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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff unter einem
Druck von einem Einspritzventil eingespritzt wird, und bei dem der
Druck von einem Drucksensor gemessen wird. Die Erfindung betrifft
ebenfalls ein entsprechendes Programm, einen entsprechenden elektronischen
Speicher, ein entsprechendes Steuergerät und eine entsprechende Brennkraftmaschine.
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Es
ist bekannt, unter Druck stehenden Kraftstoff mittels eines Einspritzventils
in ein Saugrohr oder direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
einzuspritzen. Ebenfalls sind Einspritzventile mit piezoelektrischen
Aktoren bekannt, an denen zur Erzeugung einer Kraftstoffeinspritzung
eine Spannung angelegt werden muss. Diese Spannung ist insoweit
abhängig
von dem auf den Kraftstoff einwirkenden Druck, als sie zumindest
so groß sein
muss, dass sich das Einspritzventil öffnet und Kraftstoff eingespritzt
wird. Zu diesem Zweck ist es bekannt, den auf den Kraftstoff einwirkenden
Druck mittels eines Drucksensors zu messen. Weist dieser Drucksensor jedoch
Ungenauigkeiten auf, so führt
dies zu Ungenauigkeiten bei der Kraftstoffeinspritzung.
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Aufgabe und
Vorteile der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
zu schaffen, bei dem Ungenauigkeiten des Drucksensors ermittelt
werden, um danach gegebenenfalls korrigiert werden zu können.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
ein Differenzsignal ermittelt wird, das eine Abweichung des von
dem Drucksensor gemessenen Drucks von dem tatsächlichen Druck repräsentiert.
Bei einem Programm, einem Speicher, einem Steuergerät oder einer
Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die Aufgabe entsprechend
gelöst.
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Dieses
Differenzsignal kann bei dem weiteren Verfahren berücksichtigt
werden. Insbesondere kann auf der Grundlage des Differenzsignals
eine Korrektur des von dem Drucksensor gemessenen Signals vorgenommen
werden. Auf diese Weise wird gewährleistet,
dass Ungenauigkeiten des Drucksensor zumindest berücksichtigt
werden, so dass diese Ungenauigkeiten des Drucksensors keine Ungenauigkeiten
bei der Kraftstoffeinspritzung und damit keine Ungenauigkeiten der
eingespritzten Kraftstoffmasse zur Folge haben.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Signal
ermittelt, das derjenigen Spannung entspricht, bei dem das Einspritzventil
gerade noch Kraftstoff einspritzt. Diese Spannung wird mit derjenigen
Spannung verglichen, die an sich zur Ansteuerung des piezoelektrischen
Aktors vorgesehen ist. Aus dem Vergleich kann in einfacher Weise das
Differenzsignal abgeleitet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Aktor mit einer Spannung angesteuert
wird, bei der das Einspritzventil noch keinen Kraftstoff einspritzt,
wenn die Spannung schrittweise erhöht wird, und wenn immer jeweils
geprüft
wird, ob eine Einspritzung stattfindet. Auf diese Weise kann ohne
größeren Aufwand diejenige
Spannung ermittelt werden, bei der das Einspritzventil gerade noch
Kraftstoff einspritzt, und die dann zur Ermittlung des Differenzsignals
herangezogen wird.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten,
und Vorteile der Erfindung ergeben sich der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Einspritzventils
für eine
Brennkraftmaschine, und
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
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In
der 1 ist ein Einspritzventil 10 dargestellt,
das einer piezoelektrischen Aktor 11, einen Stellkolben 12,
einen Steuerkolben 13, ein Verschließglied 14 und eine
Düsennadel 15 aufweist.
Im Betrieb ist in dem Einspritzventil 10 unter Druck stehender
Kraftstoff vorhanden.
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Der
Aktor 11 und der Stellkolben 12 sind in einer
zentralen Bohrung des Einspritzventils 10 untergebracht.
Das eine Ende des Aktors 11 ist an dem Einspritzventil 10 befestigt,
während
an dem anderen Ende der Stellkolben 12 gehalten ist.
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Der
Steuerkolben 13 und das daran gehaltene Verschließglied 14 sind
in einer Fortsetzung der zentralen Bohrung des Einspritzventils 10 untergebracht.
Im Bereich des Steuerkolbens 13 ist in nicht-dargestellter
Weise ein Leckkanal vorgesehen. In der 1 liegt
das Verschließglied 14 an
einem Sitz 16 an und ist damit geschlossen.
