellung der vorgegebenen Impulsbreiteneinstellung über die Verweilzeit.
4 ist eine grafische Darstellung einer vorgegebenen Impulsbreiteneinstellung im Vergleich zur vorhergehenden Impulskraftstoffmasse.
5 ist eine grafische Darstellung der Einspritzimpuls- Kraftstoffmasse im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite.
6A ist eine grafische Darstellung des prozentualen Kraftstoffmassefehlers im Vergleich zur gewünschten nachfolgenden Impulskraftstoffmasse, die keiner Befehlseinstellung entspricht.
6B ist eine grafische Darstellung des prozentualen Kraftstoffmassefehlers im Vergleich zur gewünschten nachfolgenden Impulskraftstoffmasse, entsprechend der angewiesenen Impulsbreiteneinstellung für die Verweilzeit.
6C ist eine grafische Darstellung des prozentualen Kraftstoffmassefehlers im Vergleich zur gewünschten nachfolgenden Impulskraftstoffmasse, entsprechend der angewiesenen Impulsbreiteneinstellung für die Verweilzeit und der vorausgehenden Impulskraftstoffmasse.
7A ist eine grafische Darstellung der ersten und nachfolgenden Einspritzimpulsmassen im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite ohne Einstellung.
7B ist eine grafische Darstellung der ersten und nachfolgenden Impulsfreigabeverzögerung im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite ohne Einstellung.
7C ist eine grafische Darstellung der ersten und nachfolgenden Einspritzimpulsmassen im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite mit Einstellung der Verweilzeit und der vorausgehenden Impulsmassen.
7D ist eine grafische Darstellung der nachfolgenden Impulsöffnungsverzögerung im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite mit der gleichen Einstellung für die Verweilzeit und der vorausgehenden Impulskraftstoffmasse wie in 7C.
8 ist eine grafische Darstellung der nachfolgenden Impulsöffnungsverzögerung im Vergleich zur Verweilzeit und dem vorhergehenden Impuls-FPW-Befehl.
9A ist eine grafische Darstellung des Kraftstoffimpulsbefehls und des tatsächlichen Kraftstoffimpulses über der Zeit.
9B ist eine grafische Darstellung des Kraftstoffimpulsbefehls und des tatsächlichen Kraftstoffimpulses über der Zeit mit Einstellung der Öffnungszeitverzögerung.
10 ist eine grafische Darstellung des prozentualen Kraftstoffmassefehlers im Vergleich zur gewünschten nachfolgenden Impulskraftstoffmasse, entsprechend der angewiesenen Impulsbreiteneinstellung für die Verweilzeit, und der vorausgehenden Impulskraftstoffmasse und der verzögerten Rückkopplungsöffnung.
11 ist eine grafische Darstellung der Einspritzimpuls- Öffnungsverzögerung im Vergleich zur angewiesenen Kraftstoffimpulsbreite.
12 ist eine grafische Darstellung des prozentualen Kraftstoffmassefehlers im Vergleich zur gewünschten nachfolgenden Impulskraftstoffmasse, entsprechend der angewiesenen Impulsbreiteneinstellung für die Verweilzeit und der vorausgehenden Impulskraftstoffmasse und einer verzögerten Rückkopplungsöffnung, die aufgrund der Injektor-zu-Injektor-Schwankung einen Fehler enthält.
13A ist eine grafische Darstellung der Einspritzimpuls- Kraftstoffmasse im Vergleich nicht kompensierten angewiesenen Impulsbreite.
13B eine grafische Darstellung der Einspritzimpuls- Kraftstoffmasse im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite, die basierend auf einem Bereich der Kraftstoffimpulsbreite mit linearer Öffnungsverzögerung angepasst wurde.
14 ist eine grafische Darstellung des prozentualen Kraftstoffmassefehlers im Vergleich zur gewünschten nachfolgenden Impulskraftstoffmasse, entsprechend der angewiesenen Impulsbreiteneinstellung für die Verweilzeit und der vorausgehenden Impulskraftstoffmasse und der verzögerten Rückkopplungsöffnung mit einer weiteren kleinen Mengenkompensation.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie der Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Unter Bezugnahme auf 1 weist ein Verbrennungsmotor 10 als Teil eines Fahrzeugantriebssystems ein Abtriebsdrehmoment auf. Der Motor 10 arbeitet in einer Vielzahl von auswählbaren Verbrennungsmodi, einschließlich eines Verbrennungsmodus mit Selbstzündung und einem Verbrennungsmodus mit Fremdzündung. Die Ansaugluft wird mit einem brennbaren Kraftstoff vermischt und in einer Verbrennungskammer verbrannt. Der Motor 10 kann wahlweise mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden. Unter bestimmten Betriebsbedingungen ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bewusst so eingestellt, dass es im Verhältnis zu einem stöchiometrischen Gemisch entweder fett oder mager ist. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können auch auf verschiedene Arten von Verbrennungsmotorsystemen und Verbrennungszyklen angewendet werden. Der Motor 10 ist wahlweise mit einem Getriebe gekoppelt, um die Zugkraft über einen Antriebsstrang des Fahrzeugs auf mindestens ein Straßenrad zu übertragen. Das Getriebe kann ein Hybridgetriebe mit zusätzlichen Antriebsquellen beinhalten, um dem Antriebsstrang zusätzliche Zugkraft zu verleihen.
Der Motor 10 kann ein Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und mindestens einem Kolben 14 sein, der in einem Zylinder 13 verschiebbar ist. Es ist zu beachten, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung auch für unterschiedliche Verbrennungszyklen anwendbar sein können, zum Beispiel für Zweitakt-Verbrennungsmotoren. Die Bewegung des Kolbens 14 innerhalb eines Zylinders 13 stellt eine volumenvariable Verbrennungskammer 16 bereit. Jeder Kolben 14 ist mit einer rotierenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die eine lineare hin- und hergehende Bewegung in eine Rotationsbewegung übersetzt wird, um eine Komponente des Antriebsstrangs zu drehen.
Ein Luftansaugsystem liefert Ansaugluft an einen Ansaugkrümmer 29, der Luft in die Verbrennungskammern 16 leitet und verteilt. Das Luftansaugsystem kann Luftströmungskanäle und Vorrichtungen zum Überwachen und Regulieren des Luftstroms beinhalten. Das Luftansaugsystem kann auch einen Luftmassenströmungssensor 32 zum Überwachen des Luftmassenstroms und der Ansauglufttemperatur beinhalten. Eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 34 kann den Luftstrom zum Motor 10 regeln. Ein Drucksensor 36 im Ansaugkrümmer 29 kann zum Überwachen des Krümmer-Absolutdrucks und des barometrischen Drucks vorgesehen sein. Ein externer Strömungskanal (nicht dargestellt) kann auch vorgesehen sein, um Abgase aus dem Motorabgas zurück in den Ansaugkrümmer 29 zu führen. Der Durchfluss des rückgeführten Abgases kann über ein Abgasrückführungsventil (AGR) 38 geregelt werden. Der Motor 10 kann andere Systeme, einschließlich eines Turboladersystems 50, oder alternativ ein Verdichtersystem zum Druckbeaufschlagen der Ansaugluft zum Motor 10 beinhalten.
Der Luftstrom vom Ansaugkrümmer 29 zur Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventile 20 geregelt. Der Abgasstrom aus der Verbrennungskammer 16 zu einem Abgaskrümmer 39 wird durch ein oder mehrere Auslassventile 18 geregelt. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20, 18 durch Steuerung der entsprechenden variablen Einlass- und Auslass-Hubsteuerungsvorrichtungen 22 und 24 gesteuert werden. Die Einlass- und Auslass-Hubsteuerungsvorrichtungen 22 und 24 können konfiguriert werden, um jeweils eine Einlassnockenwelle 21 und eine Auslassnockenwelle 23 zu steuern und zu betreiben. Die Rotationen der Einlass- und Auslassnockenwellen 21 und 23 sind mechanisch gekoppelt und mit dem Rotationszeitpunkt der Kurbelwelle 12 indexiert. Somit ist das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile 20, 18 auf die Positionen der Kurbelwelle 12 und der Kolben 14 abgestimmt.
Die variablen Hubsteuerungsvorrichtungen 22, 24 können auch einen steuerbaren Mechanismus zum Variieren der Größe des jeweiligen Ventilhubs oder der Öffnung der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 beinhalten. Die Hubgröße kann entsprechend den diskreten Schritten (z. B. hoher oder niedriger Hub) oder kontinuierlich variiert werden. Die Ventilhubposition kann je nach Betriebsbedingungen des Antriebssystems variiert werden, einschließlich der Drehmomentanforderungen des Motors 10. Die variablen Hubsteuerungsvorrichtungen 22, 24 können ferner einen variablen Nockenphasenmechanismus zum Steuern und Einstellen der Phaseneinstellung (d. h. die relative Zeitsteuerung) des Öffnens und Schließens der Einlassventile 20 und der Auslassventile 18 beinhalten. Die Phaseneinstellung beinhaltet die Öffnungszeiten der Ein- und Auslassventile 20, 18 bezogen auf die Positionen der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14 im jeweiligen Zylinder 15.
Die variablen Hubsteuervorrichtungen 22, 24 können jeweils einen Phasenbereich von etwa 60-90 Grad bezogen auf die Kurbelumdrehung erreichen, um das Öffnen und Schließen eines der Ein- und Auslassventile 20, 18 in Bezug auf die Position des Kolbens 14 für jeden Zylinder 15 zu beschleunigen oder zu verzögern. Der Bereich der Phasenlage ist definiert und begrenzt durch die variablen Einlass- und Auslass-Hubsteuerungsvorrichtungen 22, 24, die Nockenwellenpositionssensoren zum Bestimmen von Drehpositionen der Einlass- und Auslassnockenwellen 21, 23 beinhalten. Die variablen Hubsteuerungsvorrichtungen 22, 24 können mit einer elektrohydraulischen, hydraulischen und elektrischen Betätigungskraft betrieben werden, die durch die Steuerung 5 gesteuert wird.
