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Die Erfindung betrifft ein System
zur Korrektur des Einspritzverhaltens eines Injektors mit einer Einrichtung
zum Speichern von Informationen über den
Injektor und einem Steuermittel zur Ansteuerung des Injektors auf
Grundlage der gespeicherten Informationen. Die Erfindung betrifft
weiter ein Verfahren zur Korrektur des Einspritzverhaltens eines
Injektors mit den Verfahrensschritten: Auslesen von gespeicherten
Informationen über
den Injektor und Steuern des Injektors auf Grundlage der ausgelesenen
Informationen.
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Elektrisch angesteuerte Einspritzdüsen (Injektoren)
kommen beispielsweise bei druckgesteuerten Speichereinspritzsystemen
("Common-Rail") zum Einsatz. Bei einem derartigen Speichereinspritzsystem
sind Druckerzeugung und Einspritzung voneinander entkoppelt. Der
Einspritz druck wird unabhängig
von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im
sogenannten Rail, dem Kraftstoffspeicher, für die Einspritzung bereit.
Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge werden von einem elektronischen
Steuergerät
bestimmt und von der Einspritzdüse
(Injektor) an jedem Motorzylinder über ein angesteuertes Steuerventil,
beispielsweise ein Magnetventil oder einen Piezoaktor, umgesetzt.
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Der elektrisch angesteuerte Injektor
ersetzt die Düsenhalterkombination
(Düse und
Düsenhalter) herkömmlicher
Dieseleinspritzanlagen. Aufgrund von mechanischen Fertigungstoleranzen
besitzen derartige Injektoren unterschiedliche Mengenkennfelder und
unterschiedliche Zeitpunkte für
den Spritzbeginn. Dabei gibt ein Mengenkennfeld die Beziehung zwischen
der Einspritzmenge, dem Raildruck und der Ansteuerzeit an. Als Folge
füllt jeder
Injektor trotz gleicher Ansteuerung durch das Steuergerät den Verbrennungsraum
mit einer unterschiedlichen Kraftstoffmenge.
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Um einen geringen Kraftstoffverbrauch
bei gleichzeitiger Einhaltung immer schärferer Abgasnormen zu erreichen,
dürfen
die Injektoren im Betrieb nur geringe Abweichungen aufweisen. Neben
der vom Kostengesichtspunkt her wenig befriedigenden Möglichkeit,
die Injektoren zur Einhaltung der geforderten Spezifikation mechanisch
nachzuarbeiten, besteht die Möglichkeit,
die Injektoren nach der Fertigung bei einem bestimmten charakteristischen
Arbeitspunkt im Hinblick auf ihre Einspritzmenge zu vermessen und
in Klassen einzuteilen. Die jeweilige Klasseneinteilung wird dem
Steuergerät
für den
Betrieb des Motors bekannt ge macht, so dass das Steuergerät die Steuerung
an die spezifischen Merkmale der Injektoren einer bestimmten Klasse
anpassen kann. Somit kann auch bei Bestehen von Fertigungstoleranzen
eine definierte Einspritzmenge für
jeden Injektor erreicht werden.
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Nach einem bekannten Verfahren wird
die Klassierung von Injektoren der ersten Generation dadurch durchgeführt, dass
die Injektoren an mehreren Prüfpunkten
bezüglich
der Einspritzmengenzumessung geprüft werden. Liegen die gemessenen Ist-Werte
an allen Prüfpunkten
innerhalb eines bestimmten Toleranzfensters, wird der Injektor als
gut bewertet und auf Grundlage der Abweichung des Ist-Wertes vom
Soll-Wert im Emissionspunkt in eine von drei Toleranzklassen in
diesem Prüfpunkt
eingeteilt. Die Klassenzugehörigkeit
wird nach dem Verbauen der Injektoren in einen Motor in das Motor-Steuergerät einprogrammiert.
