WO2013079553A1 - Bestimmung des öffnungsverhaltens eines kraftstoffinjektors mittels einer elektrischen test-erregung ohne eine magnetische sättigung - Google Patents

Bestimmung des öffnungsverhaltens eines kraftstoffinjektors mittels einer elektrischen test-erregung ohne eine magnetische sättigung Download PDF

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WO2013079553A1
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fuel injector
time
coil
excitation
electrical
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PCT/EP2012/073873
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Christian Hauser
Michael Koch
Robert Fromm
Gerd RÖSEL
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of the control of Kraftstoffin jectors, which have a mechanically coupled to a valve needle magnetic armature and a coil having a coil drive for moving the magnetic armature.
  • the present invention relates in particular to a method, a device and a computer program for determining an opening behavior of a coil injector having a fuel injector for a
  • the present invention further relates to a method for determining a correlation between a test opening behavior and a standard opening behavior of a coil drive aufwei- send fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the present invention relates to a method of driving a coil injector having a fuel injector, wherein u.a. the temporal opening behavior of the Kraftstoffin injector is used with the method described above for determining the opening behavior of a fuel injector.
  • Fuel injectors usually have a coil which generates a magnetic field during energization with which a magnetic armature can be displaced against the force of a restoring spring from a closed position into an open position.
  • a magnetic anchor At the magnetic anchor is a
  • Valve needle attached, which, when the magnetic armature is in the closed position, an injection port of the fuel injector closes. When the magnetic armature is in the open position, the injection port of the valve needle is released and more pressurized
  • Fuel can be discharged through the injection port.
  • the energization of the coil is turned off, thus eliminating the magnetic force on the armature.
  • the anchor is returned to its closed position.
  • a known eddy current-driven coupling between the mechanics (armature and valve needle) and magnetic circuit (coil) of the fuel injector generates in a known manner a feedback signal, which is based on the movement of the mechanism.
  • a speed-dependent eddy current is induced in the armature having a ferromagnetic material as a result of the movement of the valve needle and the armature, which also causes a reaction on the magnetic circuit.
  • a voltage is induced in response to the movement speed of the armature and the valve needle in the coil, which is superimposed on the drive signal.
  • this effect in which the basic electric variable voltage or current is superimposed with a signal change imposed by the movement of the valve needle, can be further processed such that it is caused by the speed or more precisely by the change in the speed of the armature electrical component can be separated.
  • a characteristic signal waveform in the voltage or current signal is evaluated with respect to the time of its occurrence. Since the speed change at the time of reaching the end position is particularly large, can from this, the actual point in time at which the armature or the valve needle attached to the armature reaches the opening position can be determined.
  • the following methods are generally known:
  • the invention is based on the object by an improved determination of the actual movement behavior of a
  • Fuel injector to improve the accuracy in terms of actually injected amount of fuel.
  • a method for determining an opening behavior of a coil drive having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the described method comprises (a) applying a coil of the coil drive with an electrical test excitation, which is weaker compared to a standard electrical excitation, with which the coil is acted upon in normal operation of the internal combustion engine, so that reaching a Opening position of the fuel injector takes place at a time when the coil drive is not in magnetic saturation, (b) measuring the time course of an electrical variable of the coil, (c) determining a first time at which the fuel injector under the influence the electric
  • Test excitation reaches its open position based on the measured time history of the electrical quantity, and (d) determining a second time at which the fuel injector would reach its open position under the influence of the standard electrical stimulus based on the determined first time ,
  • the described method for determining the opening behavior is based on the finding that a deliberately weaker electrical excitation of the coil of a coil drive of a fuel injector in the context of a so-called.
  • Test excitation the course of an electrical variable, which for the opening behavior of the fuel injector and in particular for the actual Reaching the open position under the influence of weaker test excitation compared to a standard excitation, can be measured with an accuracy sufficient to determine the exact (first) time of reaching the final position (under the influence of the test Arousal). It is crucial that it is under the influence of the electric
  • Test excitation at the time of detection to no magnetic saturation of the coil drive comes because only then the first time can be determined with a sufficiently high accuracy.
  • the time difference between the first point in time can be determined by a comparison with the behavior of a reference fuel injector. and the second time (reaching the opening position in the standard electrical stimulation) has been determined, the expected (second) time of reaching the opening position in the standard electrical excitation for the relevant fuel injector are determined.
  • test excitation even with the described test excitation, a magnetic saturation during the corresponding current waveform can occur. However, it is crucial to the described method of determining the opening behavior that the test excitation is so weak that magnetic saturation does not yet occur at the time the fuel injector reaches its open position under the influence of the electrical test excitation is present.
  • the electrical test excitation and / or the standard electrical excitation is in particular a time course of an excitation, which may be a voltage applied to the coil and / or a current flowing through the coil.
  • weaker or “weaker excitation” can be understood in particular to mean that the time integral over the voltage applied to the coil and / or the time integral over the current flowing through the coil is smaller than the corresponding time Integral at standard excitation.
  • the electric variable can be measured so accurately at the end of the movement of the armature or of a valve needle of the fuel injector fastened to the armature that a contribution is made to this size, which is based on a strong speed change associated with reaching the open position, can be determined.
  • opening position can be understood in particular to mean an end position of a valve needle of the fuel injector displaceably mounted in the fuel injector. This end position can be defined in particular by a mechanical end stop.
  • first time and second time may, in particular, be construed as relative times in relation to a particular characteristic of the electrical test excitation or the standard electrical excitation.
  • the characteristic in the test or the standard excitation can be any time in the corresponding temporal excitation profile.
  • the characteristic may be the beginning of a so-called boost phase during which the coil of the fuel injector is subjected to an excessive excitation.
  • the electrical measured variable is a current tapped on the coil of the coil drive.
  • the tapped current may in particular also contain components which are induced in the electromagnet due to temporally variable eddy currents, whereby these active components
  • currents depend on the speed of the armature, armature or valve needle of the fuel injector relative to a housing of the fuel injector. Since the opening position (a valve needle) of a fuel injector is usually determined by a mechanical stop, results in reaching this opening position a sudden deceleration and thus a large change in speed. This large change in velocity in turn leads to strong eddy currents, so that the contribution of the current change, which is due to the eddy currents, is correspondingly strong and detected in a known manner and the actual time of reaching the opening position can be determined under the influence of the electrical test excitation.
  • the determination of the second time additionally takes place based on a fuel pressure applied to the fuel injector.
  • the second time at which the fuel injector would reach its open position under the influence of the standard electrical stimulus be determined very precisely.
  • both the test excitation and the standard excitation each have a boost phase. Furthermore, the different
  • Test excitation of the standard excitation by a different time length of the boost phase Preferably, the two excitations differ only in terms of the length of their boost phases. This has the advantage that it is easy to switch between the two different types of excitation. An elaborate complete constant reconfiguration of a corresponding An horrendnote is thus not required to generate in real operation of the fuel injector from time to time a test excitation, then based on the actual opening behavior of the
  • Fuel injector can be determined under the influence of standard excitation.
  • boost phase can be understood to mean that time span during the excitation of the coil, within which the time gradient of an energy input into the coil has a particularly high positive value.
  • the boost phase is based on the creation of a so-called.
  • Boost voltage which is increased by a suitable electrical boost circuit against a voltage provided by a vehicle battery voltage.
  • the second time point is determined based on the determined first time point using comparison data stored in a database.
  • the comparison data can be, for example, analytical and / or tabulated characteristic curves, which for a reference fuel injector, which was precisely measured, for example in a motor test stand, the relationship between the times of reaching the opening position under the influence of the test excitation and the times of reaching the open position under the influence of the standard excitation.
  • this relationship can also be stored in the database as a function of the fuel pressure applied to the fuel injector and / or as a function of the boost duration in the test excitation and / or in the standard excitation by a corresponding multiplicity of different characteristics.
  • the fuel injector is given a specific value associated with a counterforce, which counteracts the opening of the fuel injector of a magnetic force which acts from the magnetic field of the excited coil to a movable magnetic armature.
  • the said counterforce can be a mechanical counterforce, which is caused in particular by a force of a restoring spring of the fuel injector.
  • this counterforce can also be a frictional force as a further component, which arises in a bearing, in particular in a linear bearing, when the magnetic armature (together with the valve needle) moves in the direction of the open position. Since a frictional force is always oriented antiparallel to a frictional force causing movement, this contributes to an opening Kraftstoffinj ector together with the spring force of a return spring to a slowed opening movement.
