DE102017200204A1

DE102017200204A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Kraftstoffinjektors

Info

Publication number: DE102017200204A1
Application number: DE102017200204.2A
Authority: DE
Inventors: Oezguer Tuerker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Kraftstoffinjektors, der zur Einspritzung von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, mit einem Magnetventil als Schaltventil, das eine Magnetspule und einen mittels Bestromung der Magnetspule zur Freigabe einer Durchflussöffnung für Kraftstoff anhebbaren Magnetanker aufweist, wobei für eine reguläre Ansteuerung des Magnetventils die Magnetspule zum Anheben des Magnetankers mit einem Anzugsstrom und anschließend mit einem Haltestrom der geringer als der Anzugsstrom ist, bestromt wird und ein für einen Druck in einem Ventilraum des Magnetventils repräsentatives Signal (U) erfasst wird, wobei zur Überprüfung des Magnetventils zeitweise eine Ansteuerung des Magnetventils mit gegenüber der regulären Ansteuerung erhöhtem Anzugsstrom vorgenommen und das für den Druck in dem Ventilraum (140) des Magnetventils (100) repräsentative Signal (U) als Vergleichsverlauf erfasst wird, und wobei, wenn ein Verlauf des Signals (U) bei regulärer Ansteuerung hinsichtlich wenigstens eines Kriteriums um mehr als einen jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Vergleichsverlauf abweicht, auf einen Fehler bei einer Ermittlung eines Öffnungszeitpunktes des Kraftstoffinjektors geschlossen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen fördern Kraftstoff vom Tank bis in die Brennkammer der Brennkraftmaschine. Mittels Kraftstoffinjektoren wird dabei Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt.
Solche Kraftstoffinjektoren können dabei ein Magnetventil aufweisen, bei dem eine Magnetspule bestromt wird, um einen Magnetanker anzuheben und dabei eine Durchlassöffnung für Kraftstoff freizugeben. An der Einstellung eines Ankerhubs können dabei viele Bauteile des Magnetventils beteiligt sein. Der Ankerhub wird zudem durch die Kraftstofftemperatur und den Kraftstoffdruck beeinflusst.
In der DE 10 2010 027 989 A1 werden Kraftstoffsysteme beschrieben, bei denen Einspritzventile zur Verkürzung von Schaltzeiten in einer ersten Phase (Boost-Phase) ihrer Ansteuerung an eine Boost-Spannung geschaltet werden, so dass sich ein besonders hoher erster Strom in einer Magnetspule zum einmaligen Erreichen eines Höchstwertes einstellt. Die Boost-Phase kennzeichnet zumeist den Beginn einer Ankerbewegung, also eine Anfangsbeschleunigung des Ankers. Die Boost-Spannung wird bspw. aus einem Gleichspannungswandler aus einer Fahrzeugbatterie erzeugt und kann somit wesentlich höher als die Batteriespannung sein, so dass ein entsprechend höherer erster Strom in der Spule fließt. Dadurch kann ein Anker des Magnetventils stärker beschleunigt werden. Die Boost-Spannung wird in einem sogenannten Boost-Kondensator zwischengespeichert. In einer unmittelbar auf den ersten Stromanstieg folgenden Phase der Ansteuerung (Anzugsphase) wird die Spule an die gegenüber der Boost-Spannung kleinere Batteriespannung geschaltet, um eine restliche Ankerbewegung auszuführen. Die Anzugsphase sorgt für die Ankerbewegung ungefähr bis zum Erreichen eines maximalen Ankerhubs. In der Regel schließt sich an die Anzugsphase eine dritte Phase (Haltephase) an. Dabei wird die Spule mit einem weiteren und gegenüber den ersten beiden Phasen kleineren Strom betrieben. Zur Ansteuerung in der Haltephase wird aber auch die Batteriespannung verwendet. Die Haltephase sorgt dafür, dass der Anker in etwa bei einem konstanten Hub verbleibt.