Für die
mittlere Klasse führt
das Steuergerät
keine Korrektur durch, die Einspritzmenge der oberen und unteren
Klasse wird nach einem vorgegebenen Kennfeld korrigiert. Die Korrektur
ist allerdings nur für
den der Klasseneinteilung zugrunde liegenden Prüfpunkt exakt, für andere
Arbeitspunkte des Motors ist die Korrektur aufgrund einer niedrigen
Korrelation des Einspritzverhaltens an verschiedenen Arbeitspunkten
oft nicht zufriedenstellend.
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Bei weiterentwickelten Injektoren
der zweiten Generation kommt ein sogenannter Injektormengenabgleich
(IMA) zum Einsatz. Dabei wird jeder Prüfpunkt in mehrere Klassen unterteilt.
Dem Injektor wird die Mengendifferenz zum Sollwert in jedem einzelnen
Prüfpunkt
in codierter Form mitgegeben. Das Steuergerät entschlüsselt diesen Code und kann
mit einem IMA-Korrekturfeld feststellen, wie der jeweilige Injektor
im entsprechenden Betriebspunkt angesteuert werden muß. Gegenüber der
Einteilung in drei Klassen bei den Injektoren der ersten Generation
ermöglicht
die Zuordnung des Injektors zu einer Vielzahl von Klassen in mehreren
Prüfpunkte
eine verbesserte individuelle Ansteuerung jeden Injektors.
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Bei aufgeweiteten Mengentoleranzen
kommt es darüber
hinaus am Fahrzeug zu systematischen Verschiebungen des Spritzbeginns.
Diese können
zu Verschlechterung der Motoremissionen führen, die insbesondere im Hinblick
auf die Erfüllung
zukünftiger
Emissionsgrenzwertnormen unerwünscht
sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch
1 baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, dass das Steuermittel
zur Ermittlung des injektorspezifischen Einspritzbeginns aus den
gespeicherten Informationen und zur Steuerung des Injektors auf Grundlage
des injektorspezifischen Einspritzbeginns eingerichtet ist. Dies
erlaubt, mit Hilfe der Speichereinrichtung im Betrieb den Spritzbeginn
der Injektoren individuell anzupassen, ohne dass zusätzlicher Aufwand
bei der Herstellung der Injektoren entsteht. Dies führt zu großen Vorteilen
bei der Laufruhe und den Emissionswerten des Motors. Dadurch können, falls
gewünscht,
auch Toleranzaufweitung bei der Herstellung in Kauf genommen werden,
um die Kosten für
die Injektoren zu reduzieren.
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Mit der Maßnahme des Anspruchs 2 kann der
injektorspezifische Einspritzbeginn besonders einfach und zuverlässig ermittelt
werden.
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Auch ein System gemäß Anspruch
3 bietet den Vorteil einer unkomplizierten Ermittlung des Einspritzbeginns
eines Injektors.
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Durch die Maßnahme des Anspruchs 4 ist der
Vorteil geschaffen, dass durch die Integration der injektorspezifischen
Steuerung in das Motor-Steuergerät
ein einziges Steuergerät
die gesamte Injektorsteuerung übernehmen
kann.
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Die Maßnahme des Anspruchs 5 erlaubt, ohne
zusätzlichen
Herstellungs- oder Prüfaufwand für einen
einzelnen Injektor den Einspritzbeginn aus einem übergeordneten
funktionellen Zusammenhang zu ermitteln. Wird der Zusammenhang durch
eine lineare Funktion dargestellt, lässt sich eine besonders einfache
Bestimmung des Spritzbeginns durchführen.
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Die in Anspruch 6 genannten Maßnahmen bieten
unter anderem den Vorteil, dass in einem Datenspeicher in einfacher
Art und Weise eine große Anzahl
von Daten abgelegt werden kann, dass die gespeicherten Informationen
automatisch aus einem Datenspeicher oder einem Widerstandssystem
ausgelesen werden können,
dass ein Barcode eingescannt werden kann, um die Information dem
Steuergerät
zur Verfügung
zu stellen, oder dass eine alphanumerische Beschriftung manuell
eingegeben oder über
eine Kamera ein gelesen werden kann. In allen Fällen kann somit eine automatische
Programmierung des Steuergeräts
erfolgen.