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Zwischen
dem Stellkolben 12 und dem Steuerkolben 13 ist
ein hydraulischer Koppler 17 vorhanden. Der Druck in dem
Koppler 17 ist mit der Abkürzung Pk gekennzeichnet.
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Die
Ventilnadel 15 ist in einer weiteren Fortsetzung der zentralen
Bohrung des Einspritzventils 10 untergebracht. Von dem
der Einspritzöffnung
zugewandten, spitzen Ende der Ventilnadel 15 verläuft ein
Kanal 18 zu einem Zulauf 19. Der tatsächliche Druck
in diesem Zulauf 19 ist mit der Abkürzung Pr gekennzeichnet. Weiterhin
ist dieser Zulauf 19 über eine
Zulaufdrossel 20 mit dem anderen Ende der Ventilnadel 15 verbunden.
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Zwischen
diesem anderen Ende der Ventilnadel 15 und dem Verschließglied 14 ist
eine Ablaufdrossel 21 vorgesehen. Zusätzlich kann in nicht-dargestellter
weise eine Feder vorhanden sein, mit der die Ventilnadel 15 in
die in der 1 dargestellte Stellung gedrückt wird.
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Bei
dem Druck Pr in dem Zulauf 19 handelt es sich um den sogenannten
Raildruck, mit dem das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem betrieben
wird. Dieser tatsächliche
Druck Pr wird mit Hilfe eines beispielhaft angegebenen Drucksensors 22 gemessen.
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In
dem in der 1 dargestellten Zustand ist die
Ventilnadel 15 geschlossen und es wird kein Kraftstoff über die
Einspritzöffnung
eingespritzt. Der Druck Pr ist in dem gesamten, dem Sitz 16 abgewandten
Bereich des Einspritzventils 10 vorhanden. Im Bereich des
hydraulischen Kopplers 17 ist ein Druck vorhanden, der
einen Bruchteil, z.B. 1/10 des Drucks Pr beträgt.
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Wird
nunmehr eine Spannung Ua an den Aktor 11 angelegt, so dehnt
sich der Aktor 11 aus und verschiebt dadurch den Stellkolben 12. Über den
hydraulischen Koppler 17 wird der Steuerkolben 13 mit dem
Verschließglied 14 ebenfalls
verschoben, und zwar derart, dass das Verschließglied 14 von dem Sitz 16 abgehoben
wird.
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Dies
hat zur Folge, dass Kraftstoff von dem Zulauf 19 über die
Zulaufdrossel 20 und die Ablaufdrossel 21 in den
Bereich des Steuerkolbens 13 gelangt und dort über den
erwähnten
Leckkanal abfließt.
Damit vermindert sich der Druck an dem der Einspritzöffnung abgewandten
Ende der Ventilnadel 15, so dass die Ventilnadel 15 in
diese Richtung verschoben wird. Das Einspritzventil 10 ist
damit geöffnet
und es wird Kraftstoff über
den Kanal 18 und die Einspritzöffnung eingespritzt.
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Wird
die Spannung Ua wieder von dem Aktor 11 weggenommen, so
zieht sich der Aktor 11 zusammen. Der Stellkolben 12,
der Steuerkolben 13 und das Verschließglied 14 kehren in
ihre in der 1 gezeigten Stellungen zurück. Auf
dem der Einspritzöffnung
abgewandten Ende der Ventilnadel 15 baut sich wieder der
Druck Pr auf, so dass die Ventilnadel 15 in ihre geschlossene
Stellung verschoben wird. Der hydraulische Koppler 17 wird über den
genannten Leckkanal wieder mit Kraftstoff aufgefüllt. Von dem Einspritzventil 10 wird
kein Kraftstoff mehr eingespritzt.
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Wie
vorstehend beschrieben, hat die Ansteuerung des Aktors 11 mit
der Spannung Ua eine Ausdehnung des Aktors 11 zur Folge.
Diese Ausdehnung bzw. dieser Hub des Aktors 11 ist einerseits
von der Spannung Ua abhängig.
Je größer die
Spannung Ua ist, desto größer ist
auch der Hub des Aktors 11. Andererseits ist der Hub des
Aktors 11 von dem Druck Pr abhängig, da das Verschließglied 14 von
dem Aktor 11 gegen den Druck Pr geöffnet werden muss. Je größer der
Druck Pr, desto kleiner ist der Hub des Aktors 11. Weiterhin
ist der Aktor 11 einer Alterung unterworfen. Dies hat zur
Folge, dass mit der Zeit der Hub des Aktors 11 bei gleicher
Spannung Ua und gleichem Druck Pr geringer wird.