Die DE 10 2010 000 827 A1 beschreibt beispielsweise einen Kraftstoffinjektor mit von einer Düsennadel gesteuerten Einspritzdüsen und einem mit einer Hoch- und Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors kommunizierenden Ventilraum, der mit einer Steuerventilanordnung zwischen einem Schließdruck und einem Öffnungsdruck umsteuerbar ist. Dem Ventilraum ist ein Kraft- oder Drucksensor zugeordnet, der charakteristische Druckänderungen beim Schließen und Öffnen erfasst. Dieser Sensor wird auch als Needle Closing Sensor (NCS-Sensor) bezeichnet. Das mit diesem Sensor durchgeführte Verfahren wird als Needle Closing Control (NCC) bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird die Erkenntnis genutzt, dass sich der Ventilraumdruck zu Beginn und am Ende der Einspritzphase des Kraftstoffinjektors signifikant ändert.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Überprüfung eines Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors zur Einspritzung von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einem Magnetventil als Schaltventil, das eine Magnetspule und einen mittels Bestromung der Magnetspule zur Freigabe einer Durchflussöffnung für Kraftstoff anhebbaren Magnetanker aufweist. Das Magnetventil kann dabei druckausgeglichen ausgebildet sein. Dabei wird für eine reguläre Ansteuerung des Magnetventils die Magnetspule zum Anheben des Magnetankers mit einem Anzugsstrom und anschließend mit einem Haltestrom der geringer als der Anzugsstrom ist, bestromt wird. Die reguläre Ansteuerung wird damit also während des regulären bzw. normalen Betriebs des Magnetventils bzw. des Kraftstoffinjektors verwendet. Während einer Ansteuerung des Magnetventils kann ein für einen Druck in einem Ventilraum des Magnetventils repräsentatives Signal erfasst werden.
Zur Erfassung eines solchen Signals kann beispielsweise der eingangs bereits erwähnte Needle Closing Sensor (NCS-Sensor) verwendet werden, bei dem es sich um einen dem Ventilraum zugeordneten Kraft- oder Drucksensor handeln kann, der charakteristische Druckänderungen insbesondere beim Schließen und Öffnen des Kraftstoffinjektors erfasst. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass sich der Ventilraumdruck insbesondere zu Beginn und am Ende einer Einspritzphase des Kraftstoffinjektors signifikant ändert.
Zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors wird nun zeitweise eine Ansteuerung des Magnetventils mit gegenüber der regulären Ansteuerung erhöhtem Anzugsstrom, und insbesondere auch erhöhtem Haltestrom, vorgenommen und es wird ein Verlauf eines zugehörigen repräsentativen Signals als Vergleichsverlauf erfasst. Wenn nun ein Verlauf des Signals bei regulärer Ansteuerung hinsichtlich wenigstens eines Kriteriums um mehr als einen jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Vergleichsverlauf abweicht, wird auf einen Fehler bei einer Ermittlung eines Öffnungszeitpunktes des Kraftstoffinjektors geschlossen.
Wenn im Verlauf des Signals eine Abweichung von dem Vergleichsverlauf erkannt wird, so lässt sich darauf schließen, dass die Druckänderungen im Ventilraum von üblichen Druckänderungen abweichen, was beispielsweise auf eine Schwergängigkeit des Magnetventils bzw. des Magnetankers, beispielsweise Verschmutzung oder Abnutzung, schließen lässt. Denkbar sind auch hohe Drücke. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass bei erhöhtem Anzugsstrom der Magnetanker auch dann noch die Sitzdrosselgrenze überschreitet, wenn dies bei der regulären Ansteuerung nicht mehr der Fall ist. Damit kann also sehr einfach ein Vergleich zu der üblichen Funktion des Magnetventils hergestellt werden. Dazu sei auch angemerkt, dass eine kurzzeitige Erhöhung des Anzugsstroms zu keinerlei Problemen führt, während eine dauerhafte Erhöhung zu erhöhten Temperaturen im Magnetventil führen würde.
Besonders relevant ist dabei auch, dass das Signal in aller Regel zur Erkennung eines Öffnens und vorzugsweise auch eines Schließen des Kraftstoffinjektors und damit auch zur Ermittlung einer gewünschten Öffnungsdauer verwendet wird, worüber wiederum eine gewünschte einzuspritzende Kraftstoffmenge vorgegeben werden kann. Durch die Abweichung im Signal kann also auf einen Fehler bei der Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Kraftstoffinjektors geschlossen werden. Dann kann insbesondere die Berechnung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes angepasst werden. Zudem können beispielsweise weitere geeignete Maßnahmen getroffen werden, wie sie später noch erläutert werden.
Vorzugsweise wird die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors wiederholt, insbesondere in vorbestimmten, zweckmäßigerweise auch regelmäßigen, Abständen verwendet. Diese Abstände können vorzugsweise von einer Laufleistung und/oder Betriebsdauer der Brennkraftmaschine abhängen. Mit anderen Worten kann also die Überprüfung des Magnetventils hinsichtlich einer Funktionseinschränkung wiederholt vorgenommen werden. Bei Verwendung von von der Laufleistung abhängigen Abständen kann beispielsweise alle 500 km (umgerechnet auf eine gefahrene Stecke eines zugehörigen Fahrzeugs), bei Verwendung von von der Betriebsdauer abhängigen Abständen kann beispielsweise immer nach 10 h Betriebszeit der Brennkraftmaschine die Betriebsart entsprechend gewechselt werden. Damit kann eine dauerhafte Überprüfung erreicht werden.