Der Motor 10 beinhaltet auch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Vielzahl von Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen 28, die jeweils konfiguriert sind, um eine Kraftstoffmenge in eine der Verbrennungskammern 16 in Reaktion auf ein Signal von der Steuerung 5 direkt einzuspritzen. Während ein einzelnes Kraftstoffeinspritzventil zur Veranschaulichung in 1 dargestellt ist, kann das Antriebssystem je nach Anzahl der Verbrennungszylinder beliebig viele Kraftstoffeinspritzventile beinhalten. Die Kraftstoffeinspritzventile 28 werden mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem über einen Kraftstoffverteiler 40 versorgt. Ein Drucksensor 48 überwacht den Kraftstoffverteilerdruck innerhalb der Kraftstoffverteilerleitung 40 und gibt ein Signal aus, das dem Kraftstoffverteilerdruck der Steuerung 5 entspricht.
Das Kraftstoffverteilungssystem beinhaltet auch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46, um druckbeaufschlagten Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzventilen 28 über die Kraftstoffverteilerleitung 40 zu liefern. So kann beispielsweise die Hochdruckpumpe 46 einen Kraftstoffdruck von bis zu etwa 5.000 psi erzeugen, der an das Kraftstoffverteilerleitung 20 abgegeben wird. In einigen Beispielen können sogar höhere Kraftstoffdrücke verwendet werden. Die Steuerung 5 bestimmt einen Soll-Kraftstoffverteilerdruck basierend auf einer Drehmomentanforderung des Betreibers und der Motordrehzahl, und der Druck wird über die Kraftstoffpumpe 46 geregelt. In einem Beispiel beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil 28 eine magnetbetätigte Vorrichtung zum Öffnen einer Düse, um Kraftstoff einzuspritzen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung auch für Kraftstoffeinspritzventile anwendbar sein können, die eine piezoelektrisch betätigte Vorrichtung oder andere Betätigungsarten zur Kraftstoffverteilung verwenden. Das Kraftstoffeinspritzventil 28 beinhaltet auch eine Düse, die durch eine Öffnung im Zylinderkopf 15 eingesetzt wird, um druckbeaufschlagten Kraftstoff in die Verbrennungskammer 16 einzuspritzen. Die Düse des Kraftstoffeinspritzventils 28 beinhaltet eine Einspritzdüse, die durch mehrere Öffnungen, einen Sprühwinkel und einen Volumenstrom bei gegebenem Druck gekennzeichnet ist. Eine exemplarische Kraftstoffeinspritzdüse kann eine 8-Loch-Konfiguration mit einem Sprühwinkel von 70 Grad und einer Durchflussrate von 10 cc/s bei etwa 1.450 psi beinhalten.
Jedes Kraftstoffeinspritzventil kann einen Zapfen in der Nähe einer Düsenspitze beinhalten. Der Zapfen wird mit der Düse verbunden, um den Kraftstoffdurchfluss zu begrenzen oder abzuschalten, wenn er gegen eine Öffnung vorgespannt ist. Beim Aktivieren des Kraftstoffeinspritzventils mit Energie aus einer Stromquelle. Ein Magnetventil reagiert auf die Energie und betätigt den Zapfen, hebt ihn von der Öffnung ab, um den Kraftstoff mit hohem Druck durchströmen zu lassen. Der Kraftstoff strömt um die Düse herum und wird durch die Öffnungen in der Nähe der Düsenspitze in den Verbrennungszylinder 16 gespritzt, wobei er mit Luft vermischt wird, um die Verbrennung zu erleichtern. Ein Fremdzündungssystem kann bereitgestellt werden, sodass einer Zündkerze Funkenenergie zugeführt wird, um die Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in Reaktion auf ein Signal der Steuerung 5 zu entzünden oder beim Entzünden von Zylinderladungen zu unterstützen.
Eine Reihe von mehrfachen Zapfenhüben oder Kraftstoffimpulsen kann in einer schnellen Abfolge auftreten, um eine optimale Verbrennungsbedingung zu erreichen, ohne den Verbrennungszylinder zu übersättigen. So kann beispielsweise ein einzelner längerer Impuls zum Erreichen einer gewünschten Soll-Kraftstoffmasse eine größere als optimale Eindringtiefe in den Zylinder bewirken. Im Gegensatz dazu können mehrere kleinere Impulse aufeinanderfolgend, die sich zu einer Soll-Kraftstoffmasse addieren, insgesamt weniger Eindringtiefe in den Zylinder aufweisen und eine wünschenswertere Verbrennungsbedingung erzeugen, die zu einem verbesserten Kraftstoffverbrauch und geringeren Emissionen (z. B. Partikel) führt.
Die Steuerung 5 gibt die Kraftstoffimpulsbreiten (FPW)-Befehle aus, um die Dauer der Öffnungszeit des Einspritzventils zu beeinflussen. Die Einspritzdüsen können sowohl in linearen als auch in nichtlinearen Bereichen der Kraftstoffmassenabgabe in Bezug auf die Einspritzdauer betrieben werden. Lineare Bereiche der Kraftstoffmassenabgabe beinhalten die angewiesene Einspritzdauer mit der entsprechenden bekannten und eindeutigen Kraftstoffmassenabgabe bei einem gegebenen Kraftstoffdruck. Lineare Bereiche der Kraftstoffmassenabgabe beinhalten Bereiche, in denen die Kraftstoffmassenabgabe monoton mit erhöhter Einspritzdauer bei konstantem Kraftstoffdruck zunimmt. Nichtlineare Bereiche der Kraftstoffmassenabgabe beinhalten jedoch vorgegebene Einspritzdauern mit unbekannten oder unvorhersehbaren Kraftstoffmassenabgaben bei einem bestimmten Kraftstoffdruck, einschließlich nicht monotoner Bereiche, in denen das Kraftstoffeinspritzventil die gleiche Kraftstoffmassenmenge bei unterschiedlichen Einspritzdauern bereitstellen kann. Die Grenzen der linearen und nichtlinearen Bereiche können für verschiedene Einspritzsysteme unterschiedlich sein.
Der Motor 10 ist mit verschiedenen Sensoren zum Überwachen des Motorbetriebs einschließlich eines Kurbelwellensensors 42 ausgestattet, der RPM-Daten und die Kurbelwellendrehpostion ausgeben kann. Ein Drucksensor 30 gibt ein Signal aus, das einen Zylinderinnendruck anzeigt, der von der Steuerung 5 überwacht wird. Der Drucksensor 30 kann einen Druckwandler beinhalten, der den Füllstand im Zylinder in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Drucksensor 30 überwacht den Zylinderinnendruck in Echtzeit, einschließlich während jedes Verbrennungsvorgangs. Ein Abgassensor 39 ist konfiguriert, um Abgase zu überwachen, typischerweise ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor. Die Ausgangssignale von jedem der beiden Verbrennungsdrucksensoren 30 und dem Kurbelwinkelsensor 42 werden durch die Steuerung 5 überwacht, um den Verbrennungszeitpunkt zu bestimmen, d. h. den Zeitpunkt des Verbrennungsdrucks in Bezug zum Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jedes Verbrennungsereignis. Der Motor 10 und die Steuerung 5 sind vorzugsweise mechanisiert, um den effektiven Druck für jeden der Zylinder 13 während des Zündvorganges zu überwachen und zu bestimmen. Alternativ dazu können andere Erfassungssysteme genutzt werden, um Zustände anderer Verbrennungsparameter innerhalb des Umfangs der Offenbarung zu überwachen, z. B. Zündsysteme mit Ionenerfassung und nicht-intrusive Zylinderdrucksensoren.
Steuermodul, Modul, Steuerung und ähnliche Begriffe, die hierin verwendet werden, sind alle geeigneten Vorrichtungen oder verschiedene Kombinationen von Vorrichtungen, einschließlich anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), elektronische Schaltungen, zentrale Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und dazugehörige Arbeits- und Datenspeicher (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke, usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen oder kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -geräte, entsprechende Signal-Konditionierungs- und Pufferschaltungen ausführen, sowie weitere Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Die Steuerung 5 beinhaltet einen Satz von Steueralgorithmen, einschließlich residenter Softwareprogrammanweisungen und Kalibrierungen, die im Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, die Eingänge der Sensorgeräte und anderer vernetzter Steuermodule zu überwachen und um Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Stellantrieben zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen auch in Reaktion auf das Auftreten eines weiteren Ereignisses ausgeführt werden, das die Steuerung beobachtet.
Die Steuerung 5 ist auch programmiert, um die Drosselklappe 34 zum Steuern des Massenstroms der Ansaugluft in den Motor über ein Steuersignal zu steuern. In einem Beispiel wird die Drosselklappe 34 zum Steuern des Krümmerdrucks durch Ändern sowohl einer Menge der Ansaugluft als auch einer Menge des rezirkulierten Abgases zu einer weit geöffneten Drosselklappe angewiesen. Das Turboladersystem 50 beinhaltet vorzugsweise eine Turbinenvorrichtung mit variabler Geometrie (VGT). Die Steuerung 5 sendet ein Signal, um den Schaufelwinkel der VGT-Vorrichtung zu lenken. Der Schaufelwinkel wird mit einem VGT-Positionssensor gemessen, um eine Rückführung zur Steuerung 5 zu ermöglichen. Die Steuerung 5 reguliert das Niveau der Druckerhöhung und regelt somit die Menge der Ansaugluft und die Menge der rückgeführten Abgase. In weiteren Beispielen kann ein Kompressorsystem verwendet werden, um den Krümmerdruck analog zu modifizieren.