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Die Erfindung baut gemäß Anspruch
7 auf dem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch auf, dass der injektorspezifische Einspritzbeginn aus den
gespeicherten Informationen ermittelt wird, und der Injektor auf
Grundlage des injektorspezifischen Einspritzbeginns gesteuert wird.
Dadurch ist eine exakte Korrektur des Einspritzverhaltens des Injektors
möglich.
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Eine besonders einfache und zuverlässige Ermittelung
des injektorspezifischen Einspritzbeginns erlaubt die Maßnahme des
Anspruchs 8.
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Durch die Maßnahme des Anspruchs 9 wird der
Vorteil geschaffen, dass der Einspritzbeginn für einen einzelnen Injektor
ohne zusätzlichen
Herstellungs- oder Prüfaufwand
aus einem übergeordneten funktionellen
Zusammenhang ermittelt werden kann.
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Die Maßnahme des Anspruchs 10 gestattet eine
besonders einfache und robuste Implementierung des Ermittlungsschrittes
in einem Steuergerät vorzunehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der zugehörigen
Zeichnungen noch näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Teils eines Common-Rail-Systems mit
einem Korrektursystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
und
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2 zur
Illustration der erfindungsgemäßen Spritzbeginnbestimmung
eine Darstellung des Zusammenhangs der auf der Ordinate aufgetragenen
Einspritzmenge Q und dem auf der Abszisse aufgetragen Spritzbeginn
T.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die schematische Darstellung der 1 zeigt den Hochdruckteil
eines allgemein mit 10 bezeichneten Speichereinspritzsystems (Common-Rail)
mit einem Korrektursystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Folgenden werden nur die Hauptkomponenten und solche Komponenten
näher beschrieben,
die für
das Verständnis der
vorliegenden Erfindung wesentlich sind.
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In dem gezeigten Hochdruckteil ist
eine Hochdruckpumpe 12 über
eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 14 mit dem Hochdruckspeicher 16,
dem "Rail", verbunden. Der Hochdruckspeicher 16 ist seinerseits über weitere
Hochdruck-Kraftstoffleitungen 18 mit
den elektrisch ansteuerbaren Einspritzdüsen (Injektoren) 20 verbunden.
In der vereinfachten Darstellung der 1 sind
lediglich eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 18 und ein Injektor 20 gezeigt.
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Eine Kraftstoffrückleitung 22 führt zurück in den
im Niederdruckteil gelegenen Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt). Ein Motor-Steuergerät 24 steuert
neben Stellern für
Motorfunktionen und weiteren Hilfsfunktionen insbesondere die elektrisch
ansteuerbaren Injektoren 20. Jeder Injektor 20 weist
eine Zulaufdrossel auf, über
die Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffleitung 18 in
einen Ventilsteuerraum geführt
werden kann. Der Ventilsteuerraum ist über eine Ablaufdrossel, die
durch ein Magnetventil geöffnet
werden kann, mit der Kraftstoffrückleitung 22 verbunden.
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Im geschlossenen Zustand der Ablaufdrossel überwiegt
die hydraulische Kraft auf den Ventilsteuerkolben gegenüber der
Kraft auf die Druckstufe der Düsennadel.
Infolgedessen wird die Düsennadel in
ihren Sitz gepresst und schließt
den Hockdruckkanal dicht zum Motorraum ab. Durch eine elektrische Ansteuerung
des Magnetventils wird die Ablaufdrossel geöffnet, und der Druck im Ventilsteuerraum
und damit auch die hydraulische Kraft auf den Ventilsteuerkolben
sinkt. Sobald die hydraulische Kraft jene auf die Druckstufe der
Düsennadel
unterschreitet, öffnet die
Düsennadel,
so dass der Kraftstoff durch die Spritzlöcher in den Verbrennungsraum
gelangen kann. Das Ende der Einspritzung ist durch die Wegnahme
der Bestromung des Magnetventils gegeben.