Vorteilhafterwiese wird die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors bei Volllast der Brennkraftmaschine bzw. bei einem maximalen oder maximal zulässigen Druck in einem Hochdruckspeicher der Brennkraftmaschine vorgenommen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass das Magnetventil bzw. der Kraftstoffinjektor auf Betriebstemperatur aufgewärmt ist.
Es ist von Vorteil, wenn das wenigstens eine Kriterium eine maximale Wertedifferenz innerhalb eines vorgegebenen Abschnitts des Signals und/oder einen für ein Schließen einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors charakteristischen Zeitpunkt und/oder einen für ein Schließen des Magnetventils charakteristischen Zeitpunkt umfasst. Anhand der maximalen Wertedifferenz wird beispielsweise ein Rückschluss auf die Druckänderungen im Ventilraum ermöglicht. Insbesondere ist dabei auch relevant, dass diese maximale Wertedifferenz bzw. ein bestimmter Prozentsatz davon in aller Regel zur Erkennung des Öffnens des Kraftstoffinjektors verwendet wird. Die Zeitpunkte lassen ebenfalls Rückschlüsse auf eine Funktionseinschränkung, insbesondere erhöhte Reibung, zu.
Vorzugsweise wird, wenn der Verlauf des Signals hinsichtlich der maximalen Wertedifferenz, nicht jedoch hinsichtlich der für das Schließen des Magnetventils und das Schließen der Düsennadel charakteristischen Zeitpunkte um mehr als den jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Sollverlauf abweicht, wenigstens eine der im Folgenden aufgeführten Maßnahmen durchgeführt. Hier kann zunächst berücksichtigt werden, dass bei zwar veränderter maximaler Wertedifferenz, jedoch im Wesentlichen nicht veränderten Umkehr- bzw. Schließzeitpunkten, nur ein kleiner Fehler vorliegt.
Als die erwähnten Maßnahmen kommen dabei in Betracht:

- Ermittlung eines korrigierten Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes, bei dessen Erreichen auf ein Öffnen des Kraftstoffinjektors erkannt wird. Damit kann also der Fehler ausgeglichen werden und es kann eine geeignete Kraftstoffzumessung erfolgen.
- Überprüfung eines jeweiligen Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes für wenigstens einen weiteren Druck in einem Hochdruckspeicher der Brennkraftmaschine, wobei insbesondere für den wenigstens einen weiteren Druck jeweils ein korrigierter Öffnungsschwellwert ermittelt wird. Damit können über einen weiteren Betriebsbereich ebenfalls Fehler erkannt und ggf. eine Korrektur vorgenommen werden.
- Reduzierung von Abständen, bei denen die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors vorgenommen wird. Damit kann also schneller auf ggf. bald auftretende, größere Fehler reagiert werden. Als geeignete Abstände kommen hier beispielsweise 100 km bzw. 2 h in Betracht.
- Erhöhung des Anzugsstroms und/oder des Haltestroms für die reguläre Ansteuerung, wenn und solange eine Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwertes liegt, wobei insbesondere der Anzugsstrom und/oder der Haltestrom in Abhängigkeit von einer aktuellen maximalen Wertedifferenz innerhalb des vorgegebenen Abschnitts des Signals schrittweise wieder reduziert werden. Damit kann insbesondere bei tieferen Temperaturen eine gewünschte Kraftstoffzumessung erreicht werden, wobei zudem eine übermäßig hohe Beanspruchung durch die schrittweise Reduzierung des Stroms vermieden werden kann.

Vorteilhafterweise wird, wenn der Verlauf des Signals hinsichtlich der maximalen Wertedifferenz, und hinsichtlich der für das Schließen des Magnetventils und/oder das Schließen der Düsennadel charakteristischen Zeitpunkte um mehr als den jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Sollverlauf abweicht, wenigstens eine der im Folgenden aufgeführten Maßnahmen durchgeführt. Hier kann berücksichtigt werden, dass bei gegenüber dem zuvor erwähnten Fall nunmehr von einem größeren bzw. weiteren Fehler auszugehen ist.