  • a method for determining a correlation between a test opening behavior and a standard opening behavior of a coil drive fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the described method comprises (a) subjecting a coil of the coil drive to a test electrical stimulation which is so weak that an opening position of the fuel injector is reached at a time when there is no magnetic saturation of the coil drive, (b) measuring the time course of a test fuel flow rate through the fuel injector, (c) determining a first time at which the fuel injector is below the fuel injector
  • Influence of the electrical test excitation reaches its open position, based on the measured time course of the test fuel flow rate, (d) applying to the coil of the coil drive with a standard electrical excitation, which is so strong that reaching an opening position of the Fuel injector with a magnetic saturation of the coil drive, (e) measuring the time course of a standard fuel flow rate through the Kraftstoffinj ector, (f) determining a second time point, also the fuel injector under the influence of electrical
  • Standard excitation reaches its open position based on the measured time history of the standard fuel flow rate, and (g) determining the correlation between the test opening behavior and the standard opening behavior, wherein the determined first time point is compared with the determined second time point becomes.
  • the method described for determining a correlation between a test opening behavior and a standard opening behavior is based on the knowledge that characteristic curves can be determined by a plurality of correlations determined in this way, which are particularly suitable for the method described above for determining the opening behavior of a coil drive
  • the second time point may be based on the determined first time point using data stored in a database.
  • the comparison data represent the correlation or the characteristic curve determined by a multiplicity of correlations.
  • the correlation determination method described here can be carried out in particular with a specific reference fuel injector in an engine test stand. It is advantageous if a fuel injector is used as the reference fuel injector, which has a mean mechanical counterforce during the opening process compared to a plurality of other fuel injectors of the same type. Such a fuel injector can be determined, for example, by selecting, under given conditions, for different fuel injectors of the same type, a fuel injector whose opening behavior corresponds approximately to the average opening behavior.
  • a method for driving a coil injector having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • This method comprises (a) determining the time-open behavior of the fuel injector with a method described above, (b) adapting the electrical control for the standard electrical excitation of the fuel injector based on the determined time-opening behavior, so that with an injection process a predetermined amount of fuel is injected.
  • the driving method described is based on the finding that the above-explained method for determining the temporal opening behavior of a fuel injector having a coil drive can be used for (a) the expected actual movement behavior of a magnet armature or of a valve pin of the fuel injector mechanically coupled to the magnet armature determine the influence of the standard excitation, (b) determine the actual fuel injection quantity based on the determined movement behavior and (c) for a subsequent injection under the influence of a standard excitation to adjust the electrical control of the fuel injector such that the fuel Injection amount as closely as possible predetermined for a given operating condition setpoint corresponds.
  • the electrical control of the coil is effected in particular by a possibly modified standard excitation, in which, as already described above, it is ensured that at the latest until the time of reaching the opening position has set a magnetic saturation of the coil drive.
  • the described adaptation of the electrical control of the coil of the fuel injector can be calculated or determined in particular by the above explained in detail correlation between the test opening behavior and the standard opening behavior of the fuel injector.
  • the method further comprises applying to the coil of the coil drive with the standard electrical excitation, wherein the adapted electrical drive is used.
  • the quantity accuracy of the fuel injector can be significantly improved, especially for small quantities, and thus an important contribution to low fuel consumption and / or reduced pollutant emissions are made.
  • the energization of the coil with the electrical test excitation and the application of the coil with the standard electrical excitation within a period of less than a minute and in particular within a period of less than a second is performed. This has the advantage that the framework conditions for the operation of the fuel injector do not change or at least do not change significantly within such a short period of time, so that a special precise adaptation of the electrical control for the standard electrical excitation of the fuel injector can be ensured.
  • the operating temperature of the entire fuel injector remains constant during such a short period of time, so that, for example, the electrical parameters of the coil, such as its ohmic resistance or its inductance, remain at least approximately the same.
  • the inductance of the coil depends on the exact spatial structure of the coil, which also depends on the temperature due to thermal expansion.
  • a device for determining the opening behavior of a coil drive having fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the device described which can be realized in particular by means of a motor control, has (a) an excitation device for applying a coil to the coil drive with an electrical test excitation, which compared to a standard electrical excitation, with which Coil is applied in normal operation of the internal combustion engine, is weaker, so that reaching an opening position of the fuel injector without magnetic saturation of the coil drive, (b) a measuring device for measuring the time course of an electrical variable of the coil, and (c) a data processing device for (cl) determining a first time at which the fuel injector reaches its open position under the influence of the electrical test excitation, based on the measured time history of the electrical quantity, and for (c2) determining a second time at which the fuel injector is below the influence d he standard electrical excitation would reach its open position based on the determined first time.
  • the described device is also based on the finding that the course of an electrical variable, which is responsible for the opening behavior of the fuel injector under the influence of the weaker test, is achieved by a deliberately weaker electrical excitation of the coil of a coil drive of a fuel injector within the framework of so-called test excitation Excitation is characteristic, can be measured with an accuracy which is sufficient to determine the exact (first) time of reaching the final position (under the influence of the test excitation). It is crucial that there is no magnetic saturation of the coil drive under the influence of the electrical test excitation, since usually only the electrical quantity can be measured with sufficient accuracy, which in turn is the decisive prerequisite for an accurate determination of the first Represents time.
  • a computer program for determining an opening behavior of a coil drive having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle is described.
  • the computer program when executed by a processor, is configured to perform the above described method for determining an opening behavior of a fuel injector having a coil drive.
  • the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc.
  • the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blue-ray disk, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory or processor, etc.).
  • the instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions.
  • the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
  • the invention can be realized both by means of a computer program, ie a software, and by means of one or more special electrical circuits, ie in hardware or in any hybrid form, ie by means of software components and hardware components. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.
  • FIG. 1 shows a device for determining the opening behavior of a fuel injector.
  • FIG. 2 shows a comparison between a standard excitation profile and a test excitation profile.
  • FIG. 3 shows simulation results for the opening behavior of three different fuel injectors with different spring forces as a function of a fuel pressure applied to the respective fuel injector.
  • FIG. 4 shows for two different fuel injectors
  • Identification surfaces for the dependence of the temporal opening behavior (a) of a voltage applied to the respective fuel injector fuel pressure and (b) of a duration of a boost phase.
  • FIG. 5 shows, for three different durations of a boost phase, the characteristic curves for two fuel injectors with a spring force of 15 N or 25 N relative to a reference fuel injector with a spring force of 20 N.
  • FIG. 1 shows a device 100 for determining the opening behavior of a coil drive
  • the device 100 has an excitation device 102 for applying a coil of the coil drive with an electrical test excitation, which compared to a standard electrical excitation, which is applied to the coil during normal operation of the internal combustion engine is weaker, so that reaching a Opening position of the fuel injector takes place at a time at which no magnetic saturation of the coil drive prevails.
  • the apparatus further comprises a measuring device 104 for measuring the time profile of an electrical variable of the coil and a data processing device 106.
  • the data processing device 106 is for (a) for determining a first time point at which the fuel injector reaches its opening position under the influence of the electrical test excitation, based on the measured time course of the electrical quantity, and (b) for determining a second time point the fuel injector would reach its open position under the influence of standard electrical excitation, based on the determined first time.
  • Figure 2 shows a comparison between a standard excitation profile and a test excitation profile.
  • a voltage applied to the coil of a fuel injector voltage U as a function of time t in the middle diagram is the strength of a corresponding current flowing through the coil I and the lower diagram shows the resulting time profile of the stroke s of a valve needle of the fuel injector.
  • a series excitation is shown by solid lines, which are provided with the reference characters 210 and 220.
  • the line 210 shows the voltage curve of the series excitation and the line 220 shows the corresponding current profile of the series excitation.
  • a test excitation is represented, at least in the areas where it differs from the series excitation, by dashed lines, which are provided with the reference numerals 211 and 221.
  • the line 211 shows the voltage profile of the test excitation and the line 221 shows the corresponding current profile in this series excitation.
  • the voltage profile 211 of the test excitation only differs from the voltage profile 210 of the series excitation during the period of a boost phase.
  • a boost voltage Uboost is applied in a known manner for the purpose of opening the fuel injector as quickly as possible.
  • the horizontal line shown by a dotted line 225 in the middle diagram illustrates the boundary from which magnetic saturation occurs. In the region above this saturation boundary 225 there is a magnetic saturation, below this saturation boundary 225 there is no magnetic saturation.