Die Steuerung 5 ist ferner programmiert, um die Abgasrückführung durch Öffnen des Abgasrückführventils 38 zu steuern. Durch das Öffnen des Abgasrückführventils 38 steuert die Steuerung 5 die rezirkulierte Abgasmenge und das Verhältnis von Abgasmenge zu Ansauggasmenge.
Die Steuerung 5 ist ferner programmiert, um den Einspritzbeginn (SOI) entsprechend der Position des Kolbens 14 basierend auf der Eingabe vom Kurbelwinkelsensor 42 während des laufenden Betriebs des Motors 10 anzuordnen. Die Steuerung 5 bewirkt eine Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung des Einspritzventils 28 für jedes Verbrennungsereignis pro Zylinder 13. Einspritzereignisse können durch die Dauer des offenen Impulses des Einspritzventils und die eingespritzte Kraftstoffmasse definiert werden. In mindestens einem Beispiel befiehlt die Steuerung 5 eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzungen während jedes Verbrennungsereignisses. Die Gesamtkraftstoffmasse, die bei jedem Verbrennungsereignis abgegeben wird, wird durch die Steuerung 5 mindestens basierend auf dem vom Betreiber angeforderten Drehmoment ausgewählt. Die Steuerung 5 überwacht die Eingangssignale des Betreibers, beispielsweise durch eine Position eines Gaspedals 8, um die Drehmomentanforderung des Betreibers zu bestimmen. Die Steuerung 5 erteilt Befehle zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils, um eine Reihe von Kraftstoffimpulsen bereitzustellen, die sich auf eine aggregierte Soll-Kraftstoffmasse summieren
Wie vorstehend erläutert, kann das Anlegen von mehreren aufeinanderfolgenden Kraftstoffimpulsen zu Auswirkungen auf nachfolgende Impulse führen, da die im Kraftstoffeinspritzventil verbliebene Restenergie sowie die verbleibende Ankerbewegung aus früheren Impulsen zurückbleiben. Unter Bezugnahme auf 2 verdeutlicht die grafische Darstellung 200 die Auswirkung auf einen nachfolgenden Impuls als Funktion der Einspritzimpulsbreite und Einspritzkraftstoffmasse des vorhergehenden ersten Impulses sowie die Dauer seit dem vorhergehenden Impuls (d. h. die Verweilzeit). Im Beispiel wurde der vorhergehende Impuls auf eine Kraftstoffmasse von 2 mg eingestellt. Die horizontale Achse 202 stellt die angeforderte Einspritzdauer in Mikrosekunden (µs) und die vertikale Achse 204 die Kraftstoffmasse des Einspritzimpulses in Milligramm (mg) dar. Im Allgemeinen gilt, je länger die Verweilzeit, desto geringer ist der Einfluss, den die vorausgehende Impulsbreite auf den nachfolgenden Impuls nach der Verweilzeit ausübt.
Mit spezifischem Bezug auf 2 stellt die Kurve 206 ein Profil eines einzelnen Einspritz- oder Basislinienimpulses dar. Im Allgemeinen dient die Kurve 206 als etablierte charakteristische Basislinienkurve ohne Einfluss der elektromagnetischen Restenergie. Es ist zu erkennen, dass eine angewiesene Impulsbreite FPW₁ an der Stelle 220 etwa 260 µs in der Dauer beträgt und die Gesamtkraftstoffmasse M₁ von etwa 2,5 mg einspritzt. Folgt jedoch ein eng beieinander liegender Einspritzpuls dem Anfangsimpuls, kann die Dauer des nachfolgenden Impulses verzerrt sein, was zu einem Fehler in der Kraftstoffeinspritzung führt. Anders ausgedrückt, können sich die charakteristischen Strömungskurven durch den Einfluss der Restenergie verschieben (z. B. auf kürzere Zeiten). Bei Verwendung einer einzelnen Einspritzströmungskurve für nachfolgende Einspritzereignisse kann ein großer Strömungsfehler induziert werden. Die Kurve 208 stellt ein Profil eines nachfolgenden Impulses dar, der nach einer Verweilzeit von 0,5 ms nach einem vorhergehenden 2 mg-Impuls ausgegeben wird. Die Antwort des nachfolgenden Impulses wird auch dann geändert, wenn die gleiche geforderte Impulsbreiteneingabe ausgegeben wird. So ergibt sich beispielsweise, wie an Stelle 222 zu sehen ist, bei einer befohlenen Impulsbreite FPW₁ von etwa 260 µs eine Gesamtmasse M₂ eingespritzt von etwa 5,5 mg, wenn sie als nachfolgender Impuls mit einer Verweilzeit von 0,5 ms angelegt wird. Wenn der nachfolgende Impuls die gleiche Kraftstoffmasse wie der vorhergehende Impuls ergeben soll, kann eine reduzierte angewiesene Impulsbreite eingegeben werden, um die gewünschte Masse zu erhalten. Mit weiterem Bezug auf 2 und in Stelle 224 dargestellt, ergibt eine verkürzte angewiesene Impulsbreite FPW₂ von etwa 190 µs eine Kraftstoffmasse M₁ von etwa 2,5 mg, die der Masse des Ausgangsimpulses entspricht. Jede der Kurven 210, 212, 214, 216 und 218, die den Verweilzeiten von 1 ms, 1,5 ms, 2,0 ms, 2,5 ms, und 3,0 ms entsprechen, zeigen jeweils verschiedene Abweichungen vom Einspritzprofil 206 eines vorhergehenden Impulses, bedingt durch enge Abstände nach der anfänglichen Einspritzung, an.
Gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann die befohlene Impulsbreite FPW eines nachfolgenden Kraftstoffimpulses basierend auf mindestens einer der Kraftstoffmasse eines vorhergehenden Kraftstoffimpulses und einer Dauer seit dem vorhergehenden Impuls eingestellt werden. Insbesondere können die Profile der verschiedenen aufeinanderfolgenden Kraftstoffimpulse von 2 jeweils verschoben oder anderweitig so eingestellt werden, um eine bessere Anpassung an die Leistung eines vorhergehenden Kraftstoffimpulses zu ermöglichen. Diese Einstellung ermöglicht eine genauere Kraftstoffmassenabgabe nachfolgender Kraftstoffimpulse und ermöglicht es jedem einer Reihe von Impulsen, eine Soll-Kraftstoffmasse zu erreichen, während gleichzeitig in enger zeitlicher Nähe zueinander gezündet wird, was die Verbrennungseffizienz verbessert.
Unter Bezugnahme auf 3 zeigt die Kurve 300 ein erforderliches Schaltprofil für die befohlene Impulsbreite FPW eines nachfolgenden Impulses basierend auf der Verweilzeit seit dem vorhergehenden Impuls. Die horizontale Achse 302 stellt die Verweilzeit seit dem vorhergehenden ersten Impuls in Mikrosekunden (µs) dar, und die vertikale Achse 304 stellt die FPW-Verschiebung in µs dar, die zum Abgleichen der Verweileffekte und zum Erreichen einer passenden Einspritzmasse zum vorhergehenden ersten Impuls erforderlich ist. Die Kurve 306 stellt die Einstellung der Impulsdauer dar, die erforderlich ist, um die Verweilzeit seit dem vorhergehenden Impuls abzugleichen. Die angeführte exemplarische Kurve 306 entspricht einem einzelnen Kraftstoffdruck von ca. 12 MPa, wobei jedoch zu beachten ist, dass ein Bereich von Kurven vorhanden sein kann, der jeweils einem Bereich unterschiedlicher Kraftstoffdrücke entspricht. Unter Bezugnahme auf die Stelle 308 kann bei einer Verweilzeit von etwa 1.500 µs eine Reduzierung in der von der Basislinie vorgegebenen Impulsbreite um etwa 18 µs erforderlich sein. Aus der grafischen Darstellung 300 ist ersichtlich, dass bei kürzeren Verweilzeiten eine signifikantere Reduzierung der vorgegebenen Impulsbreite des zweiten Impulses erforderlich sein kann, um eine gleichmäßig eingespritzte Kraftstoffmasse zu erhalten. Im Gegensatz dazu sind bei einer Verweilzeit größer als ca. 3.000 µs die Auswirkungen auf den nachfolgenden Kraftstoffimpuls aufgrund der Verweilzeit vernachlässigbar gering, und es ist eine wesentliche Nullpunkteinstellung erforderlich. Im Allgemeinen gilt, je länger die Verweilzeit nach einer vorhergehenden Einspritzung, desto geringer ist der Einstellwert, damit die nachfolgende Einspritzung für eine bestimmte Öffnungszeit eine vorbestimmte Kraftstoffmasse liefert. Gemäß mindestens einem Beispiel wird die Dauer eines nachfolgenden Öffnungsimpulses in Reaktion auf eine Abnahme der Verweilzeit gegenüber dem vorhergehenden Impuls reduziert.