Als die erwähnten Maßnahmen kommen dabei in Betracht:

- Ermittlung eines korrigierten Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes, bei dessen Erreichen auf ein Öffnen des Kraftstoffinjektors erkannt wird. Damit kann also der Fehler ausgeglichen werden und es kann eine geeignete Kraftstoffzumessung erfolgen.
- Überprüfung eines jeweiligen Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes für wenigstens einen weiteren Druck in einem Hochdruckspeicher der Brennkraftmaschine, wobei insbesondere für den wenigstens einen weiteren Druck jeweils ein korrigierter Öffnungsschwellwert ermittelt wird. Damit können über einen weiteren Betriebsbereich ebenfalls Fehler erkannt und ggf. eine Korrektur vorgenommen werden.
- Ermittlung korrigierter Ansteuerzeitdauern für die reguläre Ansteuerung des Magnetventils in Abhängigkeit von den für das Schließen des Magnetventils und/oder das Schließen der Düsennadel charakteristischen Zeitpunkte. Damit kann die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung weiter verbessert werden.
- Reduzierung von Abständen, bei denen die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors vorgenommen wird. Damit kann also schneller auf ggf. bald auftretende, größere Fehler reagiert werden. Als geeignete Abstände kommen hier insbesondere geringere als in dem zuvor genannten Fall in Betracht, beispielsweise 50 km bzw. 1 h.
- Erhöhung des Anzugsstroms und/oder des Haltestroms für die reguläre Ansteuerung, wenn und solange eine Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwertes liegt, wobei insbesondere der Anzugsstrom und/oder der Haltestrom in Abhängigkeit von einer aktuellen maximalen Wertedifferenz innerhalb des vorgegebenen Abschnitts des Signals schrittweise wieder reduziert werden. Damit kann insbesondere bei tieferen Temperaturen eine gewünschte Kraftstoffzumessung erreicht werden, wobei zudem eine übermäßig hohe Beanspruchung durch die schrittweise Reduzierung des Stroms vermieden werden kann.
- Aktivierung einer Warnmeldung, beispielsweise akustisch und/oder visuell, wenn bei Erhöhung des Anzugsstroms und/oder des Haltestroms die für das Schließen des Magnetventils und/oder das Schließen der Düsennadel charakteristischen Zeitpunkte weiterhin um mehr als den jeweiligen Schwellwert von dem Sollverlauf abweichen und/oder einen vorgebbaren weiteren Schwellwert überschreiten. Damit kann beispielsweise auf einen nötigen Werkstattbesuch hingewiesen werden.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
2 zeigt schematisch ein Magnetventil, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
3 zeigt einen typischen Verlauf eines Stroms in der Magnetspule eines Magnetventils sowie zugehörige Verläufe des Ankerhubs bei verschiedenen Temperaturen.
4 zeigt typische Verläufe eines Stroms in der Magnetspule und eines zum Druck im Ventilraum eines Magnetventils zugehörigen Signals bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
5 zeigt typische Verläufe eines Stroms in der Magnetspule, eines zum Druck im Ventilraum eines Magnetventils zugehörigen Signals sowie von Hüben eines Magnetankers des Magnetventils und einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 160 gezeigt, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Beispielhaft umfasst die Brennkraftmaschine 160 drei Brennräume bzw. zugehörige Zylinder 165. Jedem Brennraum 165 ist ein Kraftstoffinjektor 170 mit einem Magnetventil 100 zugeordnet, welcher wiederum jeweils an einen Hochdruckspeicher 170, einem sog. Rail, angeschlossen ist, und über welchen er mit Kraftstoff versorgt wird. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen anderen Anzahl an Zylindern, bspw. eins, zwei, vier, fünf, sechs, acht, zehn oder zwölf Zylinder, durchgeführt werden kann.
Weiter wird der Hochdruckspeicher 175 über eine Hochdruckpumpe 161 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 195 gespeist. Die Hochdruckpumpe 161 ist mit der Brennkraftmaschine 160 gekoppelt, und zwar bspw. derart, dass die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, bzw. über eine Nockenwelle, welche wiederum mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, angetrieben wird.
Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 170 zum Zumessen bzw. Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume 165 erfolgt über eine als Motorsteuergerät 180 ausgebildete Recheneinheit. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Verbindung vom Motorsteuergerät 180 zu einem Kraftstoffinjektor 170 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass jeder Kraftstoffinjektor 165 an das Motorsteuergerät entsprechend angeschlossen ist. Jeder Kraftstoffinjektor 130 kann dabei spezifisch angesteuert werden. Ferner ist das Motorsteuergerät 180 dazu eingerichtet, den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 120 mittels eines Drucksensors 190 zu erfassen.
