WO2017144267A1 - Bestimmung einer elektrischen ansteuerzeit für einen kraftstoffinjektor mit magnetspulenantrieb - Google Patents

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WO2017144267A1
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time
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fuel injector
injection quantity
determining
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PCT/EP2017/052658
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Christian Hauser
Gerd RÖSEL
Markus Stutika
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D2200/0616—Actual fuel mass or fuel injection amount determined by estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/063—Lift of the valve needle

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of driving fuel injectors.
  • the invention relates to a method for determining a value of an electrical drive time for driving a fuel injector with a solenoid drive, in order to achieve a predetermined injection quantity ⁇ A.
  • the present invention relates to a method for driving a fuel injector with solenoid drive, a motor control and a computer program.
  • a fuel injector such as a solenoid valve or solenoid injector
  • a solenoid Inj ector also called coil injector
  • the solenoid valve or the solenoid injector has a so-called idle stroke between the armature and the nozzle needle or between the armature and the closure element, a displacement of the armature does not directly also lead to a displacement of the closure element or the nozzle needle, but only after a displacement of the armature Anchor has been completed by the amount of idle stroke.
  • the excitation voltage applied to the coil is turned off and the coil is short-circuited, so that the magnetic force degrades.
  • the coil short circuit causes a reversal of the voltage due to the degradation of the magnetic field stored in the coil.
  • the amount of voltage is limited by a diode.
  • Due to a restoring force, which is provided for example by a spring the nozzle needle or closure element including the armature are moved into the closed position.
  • the needle stroke is traversed in the opposite direction. In the case of injectors with idle stroke, this too is then passed through in the opposite direction. The time of the beginning of the needle movement when opening the
  • Kraftstoffinj ector also called OPP1
  • OPP4 the time of the end of the needle movement when closing the Kraftstoffinj injector
  • the evaluation of the characteristic waveform is problematic. Since the magnetic circuit is typically in saturation when opening, the reaction to the magnetic circuit is minimal and therefore difficult to detect.
  • One solution is to actively change the drive to ensure that the magnetic circuit is not in saturation.
  • the behavior of the injector changes which makes a subsequent transfer to the standard operation required, but which is associated with a non-negligible inaccuracy.
  • the object of the present invention is based is to provide an improved and simplified method for determining the opening behavior of a fuel injector, the correction of the injection amount he ⁇ enables in a simple manner.
  • This object is solved by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments of the vorlie ⁇ constricting invention are described in the dependent claims. According to a first aspect of the invention, a method for determining a value of an electrical drive time for driving a fuel injector with solenoid drive is described.
  • the described method comprises: (a) selecting an initial value of the electrical drive time based on the predetermined injection amount, (b) performing a drive of the fuel injector with the initial value of the electrical drive time, (c) detecting a time period of a closing operation in the driving of the Fuel injector with the initial value of the electrical drive time, (d) determining an injection quantity based on the initial value of the electrical drive time and the detected duration of the closing operation, (e) determining a difference between the determined injection quantity and the predetermined injection quantity and (f) determining a The value of the electrical activation time based on the determined difference, wherein the determination of the injection quantity and the determination of the value of the electrical activation time take place using a characteristic map that has a relationship between electrical activation time,
  • Closing time and injection quantity represents.
  • the described method is based on the finding that the use of a characteristic map, which represents the relationship between electrical activation time, duration of the closing process and injection quantity, enables a simple determination of the electrical activation time to determine the injection quantity with known electrical activation time and detected time duration of the closing operation which a desired hydraulic opening time and thus a predetermined injection quantity is achieved. It is particularly advantageous that a correction of the injection quantity can thus take place without a direct injection
  • electrical drive time refers in particular to the time duration during which the solenoid drive is subjected to an electrical voltage (increased boost voltage, optionally followed by holding voltage).
  • closing operation means, in particular, the operation which begins when the voltage is switched off (boost or hold voltage) and ends with (hydraulic) closing of the fuel injector.
  • the aim of the inventive method is to determine the value of the electrical activation time in which at entspre ⁇ chender actuation of a fuel injector (for example, the engine control unit) prescribed injection amount is reached (corresponding to a predetermined hydraulic opening time).
  • a fuel injector for example, the engine control unit
  • the method is initiated by selecting an initial value for the electrical activation time based on the predetermined injection quantity.
  • This selection is preferably performed using stored data, the ektortyp a general relationship between drive time and the injection quantity for the relevant Kraftstoffinj illustrate ⁇ .
  • These data are generic in the sense that they have been generated based on laboratory tests and / or model calculations for this type of fuel injector.
  • the data can also be tracked or adapted in combination with other sensors or functions (eg lambda control, etc.).
  • Each individual fuel injector of the relevant type consequently has a more or less deviating (actual) relationship between activation time and injection quantity due to manufacturing tolerances.
  • driving of the fuel injector is performed using the selected initial value of the driving electric time.
  • the solenoid driving of the fuel injector with a voltage curve is beauf beat ⁇ whose duration is equal to the selected value.
  • the voltage curve preferably starts with an increased .
  • the duration of the closing operation is detected.
  • the start time of the closing operation is known because it corresponds to the switching off of the voltage.
  • the time at which the closing operation ends is determined by a suitable method, for example by a detection method mentioned in the introduction above.
  • an (actual) injection quantity is determined based on the initial value of the electric drive time and the detected time duration of the closing operation. This determination of the injection quantity is carried out using a characteristic map which represents a relationship between electrical activation time, duration of the closing operation and injection quantity.
  • the map is stored, for example, in a suitable form in a memory of the engine control unit.
  • a difference between the detected (actual) injection amount and the predetermined injection amount is determined, and finally, a value (to be used) of the electrical driving time is determined based on the determined difference.
  • the determination of the value of the electrical drive time is also carried out using the characteristic map mentioned above. In other words, it is determined from the map how much the electrical drive time needs to be changed by the difference reduce or bring to zero between the specific injection quantity and the predetermined injection quantity.
  • the Ver ⁇ drive further comprises: (a) carrying out a further control of the fuel injector with the determined value of the electrical activation time, (b) detecting a further period of time of a closing operation in the further activation of the
  • Fuel injector with the determined value of the electrical activation time (c) determining a further injection quantity based on the determined value of the electrical activation time and the detected further duration of the closing operation, (d) determining a difference between the determined further injection quantity and the predetermined injection quantity and e)
  • the method according to the first aspect is repeated in principle. More specifically, further driving of the fuel injector is performed using the specific value of the electrical driving time. In this case, a further period of the closing operation is detected and used together with the determined value of the electrical control time as a basis for determining a further injection quantity. This is done using the same map used in the first aspect. Then, a difference between the determined further injection quantity and the predetermined injection quantity is determined, and finally another value (to be used) of the electrical activation time is determined based on the determined difference. The determination of the further value of the electrical activation time also takes place here using the characteristic map mentioned above. Upon subsequent activation of the fuel injector with the further value of the electrical activation time determined by the method according to the invention, an injection quantity is thus achieved which is even closer to or even equal to the predetermined injection quantity.