Unter Bezugnahme auf 4 zeigt die grafische Darstellung 400 ein erforderliches Schaltprofil für die befohlene Impulsbreite FPW eines nachfolgenden Impulses basierend auf der Verweilzeit des vorhergehenden Impulses. Die horizontale Achse 402 stellt die Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses in mg dar. Die vertikale Achse 404 stellt die FPW-Verschiebung in µs dar, die erforderlich ist, um die Kraftstoffmasseneffekte auszugleichen und eine gleichmäßige Einspritzmasse bezogen auf einen einzelnen Impuls zu erhalten. Die Kurve 406 stellt ein Einstellprofil für eine gewünschte Verweilzeit von 500 µs dar, wobei die Kurve 408 ein Einstellprofil für eine gewünschte Verweilzeit von 1.000 µs und die Kurve 410 ein Einstellprofil für eine gewünschte Verweilzeit von 1.500 µs darstellt. Es ist zu erkennen, dass, je größer die Masse des vorausgehenden ersten Impulses ist, desto mehr Ausgleich des nachfolgenden FPW-Befehls ist erforderlich, um eine genaue nachfolgende Impulsmasse zu erhalten. Zusätzlich werden größere gewünschte nachfolgende Impulse von der Kraftstoffmasse eines vorhergehenden Impulses weniger beeinflusst. Mit Bezug auf die Kurve 406 erfordert ein vorausgehender Impuls, der eine Kraftstoffmasse von ca. 7 mg liefert, ein Reduzieren der angewiesenen Impulsbreite des nachfolgenden Impulses um ca. 11 µs, um eine gewünschte Kraftstoffmasse zu erhalten. Im Allgemeinen gilt, je größer die Kraftstoffmasse der vorhergehenden Einspritzung ist, desto mehr Einstellungen sind für die nachfolgende Einspritzung erforderlich, um eine vorgegebene Kraftstoffmasse zu erreichen.
Die beiden abgeleiteten Einstellungen für die jeweilige Verweilzeit und die vorhergehende Kraftstoffmasse können kombiniert werden, um eine Steuerungsstrategie mit offenem Regelkreis anzuwenden, bei der eng beieinander liegende nachfolgende Impulse unter Berücksichtigung von Effekten aus vorangegangenen Impulsen angepasst werden. Eine derartige Strategie verringert signifikant den Fehler bei der Kraftstoffmassenabgabe, die mit einer eng beabstandeten Mehrfacheinspritzung von magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzdüsen verbunden ist. Gemäß mindestens einem Beispiel wird in einem Speicher der Steuerung eine Nachschlagtabelle gespeichert, die Einstellungen für nachfolgende Impulse beinhaltet, die eine Funktion der vorausgehenden Einspritz-Kraftstoffmenge und der Verweilzeit seit der vorausgehenden Einspritzung sind.
Unter Bezugnahme auf 5 zeigt die grafische Darstellung 500 ein Ergebnis durch das Einstellen eines nachfolgenden Kraftstoffimpulses in Abhängigkeit der jeweiligen vorherigen impulseingespritzten Kraftstoffmasse sowie der Verweilzeit seit dem vorangegangenen Impuls. 5 entspricht einer verbesserten eng beabstandeten Einspritzimpulsbedingung in Bezug auf die Betriebsbedingungen von 2, wie vorstehend erörtert. Kurve 206 verbleibt, wie vorstehend beschrieben, und stellt ein Profil einer einzelnen Einspritzung oder eines Basislinienimpulses dar. Jede der Kurven, welche die nachfolgenden Impulse darstellen, wurde jedoch so eingestellt, dass sie die Auswirkungen sowohl der Verweilzeit der vorhergehenden Einspritzung als auch der Kraftstoffmasse der vorhergehenden Einspritzung ausgleichen. Die Einstellung bewirkt eine deutliche Überlappung zwischen dem Verhaltensprofil eines einzelnen Einspritzimpulses und den Profilen der nachfolgenden Einspritzimpulse. Die Kurven 508, 510, 512, 514, 516 und 518 entsprechen den jeweiligen Verweilzeiten von 0,5 ms, 1 ms, 1,5 ms, 2,0 ms, 2,5 ms und 3,0 ms. Die Einstellungen der näher beieinander liegenden nachfolgenden Einspritzungen stellen eine wesentlich geringere Abweichung vom Einspritzprofil 206 des Ausgangsimpulses dar. Rückverweisend auf das vorhergehende Beispiel an der Stelle 220 führt die angewiesene Impulsbreite FPW₁ von etwa 260 µs Dauer zu einer eingespritzten Gesamtkraftstoffmasse M₁ von etwa 2,5 mg. Durch Anwenden der vorstehend beschriebenen Einstellungen für die Verweilzeit und die Kraftstoffmasse, liefern die nachfolgenden Impulse mit einer eingestellten angewiesenen Impulsbreite FPW₁ jeweils eine Kraftstoffmasse, die mit der des einzelnen Einspritzimpulses übereinstimmt.
6A bis 6C beschreiben jeweils Aspekte des Fehlers bei der Kraftstoffmassenabgabe vor und nach Anwenden von Einstellungen für die Auswirkungen sowohl der Verweilzeit der vorhergehenden Einspritzung als auch der Kraftstoffmasse der vorhergehenden Einspritzung. Unter Bezugnahme auf 6A stellt die grafische Darstellung 600 den Fehler dar, der sich aus einer nicht eingestellten Eingabe eines eng beabstandeten zweiten Kraftstoffeinspritzimpulses ergibt. Die horizontale Achse 602 stellt eine gewünschte Kraftstoffmasse des nachfolgenden zweiten Einspritzimpulses in mg dar, und die vertikale Achse 604 stellt eine prozentuale Abweichung einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse von einer gewünschten Kraftstoffmasse des nachfolgenden Einspritzimpulses dar. Die Grenzen 606 und 608 sind als Referenz abgebildet und stellen jeweils +10 % Fehler und -10 % Fehler dar. Aus der grafischen Darstellung 600 ist ersichtlich, dass die Fehlerwerte ohne Kompensation so bemessen sein können, dass eine Kraftstoffmenge eines eng beabstandeten zweiten Einspritzimpulses weitgehend unkontrolliert ist. Die Kurve 610 stellt ein Fehlerprofil dar, das einem nachfolgenden Kraftstoffeinspritzimpuls von 500 µs nach einem ersten 1 mg Impuls entspricht. In ähnlicher Weise stellt die Kurve 612 ein Fehlerprofil dar, das einem nachfolgenden Kraftstoffimpuls mit einer Verweilzeit von 0,5 µs nach einem vorhergehenden Impuls von 2 mg entspricht. So weisen beispielsweise die beiden Kurven 610 und 612 über 200 % Fehler auf, wenn ein nachfolgender Einspritzimpuls von 1,5 mg etwa an der Stelle 614 gewünscht wird. Eine derartige Fehlerhäufigkeit kann den Wirkungsgrad der Verbrennung beeinträchtigen.
Unter Bezugnahme auf 6B ist eine Kompensation der Verweilzeit möglich, da ein vorausgehender Impuls auf die angewiesene Impulsbreite FPW des nachfolgenden Einspritzimpulses angelegt wird. Die grafische Darstellung 620 verdeutlicht auch den prozentualen Fehler der abgegebenen Kraftstoffmasse und die Wirkung der Verweilzeitkompensation. Die Kurven 622, 624, 626, 628 und 630 stellen den Fehler eines eng beabstandeten zweiten Einspritzimpulses (z. B. Verweilzeit kleiner/gleich 500 µs) dar, wobei der vorausgehende erste Impuls Kraftstoffmassen von jeweils 1 mg, 2 mg, 3 mg, 4 mg und 9 mg geliefert hat. Die Stelle 632 stellt eine Verbesserung der Genauigkeit eines nahe beieinander liegenden nachfolgenden Einspritzimpulses durch Kompensation der Verweilzeit seit dem vorhergehenden Impuls dar. Es ist zu beachten, dass die Profile der einzelnen nachfolgenden Impulskurven zu einer Ordnung entsprechend der Masse des vorhergehenden Impulses führen (d. h. 9 mg weisen einen großen Fehler in positiver Richtung auf; 1 mg weist einen Fehler in negativer Richtung auf). Dieser Trend bezieht sich auf das Fehlen einer Kompensation der Masse des vorhergehenden Impulses. Unter Verwendung des gleichen Beispiels, wie vorstehend in Bezug auf 6A erläutert, ist zu erkennen, dass sich bei einer gewünschten Kraftstoffmasse von 1,5 mg der Fehler des nachfolgenden Impulses deutlich auf einen Bereich zwischen etwa +60 % Fehler und etwa -20 % Fehler verringert (d. h. etwa 80 % Gesamtfehler über einen Bereich von Massen des vorhergehenden Kraftstoffimpulses verteilt).
