DE102004002311A1

DE102004002311A1 - Verfahren zur Korrektur von Ladezeitfehlern wenigstens eines Injektors

Info

Publication number: DE102004002311A1
Application number: DE200410002311
Authority: DE
Inventors: Andreas Huber; Kai Sutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines einen piezoelektrischen Aktor aufweisenden Injektors (18) zur Einspritzung einer Menge eines mit einem Druck beaufschlagten Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: DOLLAR A È Der piezoelektrische Aktor des wenigstens einen Injektors (18) wird mit einem vorgebbaren Strom beaufschlagt, DOLLAR A È es wird eine zum Erreichen eines Abschaltkriteriums erforderliche injektorindividuelle Ladezeit (t¶Li¶) erfaßt, DOLLAR A È ausgehend von der injektorindividuellen Ladezeit (t¶Li¶) und dem Kraftstoffdruck (p¶Rail¶) wird eine Korrektur der Ansteuerdauer (DELTAAD) und/oder eine Korrektur eines Ansteuerwinkels (DELTAphi) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines, einen piezoelektrischen Aktor aufweisenden Injektors zur Einspritzung einer Menge eines mit einem Druck beaufschlagten Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Elektrisch betriebene Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff werden beispielsweise im Rahmen von Common-Rail-Systemen verwendet. Bei der Speichereinspritzung "Common-Rail" sind Druckerzeugung und Einspritzung entkoppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im "Rail" für die Einspritzung bereit. Einspritzpunkt und -menge werden in einem elektronischen Motor-Steuergerät berechnet und von einem Injektor an jedem Motorzylinder über ein ferngesteuertes Ventil eingespritzt. Ein solches Common-Rail-System geht beispielsweise aus der DE 102 15 610 A1 hervor.

Bei Einspritzsystemen mit Piezoinjektoren wird der piezoelektrische Aktor auf eine bestimmte Spannung geladen, welche proportional zum Hub des piezoelektrischen Aktors ist. Dieser Hub wird durch einen hydraulischen Koppler übersetzt, welcher den unterschiedlichen Temperaturgang von Metall und Piezo-Keramik kompensiert. Der untere Kolben des Kopplers betätigt nun ein Schaltventil, welches im Servo-Prinzip eine Düsen nadel steuert. Ein solches Ventil mit einem piezoelektrischen Aktor geht beispielsweise aus der DE 100 02 270 C1 hervor.

Um die volle Funktionalität eines derartigen Piezo-Injektors zu gewährleisten, muß nun die Ansteuerspannung für jeden Betriebspunkt, d.h. für unterschiedliche Raildrücke, Temperaturen und dergleichen, so gewählt werden, daß das Schaltventil öffnet und über die Dauer des Einspritzvorgangs sicher am unteren Schaltventilsitz positioniert wird. Diese Spannung wird für jeden Betriebspunkt mit einer konstanten Ladezeit erreicht. Dabei wird unter Ladezeit die Zeit verstanden, die vom Beginn der Beaufschlagung mit dem Ladestrom bis zum Erreichen eines Abschaltkriteriums, beispielsweise der Abschaltspannung vergeht. Unterscheidet sich nun die Ladezeit bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer Injektoren, z.B. in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern von Injektor zu Injektor, so kann das zu unterschiedlichen Einspritzmengen und unter Umständen auch zu unterschiedlichen Anfangszeiten der Einspritzung, d.h. Zeiten, an denen die Einspritzung beginnt, führen, da die Schaltventile dieser Injektoren jeweils nach einer gewissen Zeit unterschiedliche Wege zurückgelegt haben.

Die Ansteuerung der Injektoren erfolgt nun derzeit so, daß in einem Motor-Steuergerät die für die Ansteuerung der piezoelektrischen Aktoren erforderlichen Ladezeiten gemittelt und daraus Stromschwellenwerte ermittelt/berechnet werden, die für das gesamte System verwendet werden. Das bedeutet, daß jeder Injektor mit identischen Strömen beaufschlagt wird. Dies hat zur Folge, daß sich aufgrund der unterschiedlichen Kapazitäten der piezoelektrischen Aktoren und/oder deren unterschiedlichen Abschaltspannungen die Ladezeiten von Injektor zu Injektor unterscheiden. Aufgrund dieser Ladezeitfehler ergeben sich Fehler der Ansteuerdauer und damit Fehler der eingespritzten Menge, was wiederum im Hinblick auf das Verbrennungsgeräusch, die Abgaszusammensetzung oder andere Parameter einer Brennkraftmaschine nachteilig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung von Injektoren dahingehend weiterzubilden, daß die Auswirkungen derartiger Ladezeitfehler auf die eingespritzte Menge beseitigt werden.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren wenigstens eines, einen piezoelektrischen Aktor aufweisenden Injektors zur Einspritzung einer Menge eines mit einem Druck beaufschlagten Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:

• der piezoelektrische Aktor des wenigstens einen Injektors wird mit einem vorgebbaren Strom beaufschlagt,
• es wird ein zum Erreichen eines Abschaltkriteriums erforderliche injektorindividuelle Ladezeit erfaßt und
• ausgehend von der injektorindividuellen Ladezeit und dem Kraftstoffdruck wird eine Korrektur der Ansteuerdauer und/oder eines Ansteuerwinkels bestimmt

Grundidee der Erfindung ist es, ausgehend von der injektorindividuellen Ladezeit aufgrund eines bekannten Zusammenhangs dieser injektorindividuellen Ladezeit und des Kraftstoffdrucks die Ansteuerdauer und/oder den für den Spritzbeginn maßgeblichen Ansteuerwinkel zu korrigieren.

Dies erfolgt bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens dadurch, daß die Korrektur der Ansteuerdauer als Funktion der injektorindividuellen Ladezeit und des Kraftstoffdrucks einem Kennfeld entnommen wird.

In entsprechender Weise wird bevorzugt die Korrektur des Ansteuerwinkels als Funktion der injektorindividuellen Ladezeit und des Kraftstoffdrucks einem weiteren Kennfeld entnommen.

Die beiden Kennfelder können auch in einem einzigen kombiniert sein.

Das Verfahren wird vorteilhafterweise bei einem Common-Rail-System eingesetzt, wobei der Injektor Teil dieses Common-Rail-Systems ist und der Kraftstoffdruck in diesem Falle dem Common-Rail-Druck entspricht, der ohnehin erfaßt wird und insoweit in einem Motor-Steuergerät ohne weiteres verarbeitbar ist.

Bevorzugt wird als Abschaltkriterium die Abschaltspannung oder eine vorgebbare Zeit verwendet.

Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine aus dem Stand der Technik bekannte schematische Darstellung eines Teils eines Common-Rail-Systems:
2 die an zwei unterschiedlichen Injektoren jeweils anliegende Spannung und der an diesen Injektoren anliegende Strom über der Zeit und
3 schematisch ein Blockdiagramm des von der Erfindung Gebrauch machenden Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist der Hochdruckteil eines Speichereinspritzsystem Common-Rail dargestellt. Es werden im folgenden nur die Hauptkomponenten und solche Komponenten näher erläutert, welche für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlich sind. Die Anordnung umfaßt eine Hochdruckpumpe 10, welche über eine Hochdruckleitung 12 mit einem Hochdruckspeicher ("Rail") 14 in Verbindung steht. Der Hochdruckspeicher 14 ist über weitere Hochdruckleitungen mit Injektoren 18 verbunden. In der vorliegenden Darstellung sind nur eine Hochdruckleitung 16 und nur ein Injektor 18 gezeigt. Die Brennkraftmaschine umfaßt jedoch derartiger Injektoren 18, die unterschiedlichen Zylindern zugeordnet sind. Der Injektor 18 ist Bestandteil eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Das dargestellte System wird von einem Motor-Steuergerät 20 gesteuert. Durch das Motor-Steuergerät 20 erfolgt insbesondere eine Steuerung der Injektoren 18, speziell die Steuerung der piezoelektrischen Aktoren der Injektoren 18.
Ein bei zwei unterschiedlichen Injektoren 18, die nachfolgend zur Unterscheidung als Injektor Inj.1 sowie Injektor Inj.2 bezeichnet werden und unterschiedlichen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, auftretender Ladezeitfehler wird nachfolgend in Verbindung mit 2 und 3 erläutert.
In dem Steuergerät 20 wird die Ladezeit t_L der piezoelektrischen Aktoren zylinderindividuell, d.h. bei allen Injektoren 18 gemessen und anschließend für alle Injektoren 18 gemittelt. Aus dieser Mittelung resultiert beispielsweise eine mittlere Ladezeit von 100 μs, die zur Aufladung der Injektoren 18 erforderlich ist, bis ein Abschaltkriterium, vorliegend die sogenannte Abschaltspannung, erreicht ist.
Die piezoelektrischen Aktoren der unterschiedlichen Injektoren 18 werden nun mit identischen Stromschwellenwerten so lange mit einem Strom beaufschlagt, bis die jeweilige Abschaltspannung erreicht ist. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel wird die Abschaltspannung bei Injektor Inj.1 bereits nach 90 μs erreicht, wohingegen Injektor Inj.2 die Abschaltspannung erst nach 110 μs erreicht. Dieser Unterschied ergibt sich dadurch, daß bis zur jeweiligen Abschaltspannung die Injektoren Inj.1 und Inj.2 zwar mit dem gleichen Strom beaufschlagt werden, also die identische Ladung pro Zeiteinheit auf jeden Injektor fließt. Injektor Inj.1 weist jedoch eine geringere Kapazität auf als Injektor Inj.2, so daß die vorgebbare Abschaltspannung bereits nach kürzerer Zeit erreicht wird. Sofern Injektor Inj.2 außerdem noch eine höhere Abschaltspannung benötigen würde, würde sich der Ladezeitunterschied Δt_L noch weiter vergrößern. Dies gilt rein prinzipiell auch für die Entladezeit, allerdings sind hierbei die Auswirkungen wesentlich geringer. Dieser Fehler der Ladezeit t_L, der aus der Restenergie in der Ladespule nach dem logischen Abschalten der Bestromung resultiert, hat nun nachteilige Auswirkungen auf die eingespritzte Menge und den Spritzbeginn und damit letzten Endes auf das Verbrennungsgeräusch, die Abgaszusammensetzung und weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine. Aus diesem Grund wird die Ansteuerdauer AD, wie in 3 dargestellt, dadurch korrigiert, daß einem Kennfeld 210 aufgrund der zuvor ermittelten zylinderindividuellen Ladezeit t_Li und des bekannten Rail-Drucks p_Rail eine Ansteuerdauer-Konektur ΔAD entnommen wird. Diese Ansteuerkorrektur ΔAD ist eine Funktion der zylinderindividuellen Ladezeit t_Li und des Raildrucks p_Rail: ΔAD = f (t_Li, p_Rail). In entsprechender Weise wird ausgehend von der zylinderindividuellen Ladezeit t_Li und dem bekannten Rail-Druck p_Rail einem weiteren Kennfeld 220 eine Ansteuerwinkelkorrektur Δphi entnommen. Auch diese für den Spritzbeginn maßgebliche Ansteuerwinkelkorrektur Δphi ist eine Funktion der zylinderindividuellen Ladezeit t_Li und des bekannten Rail-Drucks p_Rail : Δphi = f(t_Li, p_Rail). Die Ansteuerdauerkorrektur ΔAD und die Ansteuerwinkelkorrektur Δphi werden nun bei dem Einspritzvorgang an diesem Zylinder berücksichtigt.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines, einen piezoelektrischen Aktor aufweisenden Injektors (18) zur Einspritzung einer Menge eines mit einem Druck beaufschlagten Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • der piezoelektrische Aktor des wenigstens einen Injektors (18) wird mit einem vorgebbaren Strom beaufschlagt, • es wird eine zum Erreichen eines Abschaltkriteriums erforderliche injektorindividuelle Ladezeit (t_Li) erfaßt, • ausgehend von der injektorindividuellen Ladezeit (t_Li) und dem Kraftstoffdruck (p_Rail) wird eine Korrektur der Ansteuerdauer (ΔAD) und/oder eine Korrektur eines Ansteuerwinkels (Δphi) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Ansteuerdauer (ΔAD) als Funktion der injektorindividuellen Ladezeit (t_Li) und des Kraftstoffdrucks (p_Rail) einem Kennfeld (210) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des Ansteuerwinkels als Funktion der injektorindividuellen Ladezeit (t_Li) und des Kraftstoffdrucks (p_Rail) einem Kennfeld (220) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (18) Teil eines Common-Rail-Systems ist und der Kraftstoffdruck dem Common-Rail-Druck (p_Rail) entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschaltkriterium die Abschaltspannung oder der Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne verwendet wird.