  • the above steps may be repeated once or more to iteratively more precisely determine the value of the driving time to be used.
  • the above steps may be repeated until the determined difference becomes less than a predetermined threshold.
  • the method further comprises determining whether the difference is greater than a predetermined threshold, wherein determining the further value is performed only if the difference is greater than the predetermined threshold.
  • the further value is only performed if the predetermined by the predetermined threshold precision has not yet been reached.
  • the characteristic diagram has a plurality of curves each having a constant injection quantity, wherein the electrical activation time along a first axis and the duration of the closing operation (closing time) along a second axis are indicated.
  • each individual curve in the map corresponds to a specific injection quantity.
  • the third size can thus be (determined, for example, injection amount if a combination of electrical activation time and duration of the closing operation not directly related to one of the.
  • the injection quantity can be determined by interpolation. _
  • the control of the fuel injector takes place in ballistic operation.
  • ballistic operation the driving time is so short that the needle does not reach its needle stop.
  • opening operation and closing operation are directly coupled with each other and the trajectory of the needle is approximately parabolic. Basis for this realization is the balance of power of a
  • control of the fuel injector is in linear operation and the method further comprises: (a) determining a value of the needle lift for the fuel injector; and (b) selecting the map from a plurality of maps based on the fuel injector determined value of the needle movement.
  • the drive time is so long that the needle reaches its needle stop.
  • opening and closing operation ⁇ process are not coupled to each other but separated by a holding phase in which the Kraftstoffinj ector is kept open.
  • the influence of variations in the needle stroke on the duration of the closing operation is considered (the larger the needle stroke, the longer the time duration under otherwise identical conditions) by a value of the needle lift for the fuel injector is determined and the map is selected based on this value ,
  • a number of maps are stored in the engine control unit, each map being associated with a needle stroke.
  • a correction factor may be used (depending on the needle stroke) or a map which contains ⁇ a set value of an off depending on the needle stroke.
  • Determining the value of the needle lift may be accomplished using various methods.
  • the needle stroke can be determined by measuring the assembly of the fuel injector and tracking during the lifetime of the fuel injector by means of a model.
  • the needle stroke can also be determined by measuring PSI-I curves (magnetic flux as a function of the current intensity) during operation of the fuel injector.
  • Another option is to control the fuel injector with a special profile during operation and tracking with model.
  • the method further comprises: (a) determining the value of an idle stroke for the fuel injector and (b) selecting the map from a plurality of maps based on the determined value of the idle stroke.
  • a correction factor (depending on the idle stroke) or a characteristic map which contains an offset value depending on the idle stroke can also be used here.
  • Determining the value of the idle stroke may be accomplished using various methods. For example, the idle stroke by measuring the assembly of the Kraftstoffinj ector and Tracking during the life of the fuel injector are determined by means of models. The idle stroke can also be determined by measuring PSI-I curves (magnetic flux as a function of the current intensity) during operation of the fuel injector. Another possibility is a control of the idle stroke by measuring the assembly of the Kraftstoffinj ector and Tracking during the life of the fuel injector.
  • PSI-I curves magnetic flux as a function of the current intensity
  • Fuel injector with a special profile during operation and tracking with model Fuel injector with a special profile during operation and tracking with model.
  • a method for driving a fuel injector with solenoid drive comprises: (a) obtaining a predetermined injection quantity, (b) performing the method according to the first aspect or one of the preceding embodiments in order to determine a value of an electrical activation time, and (c) activating the fuel injection vector with the determined value of the electrical activation time.
  • an engine controller for a vehicle is described for using a method according to the first / second aspect and / or one of the above embodiments.
  • a computer program which, when executed by a processor, is arranged according to the first method or second aspect and / or one of the above embodiments.
  • 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, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / 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 implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a fuel injector with solenoid drive.
  • FIG. 2 shows exemplary time profiles of voltage
  • FIG. 3 shows exemplary time profiles of the respective ones
  • Figure 4 shows a three-dimensional representation of a ⁇ to sammenhangs between drive time, closing time and opening time.
  • Figure 5 shows a three-dimensional representation of a ⁇ to sammenhangs between drive time, closing time and injection quantity.
  • 6 shows an exemplary map in accordance with an off ⁇ operation example.
  • FIG. 7 shows a flow chart of an inventive device
  • FIG. 1 shows a sectional view of a fuel injector
  • the per se known Kraftstoffinj ector 1 has a pole piece 2, a movable armature 3, a coil 4, a nozzle needle 5, a spring 6 and a coil housing 7.
  • the fuel injector 1 has an idle stroke between the armature 3 and the nozzle needle 5.
  • the armature 3 is moved in the direction of the pole piece 2 by electromagnetic forces.
  • By mechanical coupling then moves after overcoming the idle stroke then also the nozzle needle 5 and are injection holes for fuel supply free.
  • Anchor 3 and nozzle needle 5 continue to move until the armature 3 on the pole piece
  • FIG. 2 shows exemplary time profiles 21 and 22 of voltage U and current I when triggering a fuel injector 1.
  • peak current for example about 10A
  • the coil current reduces and thus pro ⁇ proportional to the magnetic force.
  • the needle begins to close.
  • the curve 31 corresponds to a fuel injector 1, in which the spring 6 has a relatively small spring force.
  • the curve 32 corresponds to a fuel injector 1, in which the spring 6 has a slightly larger spring force.
  • the curve 33 corresponds to a fuel injector 1, in which the spring 6 has an even greater spring force. 3 shows that the fuel injector 1 with the lowest spring force opens first (ROI> 0) and closes last. Similarly, the curve 33 shows that the fuel injector 1 with the largest spring force opens last and closes first.
  • the opening of the fuel injector 1 with the mean spring force (see the course 32) lies between the opening of the fuel injector with the lowest spring force (curve 31) and the opening of the fuel injector 1 with the greatest spring force (curve 33).
  • the closing of the fuel injector 1 with the mean spring force is between closing the fuel injector with the largest spring force (trace 33) and closing the fuel injector 1 with the lowest spring force (trace 31).
  • FIG. 4 shows a three-dimensional representation 40 of a relationship between activation time TI, closing time TS and opening time OPP1.