Unter Bezugnahme auf 6C wird zusätzlich zur Verweilzeitkompensation eine Kompensation für die Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses angewendet. Die grafische Darstellung 640 verdeutlicht auch den prozentualen Fehler der abgegebenen Kraftstoffmasse und die Wirkung der kombinierten Ausgleichsregelungen. Die Kurven 642, 644, 646, 648 und 650 stellen den Fehler eines eng beabstandeten (d. h. etwa 500 µs) nachfolgenden Einspritzimpulses dar, wobei der vorhergehende Impuls 1 mg, 2 mg, 3 mg, 4 mg und 9 mg entsprach. Die Stelle 652 stellt die weitere Verbesserung in der Genauigkeit des eng beabstandeten zweiten Einspritzimpulses bei Verwendung der Kompensation sowohl für die Verweilzeit als auch für die Kraftstoffmenge des vorhergehenden Impulses dar. Unter Verwendung des gleichen Beispiels, wie vorstehend in Bezug auf 6A 6B erläutert, ist zu erkennen, dass sich bei einer gewünschten Kraftstoffmasse von 1,5 mg der Fehler des zweiten Impulses deutlich weiter auf einen Bereich zwischen etwa +45 % Fehler und etwa -7 % Fehler verbessert (d. h. etwa 50 % Gesamtfehler über einen Bereich von Massen des vorhergehenden Kraftstoffimpulses verteilt). Es ist ferner zu beachten, dass die Profile der einzelnen nachfolgenden Impulskurven nicht mehr in der Reihenfolge der vorhergehenden Impuls-Kraftstoffmasse angeordnet sind, sobald die Massenkompensation angewendet wird. Während der Fehler unter dieser Bedingung beim Einsatz einer Steuerung mit offenem Regelkreis noch vorhanden ist, eignet sich die Verbesserung der Genauigkeit zur Verwendung einer zusätzlichen Mittenzentrierung unter Verwendung einer Rückkopplungssteuerungsstrategie mit geschlossenem Regelkreis, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Zusätzliche Betriebsfaktoren können die Genauigkeit und/oder Präzision nachfolgender, eng beieinander liegender Kraftstoffeinspritzimpulse beeinträchtigen. So kann beispielsweise die Veränderung der mechanischen und elektrischen Komponenten innerhalb jedes Einspritzventils erhebliche Schwankungen der Menge von Einspritzventil zu Einspritzventil (bei gleicher Ausführung/Modell der Einspritzventile) verursachen, auch bei Verwendung eines offenen Regelkreises. Die Einspritzmenge weist eine hohe Korrelation mit der Öffnungszeit der Einspritzung auf. Diese Beziehung trifft sowohl für Einzel- als auch für Mehrfacheinspritzszenarien zu. Es ist zu beachten, dass die Öffnungszeit für eine Einspritzung definiert ist als die Zeit, die der Kraftstoff tatsächlich durch das Einspritzventil strömt. Als solches kann eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis verwendet werden, um jede Einspritzung auf eine gewünschte Menge zu steuern, indem die Öffnungszeit der Einspritzung auf eine gewünschte Öffnungszeit gesteuert wird, die basierend auf einem Satz von Referenz-Einspritzventilen offline charakterisiert wird. Die Öffnungszeit wird durch Ändern des Impulsbreitenbefehls der Einspritzung gesteuert. Wie im Folgenden näher erläutert, wird die Öffnungszeit als Differenz zwischen der Schließzeit und der Öffnungsverzögerung jeder Einspritzung berechnet. Die Schließzeit kann für jede Einspritzung unter Verwendung der Restspannung des Einspritzventils gemessen werden. Die Öffnungsverzögerung kann jedoch unter allgemeinen Betriebsbedingungen nicht problemlos für jeden Einspritzimpuls gemessen werden. Als solches kann das Schätzen der Öffnungsverzögerung für jede Einspritzung die Fähigkeit zum Steuern in einem geschlossenen Regelkreis verbessern.
Die Öffnungsverzögerung einer Einspritzung wird durch die vorhergehende Einspritzung beeinflusst. Die Wirkung der vorhergehenden Einspritzung auf die Öffnungsverzögerung kann abhängig von der Verweilzeit und der vorhergehenden Einspritzmasse erfasst werden. Da die Öffnungsverzögerung für jede Einspritzung schwer zu messen ist, kann diese Funktion offline basierend auf einer Anzahl von Einspritzventilen kalibriert werden. Mit dieser Kalibrierung kann die Öffnungszeit in Echtzeit geschätzt und eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis angewendet werden.
Es ist zu beachten, dass die Impulsbreitenkompensation für die Vorsteuerung mit offenem Regelkreis mit der Änderung der Öffnungsverzögerung korreliert ist. Als solches ist es möglich, diese Kalibrierung zu verwenden, um die Änderung der Öffnungsverzögerung darzustellen, anstatt die Funktion der Öffnungsverzögerung getrennt zu kalibrieren. Es kann jedoch ein ausreichender Unterschied zwischen beiden vorliegen, sodass es wünschenswert sein kann, die Änderung der Öffnungsverzögerung als getrennte Steuerungskalibrierung festzulegen, um eine verbesserte Genauigkeit der Vorsteuerung mit geschlossenem Regelkreis zu erreichen. Die hierin erörterte Steuerungsmethodik kann Rückkopplungssignale, welche die Restspannung des Einspritzventils anzeigen, zum genauen Steuern sehr kleiner Impulsmengen (z. B. 1-2 mg) verwenden. Diese Steuerungsmethodik verbessert die Genauigkeit und Robustheit einer Vorsteuerungsstrategie. Eine verbesserte Genauigkeit und Robustheit ermöglichen die potenzielle Verwendung des 1-2 mg-Bereichs zum Verbessern der Verbrennungsleistung.
Die 7A bis 7D verdeutlichen die Wirkung einer verkürzten Öffnungszeit des nachfolgenden Einspritzimpulses. 7A ist eine grafische Darstellung der Kraftstoffmenge, die für einen vorhergehenden Impuls und einen zeitlich begrenzten nachfolgenden Impuls ohne Kompensation der Öffnungszeit geliefert wird. Die horizontale Achse 702 stellt eine angewiesene Kraftstoffimpulsbreite in µs dar. Die vertikale Achse 704 stellt die abgegebene Kraftstoffmasse in mg dar. Ein Kraftstoffmassenprofil eines Ausgangsimpulses wird durch die Kurve 706 dargestellt, und ein Profil für die Kraftstoffmasse eines zweiten eng beabstandeten Impulses wird durch die Kurve 708 dargestellt. Wie vorstehend erläutert, ergibt eine angewiesene Kraftstoffimpulsbreite FPW₁ etwa 2 mg vom vorausgehenden Impuls (z. B. Masse M₁ in der Nähe der Position 710), wobei der gleiche FPW₁ Befehl fast 6 mg aus dem nachfolgenden Impuls ergibt (z. B. Masse M₂ in der Nähe der Position 712).
7B entspricht den Kraftstoffimpulsen, die in 7A dargestellt sind, und beinhaltet die grafische Darstellung 720, welche die Öffnungsverzögerung eines Einspritzventils entsprechend der angewiesenen Impulsbreite darstellt. Die horizontale Achse 722 stellt eine angewiesene Kraftstoffimpulsbreite in µs dar, und die vertikale Achse 724 stellt die Öffnungsverzögerung des Einspritzventils in µs dar. Die Kurve 726 stellt die Reaktionszeit des vorhergehenden Impulses dar, und die Kurve 728 stellt die Reaktionszeit eines eng beabstandeten nachfolgenden Impulses dar. Wie vorstehend beschrieben, weist der nachfolgende Impuls eine schnellere Öffnungsreaktionszeit (d. h. geringere Öffnungsverzögerung) über den gesamten Bereich der angewiesenen Impulsbreiten gegenüber dem vorhergehenden Impuls auf. Darüber hinaus ist die Öffnungsverzögerung für alle Einspritzungen, mit Ausnahme derer mit kleinen Einspritzmengen (kleiner Impulsbreitenbefehl), weitgehend konstant.
Die Kompensation kann auf die angeforderte Impulsbreite FPW angewendet werden, um die Strömungskurve der nachfolgenden Einspritzung auf diejenige der vorhergehenden Einspritzung (z. B. 7C) zu verschieben. Unter erneuter Bezugnahme auf 7A kann für den eng beabstandeten zweiten Impuls ein eingestellter Kraftstoffimpulsbreitenbefehl FPW2 angewendet werden, um die gewünschte gleichmäßige Masse von 2 mg (z. B. Masse M₁ in der Nähe der Position 714) zu erhalten. In mindestens einem Beispiel kann durch das Ausgeben von FPW₁ gefolgt von FPW2, jeder Befehl mit unterschiedlichen Impulsbreiten zu einem ersten und zweiten Einspritzimpuls mit jeweils gleichmäßiger Masse führen.
Die Einstellung auf die angewiesene Kraftstoffimpulsbreite kann als Standardverschiebung auf den nachfolgenden Impulsbreitenbefehl angewendet werden. Unter Bezugnahme auf 7C verdeutlicht die grafische Darstellung 740 die Ergebnisse der Kraftstoffmasse einer Verschiebung des angewiesenen nachfolgenden Kraftstoffimpulses. Das Anwenden der Verschiebung auf den zweiten angewiesenen Impuls verringert die Differenz zwischen der Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses (d. h. Kurve 706) und des zweiten Impulses (d. h. Kurve 708'). Somit kann für nachfolgende Kraftstoffimpulse eine konstantere und vorhersehbarere Gesamtkraftstoffmasse erreicht werden. Die Verschiebung der angewiesenen Impulsbreite berücksichtigt jedoch nicht vollständig Abweichungen in den Unterschieden der Öffnungsreaktionszeit des nachfolgenden Kraftstoffimpulses. 7D entspricht 7C und stellt die Wirkung auf das Anwenden der gleichen Verschiebung der angewiesenen Impulsbreite auf die Öffnungsverzögerung dar. Die grafische Darstellung 760 zeigt an, dass eine Verschiebung des FPW-Befehls für eine vorhergehende Impulsmasse und Verweilzeit nicht die Differenz der Öffnungsreaktionszeit des nachfolgenden Impulses darstellt. Da die Steuerung im geschlossenen Regelkreis letztlich die Öffnungszeit des Einspritzimpulses steuert, führt die nicht erfasste Öffnungsverzögerung zu einer suboptimalen Steuerung im geschlossenen Regelkreis.