  • this saturation boundary 225 there is no magnetic saturation.
  • the recognition of the reaching of the opening position by applying the coil of the fuel injector takes place with a suitable test excitation at at least one operating point, which is determined by a certain fuel pressure fup (fuel pressure) and then by transmitting the detected value to an operating range with a standard excitement.
  • a suitable test excitation at least one operating point, which is determined by a certain fuel pressure fup (fuel pressure) and then by transmitting the detected value to an operating range with a standard excitement.
  • FIG. 3 shows simulation results for three different fuel injectors with different spring forces Fl, F2 and F3, where: Fl ⁇ F2 ⁇ F3.
  • the time t2 of reaching the opening position (needle stop) is shown as a function of the fuel pressure (fup) and the different spring forces Fl, F2 and F3.
  • the corresponding curves, which represent characteristic curves, are identified by the reference symbols 341, 342 and 343.
  • different counterforces are simulated by the different spring forces. These opposing forces may include other variable components such as e.g. Contain frictional forces. It can be seen from FIG.
  • these characteristics 341, 342 and 343 can also be described by a suitable parameterization.
  • the transfer of a detection value for the time t2 of the needle stop from a test operation with a test energization to a normal operation with a standard excitation can be particularly accurate if a corresponding characteristic table is still extended by the time period tboost of the boost phase.
  • the time period tboost namely the essential feature for distinguishing the
  • Test arousal from the standard arousal A small amount of time tboost corresponds to a test arousal, a longer time tboost corresponds to a standard arousal.
  • FIG. 4 shows, for two different fuel injectors, corresponding characteristic areas for the dependence of the temporal opening behavior (a) on the fuel pressure applied to the respective fuel injector and (b) on the time duration tboost of a boost phase.
  • the fuel pressure fup is plotted in the unit 10 5 hectopascals.
  • the time tboost is applied in the unit 10 ⁇ 4 seconds.
  • the time t2 of the needle stop is also plotted in the unit for 10 ⁇ 4 seconds.
  • the two fuel injectors differ in the counterforce, which inhibits or slows the needle movement in particular by the spring during an opening movement.
  • the control with the test excitation is carried out promptly at different operating points, then it can be assumed that the operating temperature of the fuel injector has not changed.
  • the electrical parameters of the coil drive such as the ohmic resistance of the coil and the inductance of the coil (no thermal expansion) are constant and only the mechanical tolerances are measured. This can cause electrical influences and mechanical influences on the opening behavior of the fuel injector are separated from each other.
  • Figure 5 shows for three different durations tboost one
  • Boost phase the characteristic curves for two fuel injectors with a spring force of 15N or 25N relative to a reference fuel injector with a spring force of 20N.
  • the fuel pressure is applied 10 5 hectopascal in the unit.
  • On the ordinate in the unit 1CT 4 seconds is the difference ⁇ t between (a) the opening time t2 of the fuel injector with the spring force 15N (left side) and with the spring force 25N (right side) and (b) the opening time t2 of the reference Fuel injector with spring force 20N applied.
  • the reference symbols 452a and 452b show the corresponding courses of At for an excitation with a time duration tboost of 300 s.
  • the reference symbols 453a and 453b show the corresponding courses of At for an excitation with a time duration tboost of 280 s.
  • the injector is defined as a reference fuel injector with a spring force or with an opposing force of 20N
  • the spring forces of deviating fuel injectors can be determined on the basis of the characteristic curves of characteristic curves. This can be done as follows: (1) First of all, when the relevant
  • Test excitation read. (3) Then, the difference At is calculated from the determined value t2 'and the corresponding value for the reference fuel injector. (4) Further, the actual fuel pressure fup is measured. (5) With the measured fuel pressure fup and the calculated value for the difference At, a point is defined in the left and right graphs of FIG. 5, respectively. (6) After performing the detection at a plurality of operating points, the curve stored in a database is searched, which runs through these points. This curve is then a measure of the counterforce of the spring (and friction) of the relevant fuel injector.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung (211, 221), welche im Vergleich zu einer elektrischen Standard-Erregung (210, 220), mit welcher die Spule im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, schwächer ist, so dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem sich der Spulenantrieb nicht in einer magnetischen Sättigung befindet, (b) Messen des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Größe (I) der Spule, (c) Ermitteln eines ersten Zeitpunkts (t2'), zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe (I), und (d) Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts (t2), zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung (210, 220) seine Öffnungsposition erreichen würde, basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt (t2'). Es wird ferner eine Vorrichtung (100) sowie ein Computerprogram zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben. Außerdem werden ein Verfahren zum Bestimmen einer Korrelation zwischen einem Test-Öffnungsverhalten und einem Standard-Öffnungsverhalten eines Kraftstoffinjektors sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors beschrieben.

Description

Beschreibung
Bestimmung des Öffnungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors mittels einer elektrischen Test-Erregung ohne eine magnetische Sättigung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffin jektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, eine Vorrichtung sowie ein Com- puterprogram zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen einer Korrelation zwischen einem Test-Öffnungsverhalten und einem Standard-Öffnungsverhalten eines einen Spulenantrieb aufwei- senden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges . Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors, bei dem u.a. das zeitliche Öffnungsverhalten des Kraftstoffin jektors mit dem oben beschriebenen Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors zum Einsatz kommt.
In der Kraftfahrzeugtechnik ist es seit langem bekannt, Ver- brennungsvorgänge in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors durch die Verwendung von Kraftstoffinjektoren zu optimieren. Bei entsprechenden Einspritz-Verbrennungsmotoren kann im Vergleich zu Verbrennungsmotoren, welche einen Vergaser aufweisen, eine deutlich bessere Mengengenauigkeit und ggf. auch eine bessere räumliche Verteilung des in den jeweiligen Verbrennungsraum oder Ansaugtrakt eingebrachten Kraftstoffs realisiert werden. Kraftstoffinj ektoren weisen üblicherweise eine Spule auf, welche bei einer Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, mit dem ein magnetischer Anker entgegen der Kraft einer rückstellenden Feder, von einer Schließposition in eine Öffnungsposition verschoben werden kann. An dem magnetischen Anker ist eine
Ventilnadel angebracht, welche, wenn sich der magnetische Anker in der Schließposition befindet, eine Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors verschließt . Wenn sich der magnetische Anker in der Öffnungsposition befindet, dann ist die Einspritzöffnung von der Ventilnadel freigegeben und unter Druck stehender
Kraftstoff kann durch die Einspritzöffnung abgegeben werden. Zum Schließen des Kraftstoffinjektors wird die Bestromung der Spule abgeschalten und so die magnetische Kraft auf den Anker eliminiert. Durch die verbleibende Kraft der rückstellenden Feder wird der Anker wieder in seine Schließposition gebracht.
Eine bekannte wirbelstromgetriebene Kopplung zwischen der Mechanik (Anker und Ventilnadel) und Magnetkreis (Spule) des Kraftstoffinjektors generiert in bekannter Weise ein Feed- backsignal, das auf der Bewegung der Mechanik beruht. Hierbei wird in dem ein ferromagnetisches Material aufweisenden Anker infolge der Bewegung der Ventilnadel und des Ankers ein geschwindigkeitsabhängiger Wirbelstrom induziert, welcher ebenfalls eine Rückwirkung auf den Magnetkreis verursacht. Somit wird in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers und der Ventilnadel in der Spule eine Spannung induziert, die dem Ansteuersignal überlagert ist.
Es ist ferner bekannt, dass dieser Effekt, bei dem die elektrische Grundgröße Spannung bzw. Strom mit einer durch die Bewegung der Ventilnadel aufgeprägten Signaländerung überlagert ist, derart weiterverarbeitet werden kann, dass die durch die Geschwindigkeit oder genauer durch die Änderung der Geschwindigkeit des Ankers verursachte elektrische Komponente separiert werden kann. Dabei wird insbesondere eine charakteristische Signalform im Spannungs- bzw. Stromsignal bzgl. des Zeitpunktes ihres Auftretens ausgewertet. Da die Geschwindigkeitsänderung zum Zeitpunkt des Erreichens der Endposition besonders groß ist, kann daraus der tatsächliche Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem der Anker bzw. die an dem Anker befestigte Ventilnadel die Öffnungsposition erreicht. Zur Detektion eines charakteristischen Signalverlaufes beim Öffnungsvorgang sind grundsätzlich folgende Verfahren bekannt:
(A) Strommessung: Dies erfordert eine aktive Beeinflussung des Stromverlaufs um sicherzustellen, dass der Magnetkreis nicht in der Sättigung ist. Mit diesem Messverfahren ist ein Messsignal jedoch erst bei einer Vollaussteuerung, d.h. am mechanischen Anschlag der Ventilnadel detektierbar .