  • the relationship shown in FIG. 4 has been determined on the basis of numerous measurements (with varying Timing TI) on a variety of Kraftstoffinj injectors (with different spring forces) determined.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional representation 50 of a relationship between activation time TI, closing time TS and
  • Injection quantity MFF Injection quantity MFF.
  • the relationship 50 shown in FIG. 5 was derived from the relationship 40 shown in FIG. For this purpose, it was used that the hydraulic opening time significantly determines the escaping fuel quantity. The hydraulic opening time is determined by the time difference
  • OPP1 in the illustration 40 is transferable by the fuel quantity MFF. This in turn results in a clear relationship 50 from known TI and measured TS for quantification.
  • FIG. 6 shows an exemplary characteristic diagram 60 according to one exemplary embodiment.
  • the map 60 was determined by determining isolines for constant fuel quantities from the illustration 50.
  • each curve in the map corresponds to a constant injection amount, in the example shown, 1.25 mg, 1.5 mg, 1.75 mg, 2.0 mg, 2.25 mg, 2.5 mg, 2.75 mg, 3.0 mg, 3.25 mg , 3.5mg and 3.75mg.
  • Closing operation thus results in a simple manner, the injection quantity as the curve in the map 60, on which the point (TI, TS) is located.
  • the injection rate is 1.5mg.
  • the map 60 constitutes the basis for the following be ⁇ prescribed inventive method.
  • FIG. 7 shows a flowchart 70 of a method according to the invention for determining a value of an electrical drive time for driving a fuel injector 1 with solenoid drive 3 and 4 in order to achieve a predetermined injection quantity.
  • the method 70 starts in step 71 with selecting an initial value of the electrical drive time TI based on the predetermined injection amount.
  • a value for the electrical activation time TI is selected here, with which the predetermined injection quantity should be achieved if all the varying properties and sizes of the fuel injector have the corresponding standard values.
  • step 72 a control of the fuel injector 1 with the selected initial value of the electrical activation time TI is then performed and in step 73, the time period TS of the closing operation (closing time) during the actuation of the motor ⁇ stoffinj ector 1 with the initial value of the electric An ⁇ timing detected.
  • the actual injection quantity is then determined in step 74 using the characteristic diagram 60.
  • step 75 the difference between the determined injection quantity and the predetermined injection quantity is then calculated.
  • step 76 it is then determined whether the difference is greater than a predetermined threshold k.
  • a new value for the electrical activation time, TI will be true based on the difference in step ⁇ 77th More specifically, the new value of the electrical starting time TI is determined using the map 60. With this new value for TI then the method returns to step 72 in which a renewed actuation of the fuel injector ⁇ with the new value of the electrical activation time TI is performed.
  • step 76 If it is determined in step 76 that the difference is less than or equal to the predetermined threshold k, then the method 70 is ended 78.
  • the last value of the electric Anticianzeit now gives the predetermined injection quantity with the specified by the threshold precision and can therefore be used to control the Kraftstoffinj ector in operation.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Wertes einer elektrischen Ansteuerzeit (TI) zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (1) mit Magnetspulenantrieb (3, 4), um eine vorgegebene Einspritzmenge zu erreichen, beschrieben. Es weist auf: (a) Auswählen (71) eines Anfangswertes der elektrischen Ansteuerzeit (TI) basierend auf der vorgegebenen Einspritzmenge, (b) Durchführen (72) einer Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (1) mit dem Anfangswert, (c) Erfassen (73) einer Zeitdauer (TS) eines Schließvorgangs bei der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (1), (d) Ermitteln (74) einer Einspritzmenge basierend auf dem Anfangswert und der erfassten Zeitdauer (TS), Bestimmen (75) einer Differenz zwischen der ermittelten Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge und (e) Bestimmen (77) eines Wertes der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der bestimmten Differenz, wobei das Ermitteln der Einspritzmenge und das Bestimmen des Wertes der elektrischen Ansteuerzeit (TI) unter Verwendung eines Kennfeldes (60) erfolgen, das einen Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerzeit (TI), Zeitdauer (TS) des Schließvorgangs und Einspritzmenge darstellt.

Description

Beschreibung
Bestimmung einer elektrischen Ansteuerzeit für einen Kraftstoffinj ektor mit Magnetspulenantrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren . Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Wertes einer elektrischen Ansteuerzeit zur Ansteuerung eines Kraftstoff- injektors mit Magnetspulenantrieb, um eine vorgegebene Ein¬ spritzmenge zu erreichen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinj ektors mit Magnetspulenantrieb, eine Motorsteuerung sowie ein Com- puterprogramm.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum, wie etwa einen Zylinder, kann ein Kraftstoffinj ektor, wie zum Beispiel ein Magnetventil bzw. ein Solenoid-Inj ektor, verwendet werden. Solch ein Solenoid-Inj ektor (auch Spulen-Injektor genannt) weist eine Spule auf, welche bei Stromfluss durch die Spule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch eine Magnetkraft auf einen Anker ausgeübt wird, so dass sich der Anker verschiebt, um ein Öffnen bzw. Schließen einer Düsennadel bzw. eines Verschlusselements zum Öffnen bzw. Schließen des Magnetventils zu be- wirken. Weist das Magnetventil bzw. der Solenoid-Inj ektor einen sogenannten Leerhub zwischen Anker und Düsennadel bzw. zwischen Anker und Verschlusselement auf, so führt eine Verschiebung des Ankers nicht unmittelbar auch zu einer Verschiebung des Verschlusselements bzw. der Düsennadel, sondern erst nachdem eine Verschiebung des Ankers um die Größe des Leerhubs vollzogen worden ist.