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Jeder Injektor 20 enthält weiter
eine Speichereinrichtung 26, die Informationen zur Steuerung
des Einspritzverhaltens des konkreten Injektors enthält.
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Im Ausführungsbeispiel wird dazu der
sogenannte Injektormengenabgleich (IMA) verwendet, bei dem jeder
Prüfpunkt
(VE, EM, LL, VL) in eine Vielzahl von Klassen unterteilt wird. Dem
Injektor wird die Mengendifferenz zum Sollwert in codierter Form
mitgegeben. Im Ausführungsbeispiel
wird der entstehende IMA-Code auf ein Beschriftungsfeld 26 des
Injektors 20 geschrieben. Im Fahrzeugwerk wird dieser Code
dann in das Motor-Steuergerät 24 übertragen, das
diesen Code entschlüsselt
und mit Hilfe eines IMA-Korrekturfeld
feststellen kann, wie der jeweilige Injektor im entsprechenden Betriebspunkt
angesteuert werden muß.
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2 zeigt
für einen
bestimmten Injektortyp in einem ausgewählten Prüfpunkt den Zusammenhang zwischen
der auf der Ordinate aufgetragenen Einspritzmenge Q und dem auf
der Abszisse aufgetragen Spritzbeginn T. Dargestellt sind Mengenwerte 30 für eine Vielzahl
baugleicher Injektoren. Wie aus 2 zu
erkennen, besteht ein starker Zusammenhang zwischen den ermittelten
Werten der beiden Größen Q und
T: eine niedrigere Einspritzmenge an dem ausgewählten Prüfpunkt zeigt einen späteren Spritzbeginn
T an. Aufgrund der physikalischen Zusammenhänge gilt diese Tatsache für das gesamte Kennfeld.
Somit können
durch Korrektur des Spritzbeginns im gesamten Kennfeld aufgrund
des Mengenwertes an einem ausgewählten
Prüfpunkt
die gesamten Streuungen des Spritzbeginns reduziert werden.
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Die Ausgleichsgerade 32 von 2 zeigt die im Mittel für alle Injektoren
dieses Typs geltende Beziehung zwischen den beiden Größen Q und
T. Die durch die Gerade 32 dargestellte lineare Beziehung kann
als Grundlage für
die Steuerung durch das Motor-Steuergerät 24 dienen. Dazu
bestimmt das Steuergerät 24 aus
dem eingegebenen Code 26 die Einspritzmenge QInj für einen
spezifischen Injektor 20. In Kenntnis des linearen Zusammenhangs
von Einspritzmenge Q und Spritzbeginn T berechnet dann das Steuergerät 24 aus
dieser Einspritzmenge den injektorspezifischen Einspritzbeginn TInj.
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Dadurch kann mit dem Code 26 ohne
zusätzlichen
Aufwand bei der Herstellung der Injektoren im Steuergerät 24 zusätzlich zur
Einspritzmenge der Spritzbeginn individuell angepasst werden. Der
IMA selbst enthält
keinerlei direkte Informationen über den
Spritzbeginn. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt
es jedoch, diese Information über
den Spritzbeginn dennoch aus den codierten Angabe zu extrahieren.
Durch die aufgefundene Korrelation zwischen der bereits ermittelten
Einspritzmenge im EM-Punkt und dem Spritzbeginn können über die
Angabe der Einspritzmenge im EM-Punkt, die im IMA-Code enthalten
ist, Rückschlüsse auf
den Spritzbeginn gezogen werden. Die nach der Erfindung gestalteten
Injektoren können
somit nicht nur mit geringeren Einspritztoleranzen, sondern auch
mit geringerer Spritzbeginntoleranz einspritzen. Dies führt zu großen Vorteilen
bei der Laufruhe und den Emissionswerten des Motors. Diese erlaubt
sogar durch eine weitere Toleranzaufweitung die Herstellungskosten
für die
Injektoren zu reduzieren.
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Die vorhergehende Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke
der Beschränkung
der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich,
ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.