Das Ändern der Öffnungsreaktionszeit in Reaktion auf einen eng beabstandeten Betrieb wird unter Verwendung eines Offline-Prozesses erfasst, der nachfolgende Impulscharakteristiken als Funktion der Verweilzeit und der vorhergehenden Impulsbreite FPW (Menge) berücksichtigt. Unter Verwendung von gemessenen Kraftstoffdurchflussinformationen, zum Beispiel von einem Durchflussmesser, kann die tatsächliche Öffnungszeit direkt berechnet werden. Aus diesen Daten kann die Verschiebung der Öffnungsverzögerung durch die vorhergehende Einspritzmenge und Verweilzeit für nachfolgende Kraftstoffimpulse berechnet werden. In einem Beispiel kann ein Satz von Impuls-Sweep-Tests verwendet werden, um die vollständige Beziehung der Öffnungsverzögerung als Funktion der Verweilzeit und der vorausgehenden angewiesenen Impulsbreite festzulegen. Insbesondere kann für einen gegebenen Kraftstoffversorgungsdruck jede der Verweil- und Voreinspritzmenge (d. h. FPW₁) innerhalb eines bekannten Betriebsbereichs festgelegt werden. Anschließend kann der Befehl für die nachfolgende Impulsbreite (d. h. FPW₂) über den entsprechenden Betriebsbereich hinaus gewischt werden. Da der zweite Impulsbreitenbefehl indiziert wird, können Daten zur Kraftstoffdurchflussmenge aufgezeichnet werden. Dieser Vorgang kann dann für bekannte Kombinationen aus Verweilzeit und vorhergehender Einspritzmenge wiederholt werden. Anschließend werden die Daten verarbeitet, um die Öffnungsverzögerung als Funktion von Verweilzeit und vorhergehender Einspritzmenge zu ermitteln. Es sollte beachtet werden, dass die gleichen während dieses Kalibriervorgangs erfassten Daten sowohl für die Vorwärts- als auch die Öffnungsverzögerungskalibrierung des Einspritzventils verwendet werden können.
8 verdeutlicht die grafische Darstellung 800, die eine dreidimensionale Reaktionsfläche 808 aufweist, die einen Ausgang der vorstehend beschriebenen Kalibriertechnik darstellt. Die erste horizontale Achse 802 stellt die Verweilzeit nach dem vorhergehenden Einspritzimpuls in µs dar. Die zweite horizontale Achse 804 stellt die angewiesene Impulsbreite des ersten Einspritzimpulses in µs dar (analog zur Einspritzmasse des ersten Impulses). Die vertikale Achse 806 stellt die Differenz zwischen der tatsächlichen Öffnungsverzögerung eines eng benachbarten nachfolgenden Impulses und der Öffnungsverzögerung des vorausgehenden Einspritzimpulses dar. Der Unterschied in der Öffnungsverzögerung ist ausreichend, um eine signifikante Überkompensierung bei sehr kleinen Einspritzmengen durch eine Steuerungskalibrierung im geschlossenen Regelkreis basierend auf Impulsgröße und Verweilzeit zu bewirken. Somit kann die Korrelation einer einzelnen Einstellung, die nur auf der Impulsgröße und der Verweilzeit basiert, einen signifikanten Fehler über einen Bereich von Ausgangsimpulsgrößen hinweg auslösen.
beinhaltet die grafische Darstellung 900, welche die Betriebscharakteristiken eines Bezugsmusters eines Basislinienimpulses des Kraftstoffeinspritzventils zeigt. Die horizontale Achse 902 stellt die Zeit dar und die vertikale Achse 904 stellt das Vorliegen eines Steuersignals und einer nachfolgenden Einspritzreaktion dar. Ein FPW-Befehl 906 ist vorgesehen, um als Reaktion eine Kraftstoffmasse 908 (z. B. 2 mg) durch das Einspritzventil zu leiten. Eine Referenzöffnungsverzögerung OD_Ref 910 stellt eine Verzögerung vom Auslösen des FPW-Befehls 906 und dem tatsächlichen Öffnen des Magnetventils dar. In ähnlicher Weise stellt eine Referenzschließzeit CT_Ref 912 die Zeitdauer zwischen dem Auslösen des FPW-Befehls 906 und dem tatsächlichen Schließen des Magnetventils am Ende des Kraftstoffimpulses dar. Die Öffnungszeit OT des Kraftstoffimpulses ist durch die Gleichung 1 nachstehend gekennzeichnet. $O T_{R e f} = C T_{R e f} - O D_{R e f}$
Wie vorstehend erläutert, werden zum Erreichen eines eng beabstandeten nachfolgenden Kraftstoffimpulses mit einer vorhersehbaren Kraftstoffmasse die Eigenschaften des angewiesenen nachfolgenden Kraftstoffimpulses basierend auf der Verweilzeit seit dem vorhergehenden Impuls und der Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses eingestellt. 9B beinhaltet die grafische Darstellung 920, die einen eng beabstandeten nachfolgenden Kraftstoffimpuls darstellt. Die tatsächliche Öffnungsverzögerung OD_Act 930 des Einspritzventils bei gegebener Betriebsbedingung kann sowohl auf der vorher beschriebenen vorgegebenen Kalibrierung als auch auf dem Echtzeit-OD basierend auf den Betriebsbedingungen beruhen. Wenn die Verweilzeit 924 ausreichend kurz ist (z. B. weniger als ca. 1000 µs), ist ein umfassenderes Einstellen des nachfolgenden Impuls-FPW-Befehls 926 erforderlich, um eine vorhersagbare Kraftstoffmasse 928 zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verringert sich die Zeitdauer 934 zwischen dem Schließen des ersten Kraftstoffimpulses 908 und dem Beginn des nachfolgenden Impuls-FPW-Befehls 926, um Änderungen der tatsächlichen Öffnungsverzögerung OD_Act 930 zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann trotz der Änderung des Verhaltens des Einspritz-Magnetventils eine gewünschte Verweilzeit 924 erreicht werden. Jede Abhängigkeit der OD zur vorhergehenden Einspritzung wird als Funktion der Verweilzeit und vorhergehenden Menge erfasst und in der Rückkopplungssteuerung in ähnlicher Weise wie die Vorwärtsimpulsbreitenkompensation verwendet. Die Steuerung im geschlossenen Regelkreis erfolgt durch Einstellen der Impulsbreite des auf einem bestimmten Einspritzventil zu steuernden Impulses, basierend auf dem erlernten Vorgängerverhalten desselben Einspritzventils. In mindestens einem Beispiel ist die Steuerung programmiert, um eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis zum Einstellen eines Parameters für einen nachfolgenden Impuls basierend auf den Rückmeldedaten, die eine tatsächliche Öffnungsverzögerung von mindestens einem vorherigen nachfolgenden Impuls desselben Kraftstoffeinspritzventils darstellen, anzuwenden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der FPW-Befehl 926 des nachfolgenden Impulses in der Dauer modifiziert, um die tatsächliche Öffnungszeit zu steuern OT_Act (d. h. OT_Act = CT_Act - OD_Act). Der FPW-Befehl des nachfolgenden Kraftstoffimpulses wird so lange eingestellt, bis der OT_Act im Wesentlichen dem gewünschten OT_Ref entspricht. In den Beispielen von 9A und 9B ergeben die gewünschten Kraftstoffimpulse eine gleichmäßige Kraftstoffmasse von 2 mg. Es sollte jedoch beachtet werden, dass unterschiedliche Kraftstoffmassenmengen in ungleichmäßiger Weise geliefert werden können, sodass nachfolgende Kraftstoffimpulse mehr oder weniger Kraftstoffmasse zum Verbessern der Verbrennungseigenschaften bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf 10 zeigt die grafische Darstellung 1000 einen exemplarischen Kraftstoffmassenfehler für eine zweite Einspritzung basierend auf einer Verweilzeit von 500 µs. Ähnlich wie bei den vorhergehenden Fehlerdarstellungen verdeutlicht die horizontale Achse 1002 eine gewünschte Kraftstoffmasse des nachfolgenden zweiten Einspritzimpulses in mg, und die vertikale Achse 1004 verdeutlicht eine prozentuale Abweichung einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse von der gewünschten Kraftstoffmasse des nachfolgenden Einspritzimpulses. Die Grenzen 1006 und 1008 sind als Referenz abgebildet und stellen jeweils +10 % Fehler und -10 % Fehler dar. Die Kurven 1022, 1024, 1026, 1028 und 1030 stellen den Fehler eines eng beabstandeten zweiten Einspritzimpulses (z. B. etwa 500 µs Verweilzeit) dar, wobei der vorausgehende erste Impuls Kraftstoffmassen von jeweils 1 mg, 2 mg, 3 mg, 4 mg und 10 mg geliefert hat. Aus der grafischen Darstellung 1000 ist ersichtlich, dass zusätzlich zu den bereits erläuterten Einstellungen der offenen Regelkreise für die Kraftstoffmasse und die Verweilzeit der vorhergehenden Einspritzung durch das Einstellen von FPW-Befehlen zum Korrigieren der Öffnungszeit im geschlossenen Regelkreis der Kraftstoffmassenfehler und die Verweilzeit der vorhergehenden Einspritzung im Vergleich zu vorherigen Beispielen weiter verringert wird. Als Vergleich zum vorgenannten Beispiel in Bezug auf die 6A bis 6C stellt 10 dar, dass für eine gewünschte Kraftstoffmasse von 1,5 mg der Fehler des zweiten Impulses weiter auf einen Bereich zwischen etwa +24 % Fehler und etwa -8 % Fehler verringert wird (d. h. etwa 32 % Fehler, der sich über einen Bereich von Massen des 1. Kraftstoffimpulses verteilt).