Beim Anlegen einer Spannung an die Spule des Magnetventils wird durch elektromagnetische Kräfte der Anker in Richtung eines Polstücks bzw . Polschuhs bewegt . Durch eine mechanische Kopplung (z.B. einen mechanischen Kontakt) bewegt sich (bei Inj ektoren mit Leerhub erst nach Überwinden des Leerhubs) ebenfalls die Dü¬ sennadel bzw. das Verschlusselement und gibt, bei entsprechender Verschiebung, Einspritzlöcher zur Kraftstoffzufuhr in den Verbrennungsraum frei. Wenn weiter Stromfluss durch die Spule herrscht, bewegen sich Anker und Düsennadel bzw. Verschlus¬ selement weiter, bis der Anker an das Polstück anlangt bzw. anschlägt. Die dabei von der Düsennadel bis zum Anschlag des Ankers an das Polstück zurückgelegte Distanz wird auch als Nadelhub bzw. Arbeitshub bezeichnet. Um den Kraftstoffinj ektor zu schließen, wird die an die Spule angelegte Erregerspannung abgeschaltet und die Spule kurzgeschlossen, so dass sich die magnetische Kraft abbaut. Der Spulenkurzschluss verursacht aufgrund des Abbaus des in der Spule gespeicherten magnetischen Feldes eine Umpolung der Spannung. Die Höhe der Spannung wird mit einer Diode begrenzt. Aufgrund einer Rückstellkraft, welche beispielsweise durch eine Feder bereitgestellt ist, werden die Düsennadel bzw. Verschlusselement einschließlich Anker in die Schließposition bewegt. Dabei wird der Nadelhub in entgegengesetzter Richtung durchlaufen. Bei Injektoren mit Leerhub wird auch dieser danach in entgegengesetzter Richtung durchlaufen. Der Zeitpunkt des Beginns der Nadelbewegung beim Öffnen des
Kraftstoffinj ektors (auch OPP1 genannt) entspricht dem Beginn der Einspritzung und der Zeitpunkt des Endes der Nadelbewegung beim Schließen des Kraftstoffinj ektors (auch OPP4 genannt) entspricht dem Ende der Einspritzung. Diese beiden Zeitpunkte bestimmen somit die hydraulische Dauer der Einspritzung. Injektor-individuelle zeitliche Variationen des Beginns der Nadelbewegung (Öffnen) und des Endes der Nadelbewegung
(Schließen) können folglich bei identischer elektrischer An- steuerung unterschiedliche Einspritzmengen ergeben. Solche Variationen sind insbesondere auf Fertigungstoleranzen zurückzuführen, zum Beispiel Federkraft, Reibung, Sitzdurchmesser, Nadelhub, Leerhub etc.
Zur Korrektur solcher Variationen in der Einspritzmenge, insbesondere zur Gleichstellung der Einspritzmengen unter mehreren Injektoren, ist es bekannt, die Öffnungs- und
Schließzeitpunkte zu ermitteln, zum Beispiel durch Messung von Feedbacksignalen. Vorzugsweise wird die in der Patentanmeldung ^
DE 3843138 AI beschriebene Messung der dem Spulen-Strom bzw. der Spannung überlagerten charakteristischen Spannung verwendet. Dabei ist bekannt, dass an spulenbetriebenen Baugruppen ein Feedbacksignal gewonnen werden kann, indem die wirbelstrom- getriebene Kopplung zwischen Mechanik (Anker + Injektornadel) und Magnetkreis (Spule + Gehäuse + Anker + Polstück) zur Signalgenerierung genutzt wird. Der physikalische Effekt beruht auf der geschwindigkeitsabhängigen Selbstinduktion im elektromagnetischen Kreis infolge der Bewegung des Ankers und der Injektornadel. In Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit wird im Elektromagnet eine Spannung induziert, die dem An- steuersignal überlagert ist (charakteristische Spannung) .
Die Ausnutzung dieses Effektes bedingt, dass die Überlagerung der elektrischen Grundgröße Spannung bzw. Strom mit der Signaländerung durch die Nadelbewegung geeignet separiert und dann weiterverarbeitet wird. Dabei wird die charakteristische Signalform im Spannungs- bzw. Stromsignal bzgl. des Zeitpunktes des Auftretens ausgewertet.
Vor allem für die Detektion des Öffnens ist die Auswertung der charakteristischen Signalform problematisch. Da sich der Magnetkreis beim Öffnen typischerweise in Sättigung befindet ist die Rückwirkung auf den Magnetkreis minimal und somit nur schlecht zu detektieren. Eine Lösung ist, die Ansteuerung aktiv zu ändern um sicherzustellen, dass der Magnetkreis nicht in Sättigung ist. Dabei verändert sich aber das Verhalten des Injektors was einen nachträglichen Transfer auf den Standardbetrieb erforderlich macht, der aber mit einer nicht vernachlässigbaren Ungenauigkeit verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und vereinfachtes Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines Kraftstoffinj ektors bereitzustellen, das in einfacher Weise eine Korrektur der Einspritzmenge er¬ möglicht . Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorlie¬ genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Wertes einer elektrischen Ansteuerzeit zur Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors mit Magnetspulenantrieb, beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Auswählen eines Anfangswertes der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der vorgegebenen Einspritzmenge, (b) Durchführen einer Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors mit dem Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit, (c) Erfassen einer Zeitdauer eines Schließvorgangs bei der Ansteuerung des Kraftstoffin- jektors mit dem Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit, (d) Ermitteln einer Einspritzmenge basierend auf dem Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit und der erfassten Zeitdauer des Schließvorgangs, (e) Bestimmen einer Differenz zwischen der ermittelten Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge und (f) Bestimmen eines Wertes der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der bestimmten Differenz, wobei das Ermitteln der Einspritzmenge und das Bestimmen des Wertes der elektrischen Ansteuerzeit unter Verwendung eines Kennfeldes erfolgen, das einen Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerzeit,
Schließzeit und Einspritzmenge darstellt.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung eines Kennfeldes, das den Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerzeit, Zeitdauer des Schließvorgangs und Einspritzmenge darstellt, zur Ermittlung der Einspritzmenge bei bekannter elektrischer Ansteuerzeit und erfasster Zeitdauer des Schließvorgangs ein einfaches Bestimmen der elektrischen Ansteuerzeit ermöglicht, mit welcher eine gewünschte hydraulische Öffnungszeit und somit eine vorgegebene Einspritzmenge erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist es, dass eine Korrektur der Einspritzmenge somit erfolgen kann, ohne dass eine direkte
Detektion des Öffnens des Kraftstoffinj ektors benötigt wird. In diesem Dokument bezeichnet „elektrische Ansteuerzeit" insbesondere die Zeitdauer, während derer der Magnetspulenantrieb mit einer elektrischen Spannung (erhöhte Boostspannung gegebenenfalls gefolgt von Haltespannung) beaufschlagt wird.
In diesem Dokument bezeichnet „Schließvorgang" insbesondere den Vorgang, der mit Ausschalten der Spannung (Boost- oder Haltespannung) beginnt und mit (hydraulischem) Schließen des Kraftstoffinj ektors endet.
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, den Wert der elektrischen Ansteuerzeit zu bestimmen, bei dem bei entspre¬ chender Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors eine (zum Beispiel vom Motorsteuergerät) vorgegebene Einspritzmenge (entsprechend einer vorbestimmten hydraulischen Öffnungszeit) erreicht wird.