(B) Spannungsmessung: Dabei ist es erforderlich, dass die Spule unter Verwendung einer sog. Sample & Hold Ansteuerung mit einer Boost-Phase angesteuert wird. Trotzdem ist es in der Regel nicht möglich oder zumindest sehr schwierig, vor dem Hintergrund einer relativ großen AnsteuerSpannung alle erforderlichen und typischerweise relativ schwachen Charakteristika in der an der Spule anliegenden Spannung zu erkennen und im Hinblick auf eine Analyse der Ankerbewegung auszuwerten.
Die Fertigung von Kraftstoffinjektoren ist mit Toleranzen behaftet. So können z.B. bei unterschiedlichen Kraftstoffinjektoren beim Öffnen und Schließen unterschiedliche Federkräfte und/oder unterschiedliche Führungsspiele (Reibung) auftreten, die wiederum zu unterschiedlichen Verzugszeiten und somit zu unterschiedlichen Einspritzmengen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine verbesserte Bestimmung des tatsächlichen Bewegungsverhaltens eines
Kraftstoffinjektors die Genauigkeit in Bezug auf die tatsächlich eingespritzte Menge an Kraftstoff zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung, welche im Vergleich zu einer elektrischen Standard-Erregung, mit welcher die Spule im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, schwächer ist, so dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem sich der Spulenantrieb nicht in magnetischer Sättigung befindet, (b) ein Messen des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Größe der Spule, (c) ein Ermitteln eines ersten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen
Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe, und (d) ein Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung seine Öffnungsposition erreichen würde, basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt.
Dem beschriebenen Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine gezielt schwächere elektrische Erregung der Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors im Rahmen einer sog. Test-Erregung der Verlauf einer elektrischen Größe, welche für das Öffnungsverhalten des Kraftstoffinjektors und insbesondere für das tatsächliche Erreichen der Öffnungsposition unter dem Einfluss der im Vergleich zu einer Standard-Erregung schwächeren Test-Erregung charakteristisch ist, mit einer Genauigkeit gemessen werden kann, welche ausreichend ist, um den genauen (ersten) Zeitpunkt des Erreichens der Endposition (unter dem Einfluss der Test-Erregung) zu ermitteln. Dabei ist entscheidend, dass es unter dem Einfluss der elektrischen
Test-Erregung zum Zeitpunkt der Detektion zu keiner magnetischen Sättigung des Spulenantriebs kommt, da nur dann der erste Zeitpunkt mit einer ausreichend hohen Genauigkeit ermittelt werden kann . Basierend aus dem ermittelten (ersten) Zeitpunkt kann beispielsweise durch einen Vergleich mit dem Verhalten eines Referenz-Kraftstoffinjektors , bei dem z.B. in einem Motormessstand unter vergleichbaren Bedingungen der zeitliche Un- terschied zwischen dem ersten Zeitpunkt (Erreichen der Öffnungsposition bei der elektrischen Test-Erregung) und dem zweiten Zeitpunkt (Erreichen der Öffnungsposition bei der elektrischen Standard-Erregung) ermittelt wurde, der zu erwartende (zweite) Zeitpunkt des Erreichens der Öffnungsposition bei der elektrischen Standard-Erregung für den betreffenden Kraftstoffinj ektor bestimmt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass es auch bei der beschriebenen Test-Erregung zu einer magnetischen Sättigung während des entsprechenden Stromverlaufes kommen kann. Entscheidend für das beschriebene Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens ist jedoch, dass die Test-Erregung so schwach ist, dass es zum dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, eine magnetische Sättigung (noch) nicht vorliegt.
Die elektrische Test-Erregung und/oder die elektrische Standard-Erregung ist insbesondere ein zeitlicher Verlauf einer Erregung, welche eine an der Spule angelegte Spannung und/oder ein durch die Spule fließender Strom sein kann.
Unter dem Begriff "schwächer" bzw. "schwächere Erregung" kann in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das zeitliche Integral über die an der Spule anliegende Spannung und/oder das zeitliche Integral über den durch die Spule fließenden Strom kleiner ist als das entsprechende zeitliche Integral bei der Standard-Erregung.
Unter dem Ausdruck "ohne eine magnetische Sättigung" kann in diesem Dokument insbesondere verstanden werden, dass die Magnetisierung eines magnetischen und insbesondere ferro- magnetischen Elements wie beispielsweise eine Armatur oder ein sog. Anker des Spulenantriebs unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung magnetisch nicht in Sättigung kommt. Dies bedeutet, dass eine (weitere) Erhöhung der elektrischen Erregung der Spule zumindest zu einer gewissen (weiteren) Erhöhung der Magnetisierung des ferromagnetischen Elements führt.
Bei der Beaufschlagung des Kraftstoffinjektors mit der eine magnetische Sättigung vermeidenden Test-Erregung kann somit sichergestellt werden, dass am Ende der Bewegung des Ankers bzw. einer an dem Anker befestigten Ventilnadel des Kraftstoffin- jektors die elektrische Größe so genau gemessen werden kann, dass ein Beitrag zu dieser Größe, welcher auf einer mit dem Erreichen der Öffnungsposition verbundenen starken Geschwindigkeitsänderung basiert, bestimmt werden kann.
Unter dem Begriff Öffnungsposition kann insbesondere eine Endposition einer im Kraftstoffinjektor verschiebbar gelagerten Ventilnadel des Kraftstoffinjektors verstanden werden. Diese Endposition kann insbesondere durch einen mechanischen Endanschlag definiert sein.
Die Begriffe "erster Zeitpunkt" und "zweiter Zeitpunkt" können insbesondere als relative Zeitangaben in Bezug zu einem bestimmten Charakteristikum der elektrischen Test-Erregung bzw. der elektrischen Standard-Erregung aufgefasst werden. Das Charakteristikum in der Test- bzw. der Standard-Erregung kann dabei jeder beliebige Zeitpunkt in dem entsprechenden zeitlichen Erregungsprofil sein. Insbesondere kann das Charakteristikum der Beginn einer sog. Boost-Phase sein, während der die Spule des Kraftstoffinjektors mit einer überhöhten Erregung beaufschlagt wird .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Messgröße ein an der Spule des Spulenantriebs abgegriffener Strom.
Der abgegriffene Strom kann insbesondere auch Anteile enthalten, welche in dem Elektromagneten aufgrund von zeitlich veränderlichen Wirbelströmen induziert werden, wobei diese Wir- beiströme wiederum von der Geschwindigkeit der Armatur, des Ankers oder einer Ventilnadel des Kraftstoffinj ektors relativ zu einem Gehäuse des Kraftstoffinjektors abhängen. Da die Öffnungsposition (einer Ventilnadel) eines Kraftstoffinjektors üblicherweise durch einen mechanischen Anschlag bestimmt ist, ergibt sich beim Erreichen dieser Öffnungsposition ein schlagartiges Abbremsen und somit eine große Geschwindigkeitsänderung. Diese große Geschwindigkeitsänderung führt wiederum zu starken Wirbelströmen, so dass der Beitrag der Stromänderung, welcher auf die Wirbelströme zurückgeht, entsprechend stark ist und in bekannter Weise detektiert und der tatsächliche Zeitpunkt des Erreichens der Öffnungsposition unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung ermittelt werden kann .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Bestimmen des zweiten Zeitpunkts zusätzlich basierend auf einem Kraftstoffdruck, welcher an dem Kraftstoffinjektor anliegt .
Da das tatsächliche Öffnungsverhalten häufig in nicht unerheblicher Weise von dem Kraftstoffdruck abhängt, welcher an dem Kraftstoffinj ektor anliegt, kann durch eine Berücksichtigung des aktuellen Kraftstoffdruckes der zweite Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung seine Öffnungsposition erreichen würde, besonders genau bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen sowohl die Test-Erregung als auch die Standard-Erregung jeweils eine Boost-Phase auf. Ferner unterscheidet sich die
Test-Erregung von der Standard-Erregung durch eine unterschiedliche zeitliche Länge der Boost-Phase. Bevorzugt unterscheiden sich die beiden Erregungen lediglich hinsichtlich der Länge ihrer Boost-Phasen . Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise zwischen den beiden verschiedenen Arten von Erregungen gewechselt werden kann. Eine aufwendige voll- ständige Umkonfiguration einer entsprechen Ansteuerendstufe ist damit nicht erforderlich, um im realen Betrieb des Kraftstoffinjektors von Zeit zu Zeit eine Test-Erregung zu generieren, anhand der dann das tatsächliche Öffnungsverhalten des
Kraftstoffinjektors unter dem Einfluss der Standard-Erregung bestimmt werden kann.