Die vorstehend erläuterten Techniken beinhalten das Anwenden vorgegebener Kalibrierungen basierend auf einer Population (z. B. Vorwärtsimpulsbreitenkompensation und Ändern der Öffnungsverzögerung) mit Rückkopplungssteuerung, um eine stabile Messung für eine Population von Kraftstoffeinspritzventilen zu ermöglichen. Auch in diesem Szenario besteht eine Herausforderung mit den vorstehend beschriebenen Steuerungen darin, dass die Rückkopplungssteuerung möglicherweise immer noch die Ergebnisse der einzelnen Einspritzventile und die Ergebnisse der Kraftstoffmassenverlagerung von einzelnen Einspritzventilen, die von der größeren Population abweichen, überkompensiert. Insbesondere, und, wie bereits erwähnt, wird ein Durchschnitt ΔOD (basierend auf einer Population von Einspritzventilen) offline als Funktion der Verweilzeit und des vorausgehenden FPW (der analog zur Einspritzmenge sein kann) erfasst. Der Unterschied zwischen jedem einzelnen Einspritzventil und dem kalibrierten Mittelwert kann bei einigen Verweilzeiten und vorherigen Einspritzmengen bis zu 10 µs oder mehr betragen. Darüber hinaus kann die Öffnungsverzögerung OD bei kleinen Massenmengen ballistisch variieren, was zu Unsicherheiten bezüglich der Einstellmenge führt. Das heißt, die Öffnungsverzögerung ist eine nichtlineare Funktion des FPW bei kleinen Mengen. Somit können die offline kalibrierten ΔOD Werte nicht für jedes einzelne Einspritzventil präzise sein. Zusätzlich variiert das Öffnungsverhalten des Einspritzventils nichtlinear bei sehr kleinen Einspritzungen (z. B. 1-2 mg Bereich, was bei Mehrfachimpulsen wünschenswert sein kann). Diese Nichtlinearität vergrößert diesen Unterschied in den kleinen Mengenbereichen und kann zu einer Überkompensation der Rückführsteuerung im geschlossenen Regelkreis führen. Obwohl für ΔOD eine vorgegebene Verschiebung angewendet wird, kann die Öffnungszeit im Kleinmengen-FPW-Bereich stark variieren.
Die für den nichtlinearen Bereich erforderliche Höhe der Kompensation kann sehr ähnlich sein wie die erforderliche Kompensation für benachbarte lineare Bereiche außerhalb des nichtlinearen Kraftstoffimpulsverhaltens. Eine verbesserte Robustheit der Kraftstoffeinspritzsteuerung wird dadurch erreicht, dass die aus diesen anderen Bereichen der Kraftstoffmasse gewonnene Kompensation nicht direkt im nichtlinearen Bereich, sondern auf die sehr geringen Kraftstoffmassen angewendet wird. Somit kann beim Anwenden der Öffnungszeitverschiebung eine Einstellung unter Verwendung von Einstellparametern basierend auf benachbarte, stabilere Betriebsbereiche durchgeführt werden, anstatt Rückkopplungen aus instabileren kleinen Mengenbereichen zu nutzen.
Bezugnehmend auf 11 veranschaulicht die grafische Darstellung 1100 das Verzögerungsverhalten der Einspritzventilöffnung OD als Funktion des FPW-Befehls, der vorherigen Einspritzkraftstoffmasse und der Verweilzeit. Die horizontale Achse 1102 stellt den FPW-Befehl in µs dar. Die vertikale Achse 1104 stellt ΔOT dar, das heißt der Unterschied zwischen der tatsächlichen Öffnungszeit und der Öffnungszeit der Basislinienkalibrierung in µs. Die Kurve 1106 stellt eine OD als Funktion des FPW-Befehls für einen einzelnen Einspritzfall dar. Die Kurven 1108, 1110, 1112 und 1114 stellen jeweils einen OD für jeden der jeweils 1 mg, 2 mg, 3 mg, und 4 mg vorausgehenden Impulse dar. Es ist zu beachten, dass eine künstliche Verschiebung von 65µs, 75µs, 75µs und 80µs auf die Kurven 1108, 1110, 1112 und 1114 angewendet wurde, um eine bessere Ausrichtung dieser Kurven mit der einzelnen Einspritzkurve 1106 im Vergleich zu ermöglichen. Zum veranschaulichenden Vergleich wurde allen nachfolgenden Impulsen eine Verweilzeit von 500 µs seit dem vorhergehenden Impuls vorangestellt (obwohl zu beachten ist, dass für jeden der verschiedenen Bereiche der Verweilzeiten ein anderer Satz von Kurven existiert). Die grafische Darstellung 1100 zeigt, dass die Unterschiede in der Öffnungsverzögerung des Einspritzventils OD zwischen der einzelnen Einspritzung und den nachfolgenden Einspritzungen der verschiedenen Mengen bei kleineren Einspritzmengen (kleinere FPW) größer sind. Insbesondere kann ein exemplarischer Kraftstoffimpulsbefehl FPW₃ einer gewünschten Kraftstoffmasse von etwa 2 mg entsprechen. FPW-Befehle, die einer Kraftstoffmasse kleiner als ein Schwellwert der Kraftstoffmasse entsprechen (z. B. FPW₃, etwa 2 mg), weisen aufgrund von Änderungen der Öffnungsverzögerung ODeine erhöhte Schwankung auf. Diese Schwankungen führen dazu, dass andere Abschnitte des Steueralgorithmus überkompensiert werden, wodurch die Genauigkeit der Einspritzimpulse verringert wird.
Unter Bezugnahme auf 12 verdeutlicht die grafische Darstellung 1200 die Wirkung der Überkompensation auf den Kraftstoffmassenfehler durch Anwenden einer Rückführsteuerung für die Öffnungsverzögerung über den gesamten Bereich der Kraftstoffeinspritzmasse. Die horizontale Achse 1202 stellt eine gewünschte Kraftstoffmasse des nachfolgenden zweiten Einspritzimpulses in mg dar, und die vertikale Achse 1204 stellt eine prozentuale Abweichung einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse von einer gewünschten Kraftstoffmasse des nachfolgenden Einspritzimpulses dar. Die Grenzen 1206 und 1208 sind als Referenz abgebildet und stellen jeweils +10 % Fehler und -10 % Fehler dar. Die Kurven 1222, 1224, 1226, 1228 und 1230 stellen den Fehler eines eng benachbarten (z. B. Verweilzeit kleiner/gleich 500 µs) eines nachfolgenden Einspritzimpulses dar, wobei der vorausgehende Impuls Kraftstoffmassen von jeweils 1 mg, 2 mg, 3 mg, 4 mg und 9 mg geliefert hat. Die Fehlerprofile der grafischen Kurven entsprechen der Anwendung der FPW-Befehlskompensation für Kraftstoffmenge, Verweilzeit, Vorwärtsöffnungsverzögerung und Rückführungs-Öffnungsverzögerung, ohne besondere Berücksichtigung kleiner Mengen von Impulsen. Die grafische Darstellung 1200 zeigt, dass die Gesamtausbreitung der Fehlerwerte über den Bereich der Einspritzpuls-Kraftstoffmasse deutlich verringert ist. Aufgrund der Überkompensation in kleinen Mengenbereichen bleibt jedoch ein signifikanter Fehler bestehen. Während die Präzision verbessert ist, leidet die Genauigkeit der Kraftstoffmassenlieferung in den kleinen Mengenbereichen, die sich auf die Nichtlinearität der Schwankung von OD beziehen. In Anbetracht des Beispiels von 1,5 mg erwünschter Kraftstoffmasse an etwa der Stelle 12321 und, wie in der vorstehenden Darstellung bezüglich des Fehlers erläutert, ist zu erkennen, dass das Steuerschema nach 12 einem Fehlerbereich von ca. +20 % bis +40 % in Abhängigkeit der Masse des vorhergehenden Einspritzimpulses entspricht.
Unter erneuter Bezugnahme auf 11 ist die Kraftstoffeinspritzsteuerung robuster in den Kraftstoffmassenbereichen größer als etwa 2 mg (z. B. entsprechend FPW3), was eine im Allgemeinen konstante OD Einstellung über einen weiten Bereich von FPW-Befehlsbreiten ermöglicht. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Steueralgorithmus eine Kompensation für die Einspritzkraftstoffmasse in ballistischen Bereichen (z. B. Kraftstoffmassenmengen unter etwa 2 mg) beinhalten, die auf Kompensationswerten für den benachbarten Kraftstoffmassenbereich basieren, der stabiler ist (z. B. durch Einstellen des Steuersignals basierend auf dem 2-3 mg-Kraftstoffmassenbereich). Die Anwendung der ΔOD Kompensation, die aus benachbarten stabilen Kraftstoffmassenbereichen auf nachfolgende Kraftstoffimpulse mit einer Kraftstoffmasse unter einem Schwellenwert gelernt wurde, kann die Wirkung von Überkompensationen in Bezug auf nichtlineare Abweichungsbereiche entfernen. Gemäß einem Beispiel wendet der Steueralgorithmus eine Rückkopplungs-Steuerbefehlskompensation für das Öffnungsverhalten aus dem stabileren 2-3 mg-Bereich auf den gesamten ballistischen Bereich an.
Vergleichsweise stellen 13A und 13B die Wirkung einer Kompensation basierend auf einem Kraftstoffimpulsbereich dar, der eine geringere Stabilität aufweist und an ballistische Bereiche angrenzt. Die grafische Darstellung 1300 zeigt die abgegebene Kraftstoffmenge im Vergleich zur unkompensierten angewiesenen Impulsbreite. Die grafische Darstellung 1320 zeigt die abgegebene Kraftstoffmenge im Vergleich zur angewiesenen Impulsbreite unter Berücksichtigung der Öffnungszeitkompensation in ballistischen Bereichen basierend auf Werten aus einem angrenzenden nicht ballistischen Bereich. Die horizontale Achsen 1302 stellen die angewiesene Impulsbreite (FPW) des nachfolgenden Kraftstoffimpulses in µs dar. Die vertikalen Achsen 1304 stellen die gewünschte Kraftstoffmenge des nachfolgenden Einspritzimpulses in mg dar. Die Kurve 1306 stellt einen anfänglichen Einspritzimpuls dar. Die Kurven 1308, 1310, 1312 und 1314 stellen eng benachbarte (z. B. Verweilzeit kleiner/gleich 500 µs) nachfolgende Einspritzimpulse dar, wobei der vorhergehende Impuls Kraftstoffmassen von 1 mg, 2 mg, 3 mg, und 4 mg geliefert hat.