Das Verfahren wird damit eingeleitet, dass ein Anfangswert für die elektrische Ansteuerzeit basierend auf der vorgegebenen Einspritzmenge ausgewählt wird. Dieses Auswählen erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von abgespeicherten Daten, die einen allgemeinen Zusammenhang zwischen Ansteuerzeit und Einspritzmenge für den relevanten Kraftstoffinj ektortyp dar¬ stellen. Diese Daten sind allgemein in dem Sinne, dass sie basierend auf Laborversuche und/oder Modellberechnungen für diesen Kraftstoffinj ektortyp erzeugt worden sind. Die Daten können auch in Kombination mit anderen Sensoren bzw. Funktionen (z.B. Lambdaregelung etc.) nachgeführt bzw. adaptiert werden. Jeder einzelne Kraftstoffinj ektor des relevanten Typs weist folglich aufgrund von Fertigungstoleranzen einen mehr oder wenig abweichenden (tatsächlichen) Zusammenhang zwischen Ansteuerzeit und Einspritzmenge auf.
Dann wird eine Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors durchgeführt, wobei der ausgewählte Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit verwendet wird. Mit anderen Worten wird der Magnetspulenantrieb des Kraftstoffinj ektors mit einem Spannungsverlauf beauf¬ schlagt, dessen Zeitdauer gleich dem ausgewählten Wert ist. Der Spannungsverlauf beginnt vorzugsweise mit einer erhöhten ,
b
Spannung (Boostspannung) , die so lange gehalten wird, bis die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen vorbestimmten Wert (Peakstrom) erreicht. Danach weist der Spannungsverlauf einen niedrigeren Spannung (Haltespannung) auf. Bei sehr kleinen Einspritzmengen kann es vorkommen, dass keine Haltespannung zum Einsatz kommt. Der Schließvorgang wird mit Abschaltung der Spannung (Boost- oder Haltespannung) eingeleitet und mit der Schließung des Kraftstoffinj ektors beendet .
Bei der Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors mit dem Anfangswert der Ansteuerzeit wird die Zeitdauer des Schließvorgangs erfasst. Der Anfangszeitpunkt des Schließvorgangs ist bekannt, da er dem Ausschalten der Spannung entspricht. Der Zeitpunkt, zu dem der Schließvorgang endet, wird durch ein geeignetes Verfahren bestimmt, zum Beispiel durch ein in der obigen Einleitung erwähntes Detektionsverfahren .
Nun wird eine (tatsächliche) Einspritzmenge ermittelt basierend auf dem Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit und der erfassten Zeitdauer des Schließvorgangs. Diese Ermittlung der Einspritzmenge erfolgt unter Verwendung eines Kennfeldes, das einen Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerzeit, Zeitdauer des Schließvorgangs und Einspritzmenge darstellt. Das Kennfeld ist zum Beispiel in geeigneter Form in einem Speicher des Motorsteuergeräts abgespeichert.
Dann wird eine Differenz zwischen der ermittelten (tatsächlichen) Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge bestimmt und abschließend wird ein (zu verwendender) Wert der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der bestimmten Differenz bestimmt .
Das Bestimmen des Wertes der elektrischen Ansteuerzeit erfolgt auch unter Verwendung des oben erwähnten Kennfeldes. Mit anderen Worten wird es anhand des Kennfeldes bestimmt, wie viel die elektrische Ansteuerzeit geändert werden muss, um die Differenz zwischen der bestimmten Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge zu reduzieren bzw. auf null zu bringen.
Bei nachfolgender Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors mit dem durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit wird folglich eine Einspritzmenge erreicht, die näher an oder sogar gleich der vorgegebenen Einspritzmenge ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ver¬ fahren ferner folgendes auf: (a) Durchführen einer weiteren Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors mit dem bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit, (b) Erfassen einer weiteren Zeitdauer eines Schließvorgangs bei der weiteren Ansteuerung des
Kraftstoffinj ektors mit dem bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit, (c) Ermitteln einer weiteren Einspritzmenge basierend auf dem bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit und der erfassten weiteren Zeitdauer des Schließvorgangs, (d) Bestimmen einer Differenz zwischen der ermittelten weiteren Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge und (e)
Bestimmen eines weiteren Wertes der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der bestimmten Differenz.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt im Prinzip wiederholt. Spezifischer wird eine weitere Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors durchgeführt, wobei der bestimmte Wert der elektrischen Ansteuerzeit verwendet wird. Dabei wird eine weitere Zeitdauer des Schließvorgangs erfasst und zusammen mit dem bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit als Grundlage für ein Ermitteln einer weiteren Einspritzmenge verwendet. Dies erfolgt unter Verwendung des gleichen Kennfeldes, das im ersten Aspekt verwendet wurde. Dann wird eine Differenz zwischen der ermittelten weiteren Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge bestimmt und abschließend wird ein weiterer (zu verwendender) Wert der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der bestimmten Differenz bestimmt. Das Bestimmen des weiteren Wertes der elektrischen Ansteuerzeit erfolgt auch hier unter Verwendung des oben erwähnten Kennfeldes . Bei nachfolgender Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors mit dem durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten weiteren Wert der elektrischen Ansteuerzeit wird folglich eine Einspritzmenge erreicht, die noch näher an oder sogar gleich der vorgegebenen Einspritzmenge ist.
Die obigen Schritte können nochmals oder mehrmals wiederholt werden, um den zu verwendenden Wert der Ansteuerzeit iterativ noch präziser zu bestimmen. Insbesondere können die obigen Schritte so oft wiederholt werden, bis die bestimmte Differenz kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bestimmen, ob die Differenz größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, auf, wobei das Bestimmen des weiteren Wertes nur durchgeführt wird, wenn die Differenz größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Mit anderen Worten wird der weitere Wert nur durchgeführt, wenn die durch den vorbestimmten Schwellenwert vorgegebene Präzision noch nicht erreicht wurde.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kennfeld eine Mehrzahl von Kurven mit jeweils konstanter Einspritzmenge auf, wobei die elektrische Ansteuerzeit entlang einer ersten Achse und die Zeitdauer des Schließvorgangs (Schließzeit) entlang einer zweiten Achse angegeben sind.
Mit anderen Worten entspricht jede einzelne Kurve im Kennfeld einer bestimmten Einspritzmenge. Durch Kenntnis zwei der im Kennfeld hinterlegten Größen (zum Beispiel elektrische An¬ steuerzeit und Zeitdauer des Schließvorgangs) kann somit die dritte Größe (zum Beispiel Einspritzmenge ermittelt werden. Sollte eine Kombination von elektrischer Ansteuerzeit und Zeitdauer des Schließvorgangs nicht direkt auf einer der
Einspritzmengenkurven liegen, kann die Einspritzmenge durch Interpolation bestimmt werden. _
y
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors im ballistischen Betrieb . Im ballistischen Betrieb ist die Ansteuerzeit so kurz, dass die Nadel ihren Nadelanschlag nicht erreicht. In diesem Falle sind Öffnungsvorgang und Schließvorgang direkt miteinander gekoppelt und die Flugbahn der Nadel ist annähernd parabelförmig . Grundlage für diese Erkenntnis ist die Kräftebilanz eines
Injektors ohne Leerhub, für den im Prinzip nur Federkraft und Magnetkraft für die Flugbahn bestimmend ist. Deshalb kann durch Ansteuerzeit und Schließzeit die Federkraft (und somit das Öffnen) bestimmt werden. Mit Leerhub kommt der Impuls als zusätzlicher Faktor hinzu.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors im linearen Betrieb und das Verfahren weist ferner folgendes auf: (a) Ermitteln eines Wertes des Nadelhubs für den Kraftstoffinj ektor und (b) Auswählen des Kennfeldes aus einer Mehrzahl von Kennfeldern basierend auf dem ermittelten Wert der Nadelbewegung.