Unter dem Begriff Boost-Phase kann in diesem Zusammenhang jene Zeitspanne bei der Erregung der Spule verstanden werden, in- nerhalb der der zeitliche Gradient eines Energieeintrags in die Spule einen besonders hohen positiven Wert aufweist. Dabei basiert die Boost-Phase auf dem Anlegen einer sog.
Boost-Spannung, welche durch eine geeignete elektrische Boost-Schaltung gegenüber einer durch eine Fahrzeugbatterie bereit gestellte Spannung erhöht ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Bestimmen des zweiten Zeitpunkts basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt unter Verwendung von in einer Da- tenbank abgelegten Vergleichsdaten.
Die Vergleichsdaten können beispielsweise analytische und/oder tabellarisch abgelegte Kennlinien sein, welche für einen Referenz-Kraftstoffinjektor, welcher beispielsweise in einem Motor-Teststand genau vermessen wurde, den Zusammenhang zwischen den Zeitpunkten des Erreichens der Öffnungsposition unter dem Einfluss der Test-Erregung und den Zeitpunkten des Erreichens der Öffnungsposition unter dem Einfluss der Standard-Erregung beschreiben. Dabei kann dieser Zusammenhang auch in Abhängigkeit des an den Kraftstoffinjektor angelegten Kraftstoffdrucks und/oder in Abhängigkeit der Boost-Dauer bei der Test-Erregung und/oder bei der Standard-Erregung durch eine entsprechende Vielzahl an unterschiedlichen Kennlinien in der Datenbank abgelegt sein.
Das Erstellen der genannten Kennlinien und/oder, im Falle der Berücksichtigung von mehreren Abhängigkeiten, das Erstellen von ggf. mehrdimensionalen Kennflächen kann auf verschiedene Arten erfolgen. Neben der bereits oben erwähnten Bestimmung der Anschlagszeitpunkte mit einem instrumentierten Kraftstoffinjektor (in einem Motor-Teststand), welche Bestimmung durch eine Auswertung des an der Spule anliegenden elektrischen Signals und/oder durch eine explizite Messung von Einspritzratenverläufen mit jeweils einem Rückschluss auf die Bewegung der Ventilnadel erfolgen kann, ist auch eine Ermittlung der Anschlagszeitpunkte bzw. der Kennlinien durch geeignete Simulationen möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird basierend auf (a) dem ermittelten ersten Zeitpunkt, (b) den in der Datenbank abgelegten Vergleichsdaten und/oder (c) einer zeitlichen Länge für eine Boost-Phase der Test-Erregung dem Kraftstoffinj ektor ein bestimmter Wert für eine Gegenkraft zugeordnet, welche beim Öffnen des Kraftstoffinjektors einer Magnetkraft, welche von dem Magnetfeld der erregten Spule auf einen beweglichen magnetischen Anker wirkt, entgegen wirkt.
Die genannte Gegenkraft kann eine mechanische Gegenkraft sein, welche insbesondere von einer Kraft einer rückstellenden Feder des Kraftstoffinjektors verursacht wird. Diese Gegenkraft kann jedoch als weitere Komponente auch noch eine Reibungskraft sein, welche in einem Lager, insbesondere in einem Linearlager, entsteht, wenn sich der magnetische Anker (zusammen mit der Ventilnadel) in Richtung der Öffnungsposition bewegt. Da eine Reibungskraft stets antiparallel zu einer die Reibungskraft hervorrufenden Bewegung orientiert ist, trägt diese bei einem sich öffnenden Kraftstoffinj ektor zusammen mit der Federkraft einer Rückstellfeder zu einer verlangsamten Öffnungsbewegung bei .
Die beschriebene Zuordnung eines bestimmten Wertes für eine derartige Federkraft hat den Vorteil, dass der jeweilige Kraftstoffinj ektor auf unkomplizierte Weise klassifiziert werden kann. Dadurch wird eine besonders einfache und trotzdem genaue Zuordnung zwischen den beiden genannten Zeitpunkten möglich. Anschaulich gesprochen bedeutet dies, dass bei einer Kenntnis des ersten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, auf einfache und trotzdem genaue Weise der zweite Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem der Kraft- Stoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung seine Öffnungsposition erreichen würde.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Korrelation zwischen einem Test-Öffnungs- verhalten und einem Standard-Öffnungsverhalten eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung, welche so schwach ist, dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem keine magnetische Sättigung des Spulenantriebs vorherrscht, (b) ein Messen des zeitlichen Verlaufs einer Test-Kraftstoff-Durchflussrate durch den Kraftstoffinj ektor , (c) ein Ermitteln eines ersten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem
Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der Test-Kraftstoff-Durchflussrate, (d) ein Beaufschlagen der Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Standard-Erregung, welche so stark ist, dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors mit einer magnetischen Sättigung des Spulenantriebs erfolgt, (e) ein Messen des zeitlichen Verlaufs einer Standard-Kraftstoff-Durchflussrate durch den Kraftstoffinj ektor , (f) ein Ermitteln eines zweiten Zeitpunkts, zudem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen
Standard-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlaufs der Standard-Kraftstoff- Durchflussrate, und (g) ein Bestimmen der Korrelation zwischen dem Test-Öffnungsverhalten und dem Standard-Öffnungsverhalten, wobei der ermittelte erste Zeitpunkt mit dem ermittelten zweiten Zeitpunkt verglichen wird. Dem beschriebenen Verfahren zum Bestimmen einer Korrelation zwischen einem Test-Öffnungsverhalten und einem Standard- Öffnungsverhalten liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Vielzahl von derartig bestimmten Korrelationen Kennlinien bestimmt werden können, welche sich insbesondere für das oben beschriebene Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors eignen, bei dem der zweite Zeitpunkt basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt unter Verwendung von in einer Da- tenbank abgelegten Vergleichsdaten erfolgt. Dabei stellen die Vergleichsdaten die Korrelation bzw. die durch eine Vielzahl von Korrelationen bestimmte Kennlinie dar.
Das hier beschriebene Korrelationsbestimmungsverfahren kann insbesondere mit einem bestimmten Referenz-Kraftstoffinjektor in einem Motor-Teststand durchgeführt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn als Referenz-Kraftstoffinjektor ein Kraftstoffinj ektor verwendet wird, der im Vergleich zu einer Vielzahl von anderen Kraftstoffinjektoren desselben Typs eine mittlere mechanische Gegenkraft beim Öffnungsvorgang aufweist. Ein derartiger Kraftstoffinjektor kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass unter gegebenen Bedingungen für verschiedene Kraftstoffinj ektoren desselben Typs ein Kraftstoffinj ektor ausgewählt wird, dessen Öffnungsverhalten un- gefähr dem durchschnittlichen Öffnungsverhalten entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Dieses Verfahren weist auf (a) ein Bestimmen des zeitlichen Öffnungsverhaltens des Kraftstoffinjektors mit einem oben beschriebenen Verfahren, (b) ein Anpassen der elektrischen Ansteuerung für die elektrische Standard-Erregung des Kraftstoffinjektors basierend auf dem bestimmten zeitlichen Öff- nungsverhalten, so dass mit einem Einspritzvorgang eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff injiziert wird. Dem beschriebenen Ansteuerverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das oben erläuterte Verfahren zum Bestimmen des zeitlichen Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors dazu verwendet werden kann, (a) das zu erwartende tatsächliche Bewegungsverhalten eines Magnetankers bzw. einer mit dem Magnetanker mechanisch gekoppelten Ventilnadel des Kraftstoffinjektors unter dem Einfluss der Standard-Erregung zu bestimmen, (b) basierend auf dem bestimmten Bewegungsverhalten die tatsächliche Kraftstoff-Einspritzmenge zu ermitteln und (c) für einen nachfolgenden Einspritzvorgang unter dem Einfluss einer Standard-Erregung die elektrische Ansteuerung des Kraftstoffinjektors derart anzupassen, dass die Kraftstoff-Einspritzmenge möglichst genau einer für einen bestimmten Betriebszustand vorgegebenen Sollmenge entspricht. Die elektrische Ansteuerung der Spule erfolgt dabei insbesondere durch eine ggf. modifizierte Standard-Erregung, bei der, wie bereits oben beschrieben, sichergestellt ist, dass sich spätestens bis zum Zeitpunkt des Erreichens der Öffnungsposition eine magnetische Sättigung des Spulenantriebs eingestellt hat.