In 2 ist schematisch ein Magnetventil 100 gezeigt, das als (druckausgeglichenes) Schaltventil bzw. Servoventil eines Kraftstoffinjektors 170, der hier nur teilweise angedeutet ist, dient, und bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Das Magnetventil 100 weist einen Elektromagneten 110 mit einer Magnetspule 111 auf, die bspw. ringförmig ausgebildet sein kann. Bei Anlegen einer Spannung, bspw. durch eine ausführende Recheneinheit 180, beispielsweise ein Steuergerät, fließt in der Magnetspule 111 der Strom I.
Weiterhin ist ein Magnetanker 120 vorgesehen, mit dem eine Durchflussöffnung 150 des Magnetventils 100 verschlossen bzw. freigegeben werden kann. Der Magnetanker 120 weist dabei eine Komponente 122 auf, die die Durchflussöffnung 150 verschließt. Diese Komponente 122 ist beispielsweise in Form eines Bolzens mit einem teilweise konisch zulaufenden Ende in Richtung der Durchflussöffnung 150 ausgebildet.
Der Magnetanker 120 weist weiterhin einen Ankerflügel 121 auf, der am oberen, d.h. in Richtung Magnetspule 111 gewandten Ende des Magnetankers 120 vorgesehen ist. Der Ankerflügel 121 kann dabei integral mit der Komponente 122 ausgebildet sein oder mechanisch mit der Komponente 122 verbunden sein.
Weiterhin ist eine Feder 130 vorgesehen, die an dem Magnetanker 120 angreift und ohne Bestromung der Magnetspule 111 und somit ohne Magnetkraft den Anker 120 in bzw. gegen die Durchlassöffnung 150 drückt und diese verschließt. Die Feder 130 kann an ihrer dem Magnetanker abgewandten Seite an einer geeigneten (hier nicht gezeigten) Komponente des Magnetventils 100 in Anschlag sein.
Bei Bestromung der Magnetspule 111 wird eine Magnetkraft aufgebaut und der Magnetanker 120 wird gegen die Federkraft der Feder 130 angehoben und in Richtung der Magnetspule 111 bzw. des Elektromagneten 110 gezogen. Die Durchlassöffnung 150 wird dabei freigegeben. Bei entsprechender Bestromung der Magnetspule kann der Magnetanker 120 bis zum Anschlag an einem an dem Elektromagneten 110 angeordneten Einstellring 115 angehoben werden. Der Magnetanker 120 geht dabei mit dem radial äußeren Ende des Ankerflügels 121 in Anschlag.
Kraftstoff, der sich in einem Ventilraum 140 und einen damit verbundenen Steuerraum 142 des Injektors befindet und zunächst aufgrund eines hohen Drucks auf eine Düsennadel 145 drückt und diese in einen Sitz drückt und so eine Einspritzung von Kraftstoff verhindert, kann bei Freigabe der Durchflussöffnung 150 in den Rücklauf 155 abfließen und beispielsweise einem Kraftstofftank zugeführt werden. Bei entsprechenden Druckverhältnissen und entsprechender Menge an Kraftstoff, die in den Rücklauf geführt wird, kann die Düsennadel angehoben werden.
Mittels eins Sensors 141, eines sog. NCS-Sensors, beispielsweise in Form eines Piezo-Elements, können Druckänderungen in dem Ventilraum 140 erfasst werden. Hierzu ist der Sensor 141 am Ende eines Bolzens 123, der durch den Magnetanker 120 hindurch führt, angeordnet. Über den Bolzen 123 wirken sich Druckänderungen auf den Sensor 141 aus.
In 3 sind schematisch ein typischer Verlauf eines Stroms in der Magnetspule eines Magnetventils sowie zugehörige Verläufe des Ankerhubs bei verschiedenen Temperaturen dargestellt. Hierzu sind ein Strom I und ein Ankerhub h über der Zeit t aufgetragen.
Nach einem optionalen, kurzen Booststrom, der hier nicht näher bezeichnet ist, kann ein Anzugsstrom I_A in der Magnetspule fließen. Anschließend kann der Strom auf einen Haltestrom I_H abgesenkt werden. Der hier gezeigte Stromverlauf ist typisch für eine reguläre Ansteuerung des Magnetventils bei beispielsweise betriebswarmer Brennkraftmaschine.