Im linearen Betrieb ist die Ansteuerzeit so lang, dass die Nadel ihren Nadelanschlag erreicht. In diesem Falle sind Öffnungs¬ vorgang und Schließvorgang nicht miteinander gekoppelt sondern durch eine Haltephase getrennt, in der der Kraftstoffinj ektor offen gehalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Einfluss von Variationen im Nadelhub auf die Zeitdauer des Schließvorgangs berücksichtigt (je größer der Nadelhub desto länger die Zeitdauer bei ansonsten gleichen Bedingungen) indem ein Wert des Nadelhubs für den Kraftstoffinj ektor ermittelt wird und das Kennfeld basierend auf diesem Wert ausgewählt wird. Es sind mit anderen Worten eine Reihe von Kennfeldern im Motorsteuergerät hinterlegt, wobei jedes Kennfeld einem Nadelhub zugeordnet ist. Alternativ kann auch ein Korrekturfaktor (in Abhängigkeit vom Nadelhub) oder ein Kennfeld, das je nach Nadelhub einen Off¬ setwert enthält, verwendet werden.
Das Ermitteln des Wertes des Nadelhubs kann unter Verwendung von verschiedenen Verfahren erfolgen . Zum Beispiel kann der Nadelhub durch Messung bei der Montage des Kraftstoffinj ektors und Nachführung während der Lebensdauer des Kraftstoffinj ektors mittels Modell ermittelt werden. Der Nadelhub kann auch über eine Messung von PSI-I-Kurven (magnetischem Fluss in Abhängigkeit der Stromstärke) während Betriebs des Kraftstoffinj ektors bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit ist eine Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors mit einem Sonderprofil während Betriebs und Nachführen mit Modell. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner folgendes auf: (a) Ermitteln des Wertes eines Leerhubs für den Kraftstoffinj ektor und (b) Auswählen des Kennfeldes aus einer Mehrzahl von Kennfeldern basierend auf dem ermittelten Wert des Leerhubs.
Bei Kraftstoffinj ektoren mit Leerhub entstehen auch Variationen im tatsächlichen Leerhub. Solche Variationen werden in diesem Ausführungsbeispiel berücksichtigt, indem der tatsächliche Leerhub ermittelt wird und ein dem Wert entsprechendes Kennfeld ausgewählt wird.
Alternativ kann auch hier ein Korrekturfaktor (in Abhängigkeit vom Leerhub) oder ein Kennfeld, das je nach Leerhub einen Offsetwert enthält, verwendet werden.
Das Ermitteln des Wertes des Leerhubs kann unter Verwendung von verschiedenen Verfahren erfolgen. Zum Beispiel kann der Leerhub durch Messung bei der Montage des Kraftstoffinj ektors und Nachführung während der Lebensdauer des Kraftstoffinj ektors mittels Modelle ermittelt werden. Der Leerhub kann auch über eine Messung von PSI-I-Kurven (magnetischem Fluss in Abhängigkeit der Stromstärke) während Betriebs des Kraftstoffinj ektors bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit ist eine Ansteuerung des
Kraftstoffinj ektors mit einem Sonderprofil während Betriebs und Nachführen mit Modell.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinj ektors mit Magnetspulenantrieb beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Erhalten einer vorgegebenen Einspritzmenge, (b) Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, um einen Wert einer elektrischen An- steuerzeit zu Bestimmen, und (c) Ansteuern des Kraftstoffin- jektors mit dem bestimmen Wert der elektrischen Ansteuerzeit.
Mit dem Verfahren gemäß diesem Aspekt wird eine sehr präzise Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors in Bezug auf die erreichte Einspritzmenge bereitgestellt, die keine komplizierten Ver¬ fahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts des Kraftstoff¬ injektors benötigt.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten/zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele .
Diese Motorsteuerung ermöglicht eine sehr präzise Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors in Bezug auf die erreichte Ein¬ spritzmenge ohne komplizierte und rechnerisch anspruchsvolle Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts des Kraft¬ stoffinjektors. Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro¬ gramm-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, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/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 heruntergeladen 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 be¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen 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 bevorzugter Ausführungsformen .
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht von einem Kraftstoffinj ektor mit Magnetspulenantrieb.
Figur 2 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe von Spannung und
Strom bei Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors .
Figur 3 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe der jeweiligen
Einspritzraten für Kraftstoffinj ektoren mit unterschiedlichen Federkräften (bei identischer Ansteue- rung) .
Figur 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Zu¬ sammenhangs zwischen Ansteuerzeit, Schließzeit und Öffnungszeitpunkt .
Figur 5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Zu¬ sammenhangs zwischen Ansteuerzeit, Schließzeit und Einspritzmenge . Figur 6 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld gemäß einem Aus¬ führungsbeispiel .
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens . Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt. Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffinj ektors
1 mit Magnetspulenantrieb (Solenoid-Injektor) . Der an sich bekannte Kraftstoffinj ektor 1 weist ein Polstück 2, einen beweglichen Anker 3, eine Spule 4, eine Düsennadel 5, eine Feder 6 und ein Spulengehäuse 7 auf. Der Kraftstoffinj ektor 1 weist einen Leerhub zwischen Anker 3 und Düsennadel 5 auf. Beim Anlegen einer Spannung an die im Spulengehäuse 7 angebrachte Spule 4 wird durch elektromagnetische Kräfte der Anker 3 in Richtung des Polstücks 2 bewegt. Durch mechanische Kopplung bewegt sich nach Überwinden des Leerhubs dann ebenfalls die Düsennadel 5 und gibt Einspritzlöcher zur Kraftstoffzufuhr frei. Anker 3 und Düsennadel 5 bewegen sich weiter bis der Anker 3 auf das Polstück
2 trifft (Nadelhub) . Zum Schließen des Injektors 1 wird die Erregerspannung abgeschaltet und somit baut sich die magnetische Kraft ab. Düsennadel 5 und Anker 3 werden durch die Federkraft der Feder 6 in die Schließposition bewegt. Leerhub und Nadelhub werden in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Bei Kraftstoffinj ektoren ohne Leerhub muss dieser nicht erst überwunden werden, ansonsten verläuft die Ansteuerung eines solchen Kraftstoffinj ektors in gleicher Art und Weise.