Wie aus der grafischen Darstellung 1300 ersichtlich und vorstehend erörtert, erfordern nachfolgende eng benachbarte Kraftstoffimpulse signifikant andere FPW-Befehle zum Erreichen der gewünschten Kraftstoffmassen als der Ausgangsimpuls. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist eine Einstellung für die reduzierte Öffnungsverzögerung von nachfolgenden Impulsen basierend auf einem Wert angewendet, der vom stabileren Abschnitt des ballistischen Bereiches 1332 abgeleitet wird. Im dargestellten Beispiel wird eine Einstellung entsprechend FPW₄, die etwa 2 mg ergibt, über den ballistischen Bereich von FPW-Befehlen kleiner als FPW₄ angewendet. Die Kurven 1322, 1324, 1326 und 1328 stellen eng benachbarte (z. B. Verweilzeit kleiner/gleich 500 µs) nachfolgende Einspritzimpulse dar, wobei der vorhergehende Impuls Kraftstoffmassen von 1 mg, 2 mg, 3 mg, und 4 mg geliefert hat. Die Kurven werden unter besonderer Berücksichtigung der kleinen Mengenimpulsbereiche eingestellt. Die Einstellung bewirkt den höchsten Grad der Konvergenz in etwa bei Position 1330. Gleichzeitig bewirkt die Anwendung der gleichen Einstellung im kleinen Mengenbereich auch eine Konvergenz in etwa bei Position 1334. Im Beispiel von 13B wird der Kraftstofffehler zwischen dem anfänglichen Impuls und den nachfolgenden Impulsen, die dem Befehl FPW₅ zugeordnet sind, auf weniger als etwa 0,3 mg reduziert. Erfindungsgemäß ist die Steuerung programmiert, um in Reaktion auf eine Soll-Kraftstoffmasse des nachfolgenden Impulses, die kleiner als ein Massenschwellenwert ist, eine Einstellung auf einen Parameter des nachfolgenden Impulses basierend auf einem Bereich der Kraftstoffmasse vorzunehmen, der größer als der Massenschwellenwert ist.
Die grafische Darstellung 1400 verdeutlicht die Fehlerausgabe, die sich aus der Kombination der einzelnen Strategien zur Kraftstoffeinspritzung ergibt. Die dargestellten Fehlerprofile entsprechen der Anwendung der FPW-Befehlskompensation für Kraftstoffmenge, Verweilzeit, Vorwärtsöffnungsverzögerung, Rückführungs-Öffnungsverzögerung sowie der besonderen Berücksichtigung kleiner Mengen von Impulsen, die kleiner als ein Schwellwert für die Kraftstoffmasse sind. Das heißt, die erlernte OD Einstellung für bestimmte kleine Mengen wird ignoriert, um dann durch erlernte OD Einstellungen ersetzt zu werden, die benachbarten stabileren Bereichen der Kraftstoffmasse entsprechen. Die horizontale Achse 1402 stellt eine gewünschte Kraftstoffmasse des nachfolgenden zweiten Einspritzimpulses in mg dar, und die vertikale Achse 1404 stellt eine prozentuale Abweichung einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse von einer gewünschten Kraftstoffmasse des nachfolgenden Einspritzimpulses dar. Die Grenzen 1406 und 1408 sind als Referenz abgebildet und stellen jeweils +10 % Fehler und -10 % Fehler dar. Die Kurven 1422, 1424, 1426, 1428 und 1430 stellen den Fehler eines eng benachbarten (z. B. Verweilzeit von etwa 0,5 ms oder weniger) eines nachfolgenden Einspritzimpulses dar, wobei der vorausgehende Impuls Kraftstoffmassen von jeweils 1 mg, 2 mg, 3 mg, 4 mg und 9 mg geliefert hat. Die grafische Darstellung 1400 zeigt, dass die Gesamtausbreitung der Fehlerwerte über den Bereich der Einspritzpuls-Kraftstoffmasse deutlich verringert ist sowie eine verbesserte Genauigkeit in kleinen Mengen von Kraftstoffmassenbereichen. In Anbetracht des Beispiels von 1,5 mg erwünschter Kraftstoffmasse wie in der vorliegenden Offenbarung bezüglich des Fehlers erläutert, ist zu erkennen, dass das Steuerschema nach 14 einem Fehlerbereich von ca. +12 % bis -10 % (d. h. etwa 22 % Gesamtfehler über einen Massenbereich des vorhergehenden Kraftstoffimpulses verteilt) in Abhängigkeit der Masse des vorhergehenden Einspritzimpulses entspricht. Die verbesserte Genauigkeit erhöht die Fähigkeit, einzelne schnelle Kraftstoffimpulse auch bei sehr kleinen Mengen sicher und präzise zu steuern.
Während die vorliegende Offenbarung beabstandete Steuerung des Kraftstoffimpulses im Kontext eines „ersten“ Impulses und eines nachfolgenden Impulses dargestellt, so versteht es sich, dass das beschriebene Verfahren auch auf alle nachfolgenden Impulse angewendet werden kann. So kann beispielsweise ein dritter Impuls als „zweiter“ Impuls zum eigentlichen zweiten Impuls angesehen werden. Kalibrierungen, die als Funktion der Anzahl der vorhergehenden Impulse und der Verweilzeit entwickelt werden, können somit auch später noch auf nachfolgende Impulse übertragen werden. Es versteht sich ferner, dass ein Impuls innerhalb einer Reihe von Einspritzimpulsen durch Wechselwirkungen einer oder mehrerer vorhergehender Einspritzungen beeinflusst werden kann. Die Kalibrierungsdaten und der gespeicherte Algorithmus können daher mit den hierin erläuterten Techniken umfangreicher sein und eine größere Anzahl von Impulsen innerhalb einer Reihe berücksichtigen.
Es ist ferner in Betracht gezogen, dass die Technik der Verwendung mehrerer eng beabstandeter Einspritzereignisse zum Steuern der Sprühdurchdringung auf jede Art von schnell zyklischen Fluid-Sprühdüsen angewendet werden kann, die zum Sprühen von Flüssigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, die sich nicht nur auf Verbrennungskammern von Motoren beschränken. Mehrere aufeinanderfolgende Einspritzungen können in zahlreichen Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf Harnstoffeinspritzung, die für das selektive katalytische Reduktions (SCR)-Dieselsystem, Spritzlackierung und andere Abgaben von flüssigen Medikamenten verwendet wird.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können von einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, der jede vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann, bereitgestellt und/oder implementiert werden. Desgleichen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten oder ausführbare Anweisungen durch eine Steuerung oder einen Computer in vielfältiger Weise gespeichert werden, darunter ohne Einschränkung die dauerhafte Speicherung auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie einem ROM, und als änderbare Information auf beschreibbaren Speichermedien, wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM sowie anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem softwareausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise mit geeigneten Hardwarekomponenten, wie beispielsweise anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate Arrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware, Software und Firmwarekomponenten verkörpert werden.

Claims

Fluidabgabesystem, umfassend: ein Magnetventil, das dazu konfiguriert ist, einen Ventilzapfen selektiv anzuheben, damit ein unter Druck stehendes Fluid durch das Ventil strömen kann; eine Energiequelle, um Energie zum Aktivieren der Magnetspule zu liefern; eine Steuerung, die programmiert ist, um Befehle zum Betätigen der Magnetspule auszuführen, um eine Reihe von aufeinanderfolgenden Fluidimpulsen zu verursachen, worin eine befohlene Öffnungsverzögerung eines nachfolgenden Impulses der Reihe von aufeinanderfolgenden Impulsen basierend auf mindestens einer von einer Verweilzeit seit einem vorhergehenden Impuls, einer Kraftstoffmasse des vorhergehenden Impulses und einer Öffnungsverzögerung des vorhergehenden Impulses eingestellt ist, worin die Steuerung ferner programmiert ist, um in Reaktion auf eine Soll-Fluidmasse des nachfolgenden Impulses, die kleiner als ein Massenschwellwert ist, eine Einstellung eines Impulsbreitenbefehls des nachfolgenden Impulses basierend auf einem Bereich der Kraftstoffmasse vorzunehmen, der größer als der Massenschwellwert ist.
Fluidabgabesystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner programmiert ist, eine befohlene Dauer des nachfolgenden Impulses in Reaktion auf eine Verweilzeit, die dem vorhergehenden Impuls folgt, zu modifizieren, die kleiner als der Schwellenwert für die Verweilzeit ist.
Fluidabgabesystem nach Anspruch 1, worin ein Impulsbreitenbefehl der nachfolgenden Impulsbreite in Reaktion auf eine Verringerung der Verweilzeit seit dem vorhergehenden Impuls reduziert wird.
Fluidabgabesystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner programmiert ist, um eine Rückführsteuerung mit geschlossenem Regelkreis anzuwenden, um einen Parameter des nachfolgenden Impulses basierend auf Rückmeldedaten, die eine tatsächliche Öffnungszeit von mindestens einem vorherigen nachfolgenden Impuls des Ventils darstellen, einzustellen.
Fluidabgabesystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner programmiert ist, um eine befohlene Impulsbreite des nachfolgenden Impulses von einem Soll-Impulsdauerwert ausgehend von mindestens einem Wert einer Öffnungsdauer des vorhergehenden Impulses und einer Verweilzeit seit dem vorhergehenden Impuls einzustellen.
Fluidabgabesystem nach Anspruch 1, worin eine erste Fluidmasse des vorhergehenden Impulses und eine zweite Fluidmasse des nachfolgenden Impulses die Summe einer vorbestimmten gesamten Soll-Kraftstoffmasse ist.
Fahrzeug mit einem Fluidabgabesystem nach Anspruch 1.