In Pfeilrichtung sind nun rein schematisch drei verschiedene Verläufe des Ankerhubs bei dem gezeigten Stromverlauf mit zunehmender Schwergängigkeit des Magnetankers dargestellt. Während bei ordnungsgemäßem Betrieb der volle Ankerhub in kurzer Zeit erreicht wird, wird bei gewisser Schwergängigkeit, beispielsweise durch Störkräfte, zwar noch der volle Ankerhub erreicht, jedoch nur nach längerer Zeit. Mit höherer Schwergängigkeit nimmt die Ankerhubgeschwindigkeit noch weiter ab und der Magnetanker erreicht nicht einmal mehr den vollen Ankerhub, also beispielsweise den in 2 gezeigten Anschlag.
In 4 sind nun typische Verläufe eines Stroms I in der Magnetspule und eines zum Druck im Ventilraum des Magnetventils zugehörigen Signals, hier als Spannung U, bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Strom I und Spannung U sind hierzu jeweils über der Zeit t aufgetragen.
Mit I₁ ist ein Verlauf eines Stroms in der Magnetspule ähnlich demjenigen gemäß 3 dargestellt. Hierbei kann es sich um einen Stromverlauf bei regulärer Ansteuerung des Magnetventils handeln. Mit I₂ ist nun ein Verlauf eines Stroms in der Magnetspule bei einer Ansteuerung zur Überprüfung des Magnetventils gezeigt. Es ist zu sehen, dass der Anzugsstrom hier höher ist als beim Verlauf I₁.
Mit U₁ und U₂ sind nun die zu den Verläufen I₁ und I₂ gehörigen Verläufe des Signals des NCS-Sensors, also des für den Druck im Ventilraum charakteristischen Signals, dargestellt. Dabei sind mit ΔU₁ und ΔU₂ zugehörige maximale Wertedifferenzen des jeweiligen Verlaufs dargestellt. Dabei ist bereits zu sehen, dass bei Verwendung des erhöhten Anzugsstroms, also beim Verlauf U₂, eine höhere Wertedifferenz bzw. ein höherer Betrag der Spannung erreicht wird als bei regulärer Ansteuerung.
Dies zeigt, dass eine Schwergängigkeit des Magnetventils vorliegt, die beispielsweise aus einer erhöhten Reibung des Magnetankers resultiert, sodass bei regulärer Ansteuerung der Magnetanker nicht mehr schnell genug und/oder nicht mehr weit genug angehoben werden kann.
Weiterhin sind nun mit U_S1 und U_S2 zugehörige Öffnungsschwellwerte gezeigt, die jeweils beispielsweise 30% der maximalen Wertedifferenz entsprechen. Anhand solcher Öffnungsschwellwerte wird auf einen Öffnungszeitpunkt des Kraftstoffinjektors, die hier mit t₁ und t₂ bezeichnet sind, geschlossen. Indem beispielsweise eine maximale Wertedifferenz eines vorausgehenden Ansteuervorgangs verwendet wird, kann bereits rechtzeitig das Öffnen erkannt werden.
Da nun jedoch - wie an einem Vergleich der Verläufe U₁ und U₂ zu sehen ist - bei einer regulären Ansteuerung auf einen zu frühen Öffnungszeitpunkt geschlossen wird, können sich bei der Kraftstoffzumessung Fehler ergeben.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann nun also beispielsweise in bestimmten Abständen eine Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors mit erhöhtem Anzugsstrom, also mit Verlauf I₂ des Stroms, vorgenommen werden, um den Verlauf des Signals zu überprüfen. Der Verlauf U₂, also bei erhöhtem Anzugsstrom, kann dann als Vergleichsverlauf verwendet werden, mit dem der Verlauf bei regulärer Ansteuerung, also U₁, verglichen wird.
Neben den maximalen Wertedifferenzen ΔU₁ und ΔU₂, können dabei auch die Zeitpunkte t'₁ und t'₂, die für die Erkennung des Schließens des Magnetventils stehen, verglichen werden. Weiterhin können die Zeitpunkte t"₁ und t"₂, die für die Erkennung des Schließens der Düsennadel stehen, verglichen werden.
In 5 sind nun typische Verläufe eines Stroms I in der Magnetspule, eines zum Druck im Ventilraum eines Magnetventils zugehörigen Signals, hier als Spannung U, sowie von Hüben h bzw. h_D eines Magnetankers und einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Strom I, Spannung U, Hub h und Hub h_D sind hierzu jeweils über der Zeit t aufgetragen.