Die Figur 2 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe 21 und 22 von Spannung U und Strom I bei Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors 1. Die Ansteuerung beginnt zum Zeitpunkt t=0 mit Anlegen der Boostspannung (zum Beispiel ca. 65V) . Wenn die Stromstärke I einen vorbestimmten Maximalwert (Peakstrom) , in diesem Beispiel ca. 10A, erreicht, wird die Spannung reduziert bis Ende der elektrischen Ansteuerzeit TI (in diesem Beispiel zum Zeitpunkt t=0,3ms) . Danach baut sich der Spulenstrom ab und somit pro¬ portional dazu die Magnetkraft. Sobald die in Schließrichtung wirkenden Kräfte höher als die in Öffnungsrichtung wirkenden sind, beginnt die Nadel zu schließen. Die Figur 3 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe 31, 32 und 33 der jeweiligen Einspritzraten ROI für Kraftstoffinj ektoren 1 ohne Leerhub und mit unterschiedlichen Federkräften 6, wobei die Kraftstoffinj ektoren 1 alle gleich angesteuert werden, zum Beispiel mit der in Figur 2 gezeigten elektrischen Ansteuerzeit von TI=0 , 3ms .
Der Verlauf 31 entspricht einem Kraftstoffinj ektor 1, in welchem die Feder 6 eine relativ geringe Federkraft aufweist. Der Verlauf 32 entspricht einem Kraftstoffinj ektor 1, in welchem die Feder 6 eine etwas größere Federkraft aufweist. Der Verlauf 33 entspricht einem Kraftstoffinj ektor 1, in welchem die Feder 6 eine noch größere Federkraft aufweist. Aus der Figur 3 ist zu erkennen (vgl. Verlauf 31) , dass der Kraftstoffinj ektor 1 mit der niedrigsten Federkraft als erster öffnet (ROI>0) und als letzter schließt. In ähnlicher Weise zeigt der Verlauf 33, dass der Kraftstoffinj ektor 1 mit der größten Federkraft als letzer öffnet und als erster schließt. Das Öffnen des Kraftstoffinj ektors 1 mit der mittleren Federkraft (vgl. Verlauf 32) liegt zwischen dem Öffnen des Kraftstoffinj ektors mit der niedrigsten Federkraft (Verlauf 31) und dem Öffnen des Kraftstoffinj ektors 1 mit der größten Federkraft (Verlauf 33) . In ähnlicher Weise liegt das Schließen des Kraftstoffinj ektors 1 mit der mittleren Federkraft (vgl. Verlauf 32) zwischen dem Schließen des Kraftstoffinj ektors mit der größsten Federkraft (Verlauf 33) und dem Schließen des Kraftstoffinj ektors 1 mit der niedrigsten Federkraft (Verlauf 31) .
Zusammenfassend ergibt sich bei gleicher Ansteuerung von In- jektoren ohne Leerhub folgender Zusammenhang: Injektoren mit einer geringen Federkraft haben einen frühen Öffnungszeitpunkt und einen späten Schließzeitpunkt, bei Injektoren mit hoher Federkraft entsprechend umgekehrt. Die Figur 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung 40 eines Zusammenhangs zwischen Ansteuerzeit TI, Schließzeit TS und Öffnungszeitpunkt OPP1. Der in Figur 4 gezeigte Zusammenhang wurde anhand von zahlreichen Messungen (mit variierenden An- Steuerzeiten TI ) auf eine Vielzahl von Kraftstoffinj ektoren (mit verschiedenen Federkräften) ermittelt.
Die Figur 5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung 50 eines Zusammenhangs zwischen Ansteuerzeit TI, Schließzeit TS und
Einspritzmenge MFF. Der in Figur 5 gezeigte Zusammenhang 50 wurde aus dem in Figur 4 gezeigten Zusammenhang 40 abgeleitet. Hierzu wurde genutzt, dass die hydraulische Öffnungszeit maßgeblich die austretende Kraftstoffmenge bestimmt. Die hydraulische Öff- nungszeit wird bestimmt durch die zeitliche Differenz aus
Schließzeitpunkt (OPP4) und Öffnungszeitpunkt (OPP1). Da nun beide Zeitpunkte bekannt sind (OPP4 ist direkt mit der
Schließzeit verknüpft) , ist OPP1 in der Darstellung 40 durch die Kraftstoffmenge MFF übertragbar. Somit ergibt sich wiederum ein eindeutiger Zusammenhang 50 aus bekanntem TI und gemessenem TS zur Mengenbestimmung.
Die Figur 6 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kennfeld 60 wurde durch Ermittlung von Isolinien für konstante Kraftstoffmengen aus der Darstellung 50 ermittelt. Mit anderen Worten entspricht jede Kurve im Kennfeld einer konstanten Einspritzmenge, im gezeigten Beispiel 1,25mg, 1,5mg, 1,75mg, 2,0mg, 2,25mg, 2,5mg, 2,75mg, 3,0mg, 3,25mg, 3,5mg und 3,75mg. Mit einem ausgewählten Wert der Ansteuerzeit TI und einem gemessenen Wert der Schließzeit (Zeitdauer des
Schließvorgangs) ergibt sich somit in einfacher Weise die Einspritzmenge als die Kurve im Kennfeld 60, auf der der Punkt (TI, TS) liegt. Mit TI=0,3ms und TS=0,25ms ergibt sich zum Beispiel eine Einspritzmenge von 1,5mg.
Das Kennfeld 60 bildet die Grundlage für das nachfolgend be¬ schriebene erfindungsgemäße Verfahren.
Die Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm 70 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Wertes einer elektrischen Ansteuerzeit zur Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors 1 mit Magnetspulenantrieb 3 und 4, um eine vorgegebene Einspritzmenge zu erreichen. Das Verfahren 70 beginnt im Schritt 71 mit dem Auswählen eines Anfangswertes der elektrischen Ansteuerzeit TI basierend auf der vorgegebenen Einspritzmenge. Mit anderen Worten wird hier ein Wert für die elektrische Ansteuerzeit TI ausgewählt, mit dem die vorgegebene Einspritzmenge erreicht werden sollte, wenn alle variierenden Eigenschaften und Größen des Kraftstoffinj ektors die entsprechenden Normwerte aufweisen.