Die beschriebene Anpassung der elektrischen Ansteuerung der Spule des Kraftstoffinjektors kann dabei insbesondere durch die oben im Detail erläuterte Korrelation zwischen dem Test- Öffnungsverhalten und dem Standard-Öffnungsverhalten des Kraftstoffinjektors berechnet oder bestimmt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Beaufschlagen der Spule des Spulenantriebs mit der elektrischen Standard-Erregung auf, wobei die angepasste elektrische Ansteuerung verwendet wird.
Mit diesem Ansteuerverfahren kann die Mengengenauigkeit des Kraftstoffinjektors insbesondere bei kleinen Mengen erheblich verbessert werden und damit ein wichtiger Beitrag für einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder für reduzierte Schadstoffemissionen geleistet werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Beaufschlagen der Spule mit der elektrischen Test-Erregung und das Beaufschlagen der Spule mit der elektrischen Standard-Erregung innerhalb einer Zeitspanne von weniger als einer Minute und insbesondere innerhalb einer Zeitspanne von weniger als einer Sekunde durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass sich innerhalb einer derart kurzen Zeitspanne die Rahmenbedingungen für den Betrieb des Kraftstoffinjektors nicht oder zumindest nicht wesentlich ändern, so dass eine besondere genaue Anpassung der elektrischen Ansteuerung für die elektrische Standard-Erregung des Kraftstoffinjektors gewährleistet werden kann .
Insbesondere bleibt während einer derartig kurzen Zeitspanne die Betriebstemperatur des gesamten Kraftstoffinjektors konstant, so dass beispielsweise die elektrischen Parameter der Spule wie deren ohmscher Widerstand oder deren Induktivität zumindest annäherungsweise gleich bleibt. In diesem Zusammenhang wird erwähnt, dass die Induktivität der Spule von der exakten räumlichen Struktur der Spule abhängt, welche infolge einer thermischen Ausdehnung auch von der Temperatur abhängt . Wenn also die elektrischen Parameter der Spule bzw. des gesamten Spulenantriebs zumindest näherungsweise konstant bleiben, dann werden mit dem beschriebenen Verfahren automatisch mit einer besonders hohen Genauigkeit die mechanischen Injektor-zuInjektor Toleranzen zum jeweiligen Mess- und Betriebszeitpunkt kompensiert .
Es wird darauf hingewiesen, dass im realen Betrieb des Kraftstoffinjektors die beschriebene elektrische Test-Erregung nur vergleichsweise selten verwendet werden sollte. Dies liegt daran, dass ein Betrieb mit der elektrischen Test-Erregung nicht dauerhaft erfolgen kann, da die durch die schwächere Test-Erregung verringerte Öffnungsgeschwindigkeit des Kraftstoffinjektors in der Praxis zu einer deutlich geringeren Einspritzgualität (insbesondere Einspritzmengen-Verlauf) führt. Insbesondere können bei einer elektrischen Test-Erregung unerwünschte Zerstäubungen auftreten. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Vorrich- tung, welche insbesondere in oder mittels einer Motorsteuerung realisiert sein kann, weist auf (a) eine Erregungseinrichtung zum Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung, welche im Vergleich zu einer elektrischen Standard-Erregung, mit welcher die Spule im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, schwächer ist, so dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors ohne eine magnetische Sättigung des Spulenantriebs erfolgt, (b) eine Messeinrichtung zum Messen des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Größe der Spule, und (c) eine Datenverarbeitungseinrichtung zum (cl) Ermitteln eines ersten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe, und zum (c2) Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung seine Öffnungsposition erreichen würde, basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt.
Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zu- gründe, dass durch eine gezielt schwächere elektrische Erregung der Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors im Rahmen einer sog. Test-Erregung der Verlauf einer elektrischen Größe, welche für das Öffnungsverhalten des Kraftstoffinjektors unter dem Einfluss der schwächeren Test-Erregung charakte- ristisch ist, mit einer Genauigkeit gemessen werden kann, welche ausreichend ist, um den genauen (ersten) Zeitpunkt der Erreichens der Endposition (unter dem Einfluss der Test-Erregung) zu ermitteln. Dabei ist entscheidend, dass es unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung zu keiner magnetischen Sättigung des Spulenantriebs kommt, da in der Regel nur dann die elektrische Größe mit einer ausreichenden Genauigkeit gemessen werden kann, was wiederum die entscheidende Voraussetzung für eine genaue Ermittlung des ersten Zeitpunkts darstellt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors eingerichtet.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines Computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines ComputerSystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen .
Das Computerprogramm kann als Computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem Computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher oder Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann .
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungs- formen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines Kraftstoffin jektors .
Figur 2 zeigt einen Vergleich zwischen einem Stan- dard-Erregungsprofil und einem Test-Erregungsprofil.
Figur 3 zeigt Simulationsergebnisse für das Öffnungsverhalten von drei verschiedenen Kraftstoffinjektoren mit unterschiedlichen Federkräften in Abhängigkeit eines an dem jeweiligen Kraftstoffinjektor anliegenden Kraftstoffdrucks .
Figur 4 zeigt für zwei verschiedene Kraftstoffinjektoren
Kennflächen für die Abhängigkeit des zeitlichen Öffnungsverhaltens (a) von einem an dem jeweiligen Kraftstoffinjektor anliegenden Kraftstoffdruck und (b) von einer Dauer einer Boost-Phase.
Figur 5 zeigt für drei verschiedene Dauern einer Boost-Phase die Kennlinien für zwei Kraftstoffinj ektoren mit einer Federkraft von 15N bzw. 25N bezogen auf einen Referenz-Kraftstoffin jektor mit einer Federkraft von 20N.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an mög- liehen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsva- rianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Bestimmen des Öff- nungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden
Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung 100 weist eine Erregungseinrichtung 102 zum Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung auf, welche im Vergleich zu einer elektrischen Standard-Erregung, mit welcher die Spule im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, schwächer ist, so dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem keine magnetische Sättigung des Spulenantriebs vorherrscht. Die Vorrichtung weist ferner eine Messeinrichtung 104 zum Messen des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Größe der Spule und eine Datenverarbeitungseinrichtung 106 auf. Die Datenverarbeitungseinrichtung 106 dient (a) zum Ermitteln eines ersten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinjektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe, und (b) zum Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung seine Öffnungsposition erreichen würde, basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt.
Figur 2 zeigt einen Vergleich zwischen einem Standard-Erregungsprofil und einem Test-Erregungsprofil. Im oberen Diagramm ist eine an der Spule eines Kraftstoffinjektors anliegende Spannung U als Funktion der Zeit t, im mittleren Diagramm ist die Stärke eines entsprechenden durch die Spule fließenden Stromes I und im unteren Diagramm ist der resultierende zeitliche Verlauf des Hubs s einer Ventilnadel des Kraftstoffinjektors dargestellt.
Eine Serien-Erregung ist mit durchgezogenen Linien dargestellt, die mit den Bezugs zeichen 210 und 220 versehen sind. Dabei zeigt die Linie 210 den Spannungsverlauf der Serien-Erregung und die Linie 220 zeigt den entsprechenden Stromverlauf der Serien- Erregung. Eine Testerregung ist zumindest in den Bereichen, wo sie sich von der Serien-Erregung unterscheidet, durch ge- strichelte Linien dargestellt, die mit den Bezugszeichen 211 und 221 versehen sind. Dabei zeigt die Linie 211 den Spannungsverlauf der Test-Erregung und die Linie 221 zeigt den entsprechenden Stromverlauf bei dieser Serien-Erregung. Wie aus Figur 2 ersichtlich, unterscheidet sich gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Spannungsverlauf 211 der Test-Erregung lediglich in der Zeitdauer einer Boost-Phase von dem Spannungsverlauf 210 der Serien-Erregung. Innerhalb dieser Boost-Phase wird in bekannter Weise zum Zwecke eines möglichst schnellen Öffnens des Kraftstoffinjektors eine Boost-Spannung Uboost angelegt.