In der linken Spalte ist ein Fall zu sehen, bei dem für die reguläre Ansteuerung mit I₁ und die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors mit I₂ sowohl die Verläufe des Signals (U₁, U₂), also auch der Hübe des Magnetankers (h₁, h₂) und der Düsennadel (h_D1, h) keine Abweichung voneinander zeigen. Hier liegt also kein Fehler vor.
In der mittleren Spalte ist ein Fall zu sehen, bei dem für die reguläre Ansteuerung mit I₁ und die Ansteuerung zur Überprüfung des Magnetventils mit I₂ die Verläufe des Signals (U₁, U₂), und zwar nur hinsichtlich der maximalen Wertedifferenz, voneinander abweichen. Dies bedeutet, dass zwar der Magnetanker nicht den vollständigen Hub erreicht, wie an den Verläufen h₁, h₂ zu sehen ist. Dies hat für den Hub der Düsennadel jedoch keine Auswirkung, was an den Verläufen h_D1, h_D2 zu sehen ist, da die Sitzdrosselgrenze durch den Magnetanker weiterhin überschritten wird.
Damit ist von einem gewissen Fehler auszugehen, da insbesondere die Wertedifferenz geringer ausfällt, und es können eine oder mehrere der oben erwähnten Maßnahmen durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Öffnungsschwellwert zur Erkennung des Öffnens des Kraftstoffinjektors angepasst werden.
In der rechten Spalte ist ein Fall zu sehen, bei dem für die reguläre Ansteuerung mit I₁ und die Ansteuerung zur Überprüfung des Magnetventils mit I₂ die Verläufe des Signals (U₁, U₂), und zwar nicht nur hinsichtlich der maximalen Wertedifferenz, sondern auch hinsichtlich beispielsweise der für das Schließen der Düsennadel charakteristischen Zeitpunkte, voneinander abweichen. Dies bedeutet, dass der Magnetanker den vollständigen Hub nicht erreicht und dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Düsennadel bewegt, geringer ist, wie an den Verläufen h₁, h₂ zu sehen ist. Dies bedeutet auch, dass der Hub der Düsennadel geringer ist als gewünscht, was an den Verläufen h_D1, h_D2 zu sehen ist, da die Sitzdrosselgrenze durch den Magnetanker nicht mehr überschritten wird.
Damit ist von einem größeren Fehler auszugehen und es können eine oder mehrere der oben erwähnten Maßnahmen durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Öffnungsschwellwert zur Erkennung des Öffnens des Kraftstoffinjektors angepasst werden. Zusätzlich können beispielsweise korrigierte Ansteuerzeiten für die reguläre Ansteuerung, also insbesondere ein angepasster Verlauf des Stroms I₁, ermittelt und verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010027989 A1 [0004]
DE 102010000827 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Kraftstoffinjektors (170), der zur Einspritzung von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine (160) dient, mit einem Magnetventil (100) als Schaltventil, das eine Magnetspule (111) und einen mittels Bestromung der Magnetspule (111) zur Freigabe einer Durchflussöffnung (150) für Kraftstoff anhebbaren Magnetanker (120) aufweist, wobei für eine reguläre Ansteuerung des Magnetventils (100) die Magnetspule (111) zum Anheben des Magnetankers (120) mit einem Anzugsstrom (I_A) und anschließend mit einem Haltestrom (I_H), der geringer als der Anzugsstrom (I_A) ist, bestromt wird und ein für einen Druck in einem Ventilraum (140) des Magnetventils (100) repräsentatives Signal (U₁) erfasst wird, wobei zur Überprüfung des Magnetventils (100) zeitweise eine Ansteuerung des Magnetventils (100) mit gegenüber der regulären Ansteuerung erhöhtem Anzugsstrom (I_A) vorgenommen und das für den Druck in dem Ventilraum (140) des Magnetventils (100) repräsentative Signal (U₂) als Vergleichsverlauf erfasst wird, und wobei, wenn ein Verlauf des Signals (U₁) bei regulärer Ansteuerung hinsichtlich wenigstens eines Kriteriums um mehr als einen jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Vergleichsverlauf abweicht, auf einen Fehler bei einer Ermittlung eines Öffnungszeitpunktes (t₁, t₂) des Kraftstoffinjektors (170) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn auf den Fehler geschlossen wird, eine Berechnung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes (t₁, t₂) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors (170) weiterhin mit gegenüber der regulären Ansteuerung erhöhtem Haltestrom (I_H) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wiederholt, insbesondere in vorbestimmten, vorzugsweise von einer Laufleistung und/oder Betriebsdauer der Brennkraftmaschine (160) abhängigen, Abständen die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors (170) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors (170) bei einem maximalen oder maximal zulässigen Druck in einem Hochdruckspeicher (175) der Brennkraftmaschine (160) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Kriterium eine maximale Wertedifferenz (ΔU₁, ΔU₂) innerhalb eines vorgegebenen Abschnitts des Signals (U₁, U₂) und/oder einen für ein Schließen des Magnetventils (100) charakteristischen Zeitpunkt (t'₁, t'₂) und/oder einen für ein Schließen einer Düsennadel (145) des Kraftstoffinjektors (170) charakteristischen Zeitpunkt (t"₁, t"₂) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei, wenn der Verlauf des Signals (U₁, U₂) hinsichtlich der maximalen Wertedifferenz (ΔU₁, ΔU₂), nicht jedoch hinsichtlich der für das Schließen des Magnetventils (100) und das Schließen der Düsennadel (145) charakteristischen Zeitpunkte (t'₁, t'₂, t"₁, t"₂) um mehr als den jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Sollverlauf abweicht, wenigstens eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt wird: Ermittlung eines korrigierten Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes, bei dessen Erreichen auf das Öffnen des Kraftstoffinjektors (170) erkannt wird, Überprüfung eines jeweiligen Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes für wenigstens einen weiteren Druck in einem Hochdruckspeicher (175) der Brennkraftmaschine (160), wobei insbesondere für den wenigstens einen weiteren Druck jeweils ein korrigierter Öffnungsschwellwert ermittelt wird, Reduzierung von Abständen, bei denen die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors (170) vorgenommen wird, und Erhöhung des Anzugsstroms (I_A) und/oder des Haltestroms (I_H) bei der regulären Ansteuerung, wenn und solange eine Temperatur der Brennkraftmaschine (160) unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwertes liegt, wobei insbesondere der Anzugsstrom (I_A) und/oder der Haltestrom (I_H) in Abhängigkeit von einer aktuellen maximalen Wertedifferenz innerhalb des vorgegebenen Abschnitts des Signals schrittweise wieder reduziert werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei, wenn der Verlauf des Signals (U₁, U₂) hinsichtlich der maximalen Wertedifferenz (ΔU₁, ΔU₂), und hinsichtlich der für das Schließen des Magnetventils (100) und/oder und das Schließen der Düsennadel (145) charakteristischen Zeitpunkte (t'₁, t'₂, t"₁, t"₂) um mehr als den jeweiligen vorgebbaren Schwellwert von dem Sollverlauf abweicht, wenigstens eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt wird: Ermittlung eines korrigierten Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes, bei dessen Erreichen auf ein Öffnen des Kraftstoffinjektors (170) erkannt wird, Überprüfung eines jeweiligen Öffnungsschwellwertes oder eines zugehörigen Öffnungszeitpunktes für wenigstens einen weiteren Druck in einem Hochdruckspeicher (175) der Brennkraftmaschine (160), wobei insbesondere für den wenigstens einen weiteren Druck jeweils ein korrigierter Öffnungsschwellwert ermittelt wird, Ermittlung korrigierter Ansteuerzeitdauern für die reguläre Ansteuerung des Magnetventils (100) in Abhängigkeit von den für das Schließen des Magnetventils (100) und/oder das Schließen der Düsennadel (145) charakteristischen Zeitpunkte (t'₁, t'₂, t"₁, t"₂), Reduzierung von Abständen, bei denen die Ansteuerung zur Überprüfung des Kraftstoffinjektors (170) vorgenommen wird, Erhöhung des Anzugsstroms (I_A) und/oder des Haltestroms (I_H) für die reguläre Ansteuerung, wenn und solange eine Temperatur der Brennkraftmaschine (160) unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwertes liegt, wobei insbesondere der Anzugsstrom (I_A) und/oder der Haltestrom (I_H) in Abhängigkeit von einer aktuellen maximalen Wertedifferenz innerhalb des vorgegebenen Abschnitts des Signals schrittweise wieder reduziert werden, und Aktivierung einer Warnmeldung, wenn bei Erhöhung des Anzugsstroms (I_A) und/oder des Haltestroms (I_H) die für das Schließen des Magnetventils (100) und/oder und das Schließen der Düsennadel (145) charakteristischen Zeitpunkte (t'_i, t'₂, t"₁, t"₂) weiterhin um mehr als den jeweiligen Schwellwert von dem Sollverlauf abweichen und/oder einen vorgebbaren weiteren Schwellwert überschreiten.
Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.