Im Schritt 72 wird dann eine Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors 1 mit dem ausgewählten Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit TI durchgeführt und im Schritt 73 wird die Zeitdauer TS des Schließvorgangs (Schließzeit) bei der Ansteuerung des Kraft¬ stoffinj ektors 1 mit dem Anfangswert der elektrischen An¬ steuerzeit erfasst.
Anhand des ausgewählten Anfangswertes der elektrischen Ansteuerzeit TI und die ermittelte Schließzeit TS wird nun im Schritt 74 unter Verwendung des Kennfeldes 60 die tatsächliche Einspritzmenge ermittelt.
Im Schritt 75 wird dann die Differenz zwischen der ermittelten Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge berechnet.
Im Schritt 76 wird dann festgestellt, ob die Differenz größer als ein vorbestimmter Schwellenwert k ist.
Wenn dies der Fall ist wird im Schritt 77 ein neuer Wert für die elektrischen Ansteuerzeit TI basierend auf der Differenz be¬ stimmt. Spezifischer wird der neue Wert der elektrischen An- steuerzeit TI unter Verwendung des Kennfelds 60 bestimmt. Mit diesem neuen Wert für TI kehrt das Verfahren nun zurück zum Schritt 72, in dem eine erneute Ansteuerung des Kraftstoff¬ injektors mit dem neuen Wert der elektrischen Ansteuerzeit TI durchgeführt wird.
Wenn im Schritt 76 festgestellt wird, dass die Differenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert k ist, wird das Verfahren 70 bei 78 beendet. Der letzte Wert der elektrischen Ansteuerzeit ergibt nun die vorgegebene Einspritzmenge mit der durch den Schwellenwert festgelegten Präzision und kann folglich zur Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors im Betrieb verwendet werden .
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die obige Be¬ schreibung lediglich eine von vielen möglichen Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung darstellt. Insbesondere sind auch wesentlich komplexere Ausführungen möglich, die zum Beispiel eine Kombination aus verschiedenen Funktionen und/oder Reglern aufweisen. Der in der Figur 4 gezeigte Zusammenhang könnte z.B. auch für einen Add-On für eine Schließzeitregelung verwendet werden, wenn man es zum Bestimmen des Öffnungszeitpunktes (OPPl) statt der Einspritzmenge verwendet.
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Bezugs zeichenliste
1 Kraftstoffinjektor
2 Polstück
3 Anker
4 Spule
5 Düsennadel
6 Feder
7 Spulengehäuse
21 Spannungs erlauf
22 Stromverlauf
31 Einspritzratenverlauf
32 Einspritzratenverlauf
33 Einspritzratenverlauf
40 3D-DarStellung
50 3D-DarStellung
60 Kennfeld

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen eines Wertes einer elektrischen Ansteuerzeit (TI) zur Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors (1) mit Magnetspulenantrieb (3, 4), um eine vorgegebene Ein¬ spritzmenge zu erreichen, das Verfahren aufweisend
Auswählen (71) eines Anfangswertes der elektrischen Ansteuerzeit (TI) basierend auf der vorgegebenen Einspritzmenge, Durchführen (72) einer Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors (1) mit dem Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit (TI),
Erfassen (73) einer Zeitdauer (TS) eines Schließvorgangs bei der Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors (1) mit dem An¬ fangswert der elektrischen Ansteuerzeit (TI),
Ermitteln (74) einer Einspritzmenge basierend auf dem Anfangswert der elektrischen Ansteuerzeit (TI) und der erfassten Zeitdauer (TS) des Schließvorgangs,
Bestimmen (75) einer Differenz zwischen der ermittelten Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge und
Bestimmen (77) eines Wertes der elektrischen Ansteuerzeit basierend auf der bestimmten Differenz,
wobei das Ermitteln der Einspritzmenge und das Bestimmen des Wertes der elektrischen Ansteuerzeit (TI) unter Verwendung eines Kennfeldes (60) erfolgen, das einen Zusammenhang zwischen elektrischer Ansteuerzeit (TI), Zeitdauer (TS) des Schließ- Vorgangs und Einspritzmenge darstellt.
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend
Durchführen (72) einer weiteren Ansteuerung des Kraft- stoffinj ektors (1) mit dem bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit (TI),
Erfassen (73) einer weiteren Zeitdauer (TS) eines
Schließvorgangs bei der weiteren Ansteuerung des Kraftstoff¬ injektors (1) mit dem bestimmten Wert der elektrischen An- steuerzeit (TI),
Ermitteln (74) einer weiteren Einspritzmenge basierend auf dem bestimmten Wert der elektrischen Ansteuerzeit (TI) und der erfassten weiteren Zeitdauer (TS) des Schließvorgangs, Bestimmen (75) einer Differenz zwischen der ermittelten weiteren Einspritzmenge und der vorgegebenen Einspritzmenge und
Bestimmen (77) eines weiteren Wertes der elektrischen Ansteuerzeit (TI) basierend auf der bestimmten Differenz.
3. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend
Bestimmen (76), ob die Differenz größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist,
wobei das Bestimmen des weiteren Wertes nur durchgeführt wird, wenn die Differenz größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kennfeld (60) eine Mehrzahl von Kurven mit jeweils konstanter Einspritzmenge aufweist, wobei die elektrische Ansteuerzeit (TI) entlang einer ersten Achse und die Zeitdauer (TS) des
Schließvorgangs entlang einer zweiten Achse angegeben sind.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors (1) im ballistischen
Betrieb erfolgt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors (1) im linearen Betrieb erfolgt, das Verfahren ferner aufweisend
Ermitteln eines Wertes des Nadelhubs für den Kraft¬ stoffinj ektor und
Auswählen des Kennfeldes (60) aus einer Mehrzahl von Kennfeldern basierend auf dem ermittelten Wert der Nadelbe- wegung.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend
Ermitteln des Wertes eines Leerhubs für den Kraftstoff- injektor (1) und
Auswählen des Kennfeldes (60) aus einer Mehrzahl von Kennfeldern basierend auf dem ermittelten Wert des Leerhubs.
8. Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinj ektors (1) mit Magnetspulenantrieb (3, 4), das Verfahren aufweisend
Erhalten einer vorgegebenen Einspritzmenge,
Durchführen des Verfahrens (70) gemäß einem der vorher- gehenden Ansprüche, um einen Wert einer elektrischen Ansteuerzeit (TI) zu Bestimmen, und
Ansteuern des Kraftstoffinj ektors (1) mit dem bestimmen Wert der elektrischen Ansteuerzeit (TI).
9. Motorsteuerung für ein Fahrzeug, die zum Verwenden eines Verfahrens (70) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
10. Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren (70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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