Die in dem mittleren Diagramm mittels einer Strichpunktlinie 225 dargestellte horizontale Linie illustriert die Grenze, ab der eine magnetische Sättigung auftritt. Im Bereich oberhalb dieser Sättigungsgrenze 225 liegt eine magnetische Sättigung vor, unterhalb dieser Sättigungsgrenze 225 kommt es zu keiner magnetischen Sättigung. Dies hat zur Folge, dass, wie aus dem unteren Diagramm von Figur 2 ersichtlich, zum Zeitpunkt t2 des Erreichens des maximalen Ventilhubs smax, im Falle der Serien-Erregung eine magnetische Sättigung vorliegt (vgl. Verlauf 230 eines Nadelhubs bei der Serien-Erregung) . Im Unterschied dazu liegt zu einem späteren Zeitpunkt t2 ' des Erreichens des maximalen Ventilhubs smax bei der Test-Erregung (vgl. Verlauf 231 eines Nadelhubs bei der Test-Erregung) keine magnetische
Sättigung vor. Wie bereits oben im Detail erläutert, kann an dem mit dem Bezugs zeichen 221a gekennzeichneten Punkt der Kurve 221 anhand einer genauen Analyse des an der Spule abgegriffenen Stroms das Erreichen der Öffnungsposition, welches dem Nadelhub smax entspricht, erkannt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Er- kennung des Erreichens der Öffnungsposition durch Beaufschlagen der Spule des Kraftstoffinjektors mit einer geeigneten Test- Erregung an mindestens einem Betriebspunkt, welcher durch einen bestimmten Kraftstoffdruck fup (fuel pressure) bestimmt ist und danach durch ein Übertragen des erkannten Wertes auf einen Betriebsbereich mit einer Standard-Erregung.
Figur 3 zeigt Simulationsergebnisse für drei verschiedene Kraftstoffinj ektoren mit unterschiedlichen Federkräften Fl, F2 und F3, wobei gilt: Fl<F2<F3. Der Zeitpunkt t2 des Erreichens der Öffnungsposition (Nadelanschlag) ist in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks (fup) und der unterschiedlichen Federkräfte Fl , F2 und F3 dargestellt. Die entsprechenden Kurven, welche Kennlinien darstellen, sind mit den Bezugszeichen 341, 342 und 343 gekennzeichnet. Wie aus Figur 3 ersichtlich, werden durch die verschiedenen Federkräfte verschiedene Gegenkräfte simuliert. Diese Gegenkräfte können noch weitere veränderliche Komponenten wie z.B. Reibungskräfte enthalten. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass die stärkste Federkraft F3 die Öffnungsbewegung der Ventilnadel am stärksten hemmt, so dass sich für die Federkraft F3 die größten Werte für den jeweiligen Zeitpunkt t2 des Nadelanschlags ergeben. Aus Figur 3 ist ferner ersichtlich, dass alle Kraftstoffinjektoren durch zumindest näherungsweise ähnliche Kurven beschrieben werden. Falls nun ein Punkt im fup-t2 Diagramm bekannt ist, dann kann auch auf alle anderen Punkte geschlossen werden. Dies kann z.B. durch tabellarisches Ablegen dieser Kurven 341, 342 und 343, welche Kennlinien darstellen, geschehen.
Alternativ können diese Kennlinien 341, 342 und 343 auch durch eine geeignete Parametrisierung beschrieben werden. Der Übertrag eines Detektionswertes für den Zeitpunkt t2 des Nadelanschlags von einem Testbetrieb mit einer Test-Erregung auf einen Normalbetrieb mit einer Standard-Erregung kann besonders genau sein, wenn eine entsprechende Kennlinientabelle noch um die Zeitdauer tboost der Boost-Phase erweitert wird. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zeitdauer tboost nämlich das wesentliche Merkmal zur Unterscheidung der
Test-Erregung von der Standard-Erregung. Eine geringe Zeitdauer tboost entspricht einer Test-Erregung, eine längere Zeitdauer tboost entspricht einer Standard-Erregung.
Figur 4 zeigt für zwei verschiedene Kraftstoffinjektoren entsprechende Kennflächen für die Abhängigkeit des zeitlichen Öffnungsverhaltens (a) von dem an dem jeweiligen Kraftstoffinjektor anliegenden Kraftstoffdruck und (b) von der Zeitdauer tboost einer Boost-Phase. Der Kraftstoffdruck fup ist in der Einheit 105 Hektopascal aufgetragen. Die Zeitdauer tboost ist in der Einheit 10~4 Sekunden aufgetragen. Der Zeitpunkt t2 des Nadelanschlags ist ebenfalls in der Einheit 10~4 Sekunden aufgetragen .
Die beiden Kraftstoffinjektoren unterscheiden sich in der Gegenkraft, welche insbesondere durch die Feder bei einer Öffnungsbewegung die Nadelbewegung hemmt bzw. verlangsamt. Auch hier kann durch Ablegen der Werte in Tabellen bzw. durch eine geeignete Parametrisierung der Flächen von einem Punkt auf alle anderen Punkte geschlossen werden. Wird die Ansteuerung mit der Test-Erregung zeitnah an verschiedenen Betriebspunkten ausgeführt, dann kann davon ausgegangen werden, dass sich die Betriebstemperatur des Kraftstoffinjektors nicht verändert hat. In diesem Fall sind die elektrischen Parameter des Spulenantriebs wie z.B. der ohmsche Widerstand der Spule und die Induktivität der Spule (keine thermische Ausdehnung) gleichbleibend und nur die mechanischen Toleranzen werden gemessen. Dadurch können elektrische Einflüsse und mechanische Einflüsse auf das Öffnungsverhalten des Kraftstoffinjektors voneinander getrennt werden.
Figur 5 zeigt für drei verschiedene Dauern tboost einer
Boost-Phase die Kennlinien für zwei Kraftstoffin jektoren mit einer Federkraft von 15N bzw. 25N bezogen auf einen Referenz-Kraftstoffinj ektor mit einer Federkraft von 20N. Auf der Abszisse ist der Kraftstoffdruck in der Einheit 105 Hektopascal aufgetragen. Auf der Ordinate ist in der Einheit 1CT4 Sekunden der Unterschied At zwischen (a) der Öffnungszeit t2 des Kraftstoffinjektors mit der Federkraft 15N (linke Seite) bzw. mit der Federkraft 25N (rechte Seite) und (b) der Öffnungszeit t2 des Referenz-Kraftstoffinjektors mit der Federkraft 20N aufge- tragen.
Mit den Bezugszeichen 451a und 451b sind die entsprechenden Verläufe von At für eine Erregung mit einer Zeitdauer tboost von 415 s (= 415 x 1CT6 Sekunden) dargestellt. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht eine Zeitdauer tboost von 415 s einer elektrischen Standard-Erregung. Mit den Bezugszeichen 452a und 452b sind die entsprechenden Verläufe von At für eine Erregung mit einer Zeitdauer tboost von 300 s dargestellt. Mit den Bezugszeichen 453a und 453b sind die entsprechenden Verläufe von At für eine Erregung mit einer Zeitdauer tboost von 280 s dargestellt.
Da gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Injektor mit einer Federkraft bzw. mit einer Gegenkraft von 20N als Referenz-Kraftstoffinjektor definiert ist, können anhand der charakteristischen Verläufe von Kennlinien die Federkräfte von abweichenden Kraftstoffinjektoren bestimmt werden. Dies kann wie nachfolgend beschrieben erfolgen: (1) Zunächst wird bei der Beaufschlagung des betreffenden
Kraftstoffinjektors mit einer Test-Erregung der Zeitpunkt t2 ' des Nadelanschlags anhand einer genauen Auswertung des an der Spule des Kraftstoffin jektors abgegriffenen Stroms bestimmt. (2) Danach wird aus einer hinterlegten Tabelle der entsprechende Wert für den Referenz-Kraftstoffinjektor bei der gleichen
Test-Erregung abgelesen. (3) Dann wird die Differenz At aus dem bestimmten Wert t2 ' und dem entsprechenden Wert für den Re- ferenz-Kraftstoffinjektor berechnet. (4) Ferner wird der aktuelle Kraftstoffdruck fup gemessen. (5) Mit dem gemessenen Kraftstoffdruck fup und dem berechneten Wert für die Differenz At ist ein Punkt in dem linken bzw. dem rechten Diagramm von Figur 5 definiert. (6) Nach Durchführung der Detektion an mehreren Betriebspunkten wird dann diejenige in einer Datenbank abgelegte Kurve gesucht, welche durch diese Punkte verläuft. Diese Kurve ist dann ein Maß für die Gegenkraft der Feder (und Reibung) des betreffenden Kraftstoffinjektors .
Zusammenfassend bleibt festzustellen:
(A) Mit dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren kann unter demEinfluss einer Test-Erregung der Zeitpunkt t2 ' des Erreichens der Öffnungsposition (Nadelanschlag) eines Kraftstoffinjektors an mindestens einem Betriebspunkt, welcher u.a. durch den Kraftstoffdruck bestimmt sein kann, erkannt werden.
(B) Unter Verwendung dieses erkannten Zeitpunktes t2 ' kann auf den Nadelanschlag geschlossen werden, welcher sich unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung ergeben würde. (C) Da damit der Zeitpunkt des Nadelanschlags bei der Standard-Erregung bekannt ist, kann durch eine geeignete Regelstrategie das Öffnungsverhalten aller Kraftstoffinjektoren in einem Verbrennungsmotor gleichgestellt werden.
(D) Dadurch kann eine verbesserte Ansteuerung von Kraftstoff- injektoren beispielsweise im Hinblick auf eine gewünschte lineare Abhängigkeit zwischen (i) der Zeitdauer der Erregung der Spule des betreffenden Kraftstoffinjektors und (ii) der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge erreicht werden. Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung zum Bestimmen des zeitlichen Öffnungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors
102 Erregungseinrichtung
104 Messeinrichtung
106 Datenverarbeitungseinrichtung
210 Spannungsverlauf einer Serien-Erregung
211 Spannungsverlauf einer Test-Erregung
220 Stromverlauf einer Serien-Erregung
221 Stromverlauf einer Test-Erregung
221a Erregungszustand mit der Möglichkeit einer Erkennung des Erreichens der Öffnungsposition
225 Sättigungsgrenze
230 Nadelhub bei Serien-Erregung
231 Nadelhub bei Test-Erregung
I durch Spule fließender Strom
s Hub der Ventilnadel
t Zeit
t2' Zeitpunkt des Erreichens des maximalen Ventilhubs im
Falle der Test-Erregung
t2 Zeitpunkt des Erreichens des maximalen Ventilhubs im
Falle der Serien-Erregung
smax maximaler Ventilhub
t Zeit
U an Spule anliegenden Spannung
Uboost Boost-Spannung 341 Kennlinie für erste Federkraft Fl
342 Kennlinie für zweite Federkraft F2
343 Kennlinie für dritte Federkraft F3
fup Kraftstoffdruck a/b Unterschied At hinsichtlich der Öffnungszeit (Zeit punkt des Nadelanschlags) für zwei verschiedene Kraftstoffinjektoren für eine Boost-Dauer von 415μa/b Unterschied At hinsichtlich der Öffnungszeit (Zeit punkt des Nadelanschlags) für zwei verschiedene Kraftstoffinjektoren für eine Boost-Dauer von 300μa/b Unterschied At hinsichtlich der Öffnungszeit (Zeit punkt des Nadelanschlags) für zwei verschiedene Kraftstoffinjektoren für eine Boost-Dauer von 280μ

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
- Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung (211, 221), welche im Vergleich zu einer elektrischen Standard-Erregung (210, 220), mit welcher die Spule im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, schwächer ist, so dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem sich der Spulenantrieb nicht in magnetischer Sättigung befindet,
- Messen des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Größe (I) der Spule,
- Ermitteln eines ersten Zeitpunkts (t2'), zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe (I), und
- Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts (t2), zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung (210, 220) seine Öffnungsposition erreichen würde, basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt (t2').
2. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
die elektrische Messgröße ein an der Spule des Spulenantriebs abgegriffener Strom (I) ist.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des zweiten Zeitpunkts (t2) zusätzlich basierend auf einem Kraftstoffdruck (fup) erfolgt, welcher an dem Kraftstoffinj ektor anliegt.
4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sowohl die Test-Erregung (211, 221) als auch die Standard-Erregung (210, 220) jeweils eine Boost-Phase aufweisen und wobei sich die Test-Erregung (211, 221) von der Standard-Erregung (210, 220) durch eine unterschiedliche zeitliche Länge (tboost) der Boost-Phase unterscheidet.
5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des zweiten Zeitpunkts (t2) basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt (t2' ) unter Verwendung von in einer Datenbank abgelegten Vergleichsdaten erfolgt.
6. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
basierend auf
(a) dem ermittelten ersten Zeitpunkt (t2'),
(b) den in der Datenbank abgelegten Vergleichsdaten und/oder
(c) einer zeitlichen Länge (tboost) für eine Boost-Phase der Test-Erregung (211, 221)
dem Kraftstoffinj ektor ein bestimmter Wert für eine Gegenkraft zugeordnet wird, welche beim Öffnen des Kraftstoffinjektors einer Magnetkraft, welche von dem Magnetfeld der erregten Spule auf einen beweglichen magnetischen Anker wirkt, entgegen wirkt.
7. Verfahren zum Bestimmen einer Korrelation zwischen einem Test-Öffnungsverhalten und einem Standard-Öffnungsverhalten eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
- Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung (211, 221), welche so schwach ist, dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffin- jektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem keine magnetische Sättigung des Spulenantriebs vorherrscht,
- Messen des zeitlichen Verlaufs einer
Test-Kraftstoff-Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor,
- Ermitteln eines ersten Zeitpunkts (t2'), zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung (211, 221) seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der
Test-Kraftstoff-Durchflussrate,
- Beaufschlagen der Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Standard-Erregung (210, 220), welche so stark ist, dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoffinjektors mit einer magnetischen Sättigung des Spulenantriebs erfolgt,
- Messen des zeitlichen Verlaufs einer Stan- dard-Kraftstoff-Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor,
- Ermitteln eines zweiten Zeitpunkts (t2), zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung (210, 220) seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlaufs der Stan- dard-Kraftstoff-Durchflussrate, und
- Bestimmen der Korrelation zwischen dem Test-Öffnungsverhalten und dem Standard-Öffnungsverhalten, wobei der ermittelte erste Zeitpunkt (t2') mit dem ermittelten zweiten Zeitpunkt (t2) verglichen wird.
8. Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
- Bestimmen des zeitlichen Öffnungsverhaltens des Kraft- stoffinjektors gemäß einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
- Anpassen der elektrischen Ansteuerung (U, I) für die elektrische Standard-Erregung (210, 220) des Kraftstoffinjektors basierend auf dem bestimmten zeitlichen Öffnungs- verhalten, so dass mit einem Einspritzvorgang eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff injiziert wird.
9. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend
- Beaufschlagen der Spule des Spulenantriebs mit der elektrischen Standard-Erregung (210, 220), wobei die angepasste elektrische
Ansteuerung verwendet wird.
10. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Beaufschlagen der Spule mit der elektrischen Test-Erregung (211, 221) und das Beaufschlagen der Spule mit der elektrischen Standard-Erregung (210, 220) innerhalb einer Zeitspanne von weniger als einer Minute und insbesondere innerhalb einer Zeitspanne von weniger als einer Sekunde durchgeführt wird.
11. Vorrichtung zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die Vorrichtung (100) aufweisend
- eine Erregungseinrichtung (102) zum Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Test-Erregung (211, 221), welche im Vergleich zu einer elektrischen Standard-Erregung (210, 220, mit welcher die Spule im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, schwächer ist, so dass ein Erreichen einer Öffnungsposition des Kraftstoff injektors zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem keine magnetische Sättigung des Spulenantriebs vorherrscht,
- eine Messeinrichtung (104) zum Messen des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Größe (I) der Spule, und
- eine Datenverarbeitungseinrichtung (106) zum
Ermitteln eines ersten Zeitpunkts (t2'), zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Test-Erregung (211, 221) seine Öffnungsposition erreicht, basierend auf dem gemessenen zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe (I) , und zum Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts (t2), zu dem der Kraftstoffinj ektor unter dem Einfluss der elektrischen Standard-Erregung (210, 220) seine Öffnungsposition erreichen würde, basierend auf dem ermittelten ersten Zeitpunkt (t2') .
12. Computerprogramm zum Bestimmen eines Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
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