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Die
vorstehende Abhängigkeit
des Hubs des Aktors 11 von dem tatsächlichen Druck Pr und der Spannung
Ua wird dadurch berücksichtigt,
dass die Spannung Ua in Abhängigkeit
von demjenigen Druck ermittelt wird, der von dem Drucksensor 22 gemessen
wird. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Spannung Ua und damit
der Hub des Aktors 11 abhängig ist von der Messung des
tatsächlichen
Drucks Pr durch den Drucksensor 22.
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Ungenauigkeiten
oder gar Fehlfunktionen des Drucksensors 22 führen somit
dazu, dass der Hub des Aktors 11 nicht mehr korrekt ist
oder dass der Hub nicht mehr ausreicht, das Verschließglied 14 von
dem Sitz 16 abzuheben. Dies ist gleichbedeutend damit,
dass die von dem Einspritzventil 10 eingespritzte Kraftstoffmasse
nicht korrekt ist, oder dass gar kein Kraftstoff eingespritzt wird.
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Das
in der 2 dargestellte Verfahren ist dazu vorgesehen,
derartige Fehlfunktionen zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren.
Das Verfahren wird von einem Steuergerät durchgeführt, wobei das Verfahren insbesondere
in der Form eines Programms vorhanden ist, das auf einem elektronischen Speicher
abgespeichert und auf einem Mikroprozessor ablauffähig ist,
und dessen Ablauf die Ausführung des
Verfahrens zur Folge hat.
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In
der 2 ist das von dem Drucksensor 22 erzeugte
Signal mit der Abkürzung
p-rail-mess bezeichnet. Dieses Signal sollte an sich dem tatsächlichen
Druck Pr entsprechen. Aufgrund von möglichen Ungenauigkeiten des
Drucksensors 22 kann dieses Signal p-rail-mess von dem
tatsächlichen
Druck Pr abweichen und nur einen gemessenen Druck darstellen, der
nachfolgend mit der Abkürzung
Pr' gekennzeichnet
ist.
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Weiterhin
ist in der 2 ein Kennfeld 25 für die Spannung
Ua enthalten. In diesem Kennfeld 25 ist der Zusammenhang
zwischen der Spannung Ua und dem tatsächlichen Druck Pr festgelegt.
Das Kennfeld 25 enthält
also für
unterschiedliche Drücke Pr
immer die jeweils zugehörigen
Spannungen Ua, die erforderlich sind, um einen erwünschten
Hub des Aktors 11 zu erreichen. Das Eingangssignal des Kennfelds 25 ist
das von dem Drucksensor 22 erzeugte Signal p-rail-mess
und damit der Druck Pr und das Ausgangssignal des Kennfelds 25 ist
ein Signal u-nom, das derjenigen Spannung Ua entspricht, die bei
dem jeweiligen Druck Pr an den Aktor 11 angelegt werden
muss.
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Der
in dem Kennfeld 25 abgelegte Zusammenhang kann vorab an
einem funktionsfähigen
und neuwertigen Einspritzventil 10 ermittelt und dann abgespeichert
werden. Dies bedeutet jedoch, dass die von dem Kennfeld 25 ausgegebene
Spannung Ua immer dann nicht korrekt ist, wenn der Drucksensor 22 ungenau
arbeitet oder wenn das Einspritzventil 10 gealtert ist.
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Die
Alterung wird in der 2 mit Hilfe eines Kennfelds 26 korrigiert.
Hierzu ist beispielsweise ein Signal zykmess vorhanden, das die
Anzahl der Einspritzungen des Einspritzventils 10 zählt. In
Abhängigkeit
von dieser Anzahl erzeugt das Kennfeld 26 ein Signal u-nom-korr,
das einen alterungsabhängigen
Korrekturwert darstellt. Der Zusammenhang zwischen der Anzahl der
Einspritzungen und dem genannten Korrekturwert kann dabei vorab
beispielsweise mit Hilfe von Tests oder dergleichen ermittelt und
in dem Kennfeld 26 abgespeichert werden.
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Das
Signal u-nom und das Signal u-nom-korr werden von einem Addierglied 27 zu
einem Summensignal addiert. Dieses Summensignal ist damit hinsichtlich
der Alterung des Einspritzventils 10 korrigiert.
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Zur
Ermittlung von Ungenauigkeiten des Drucksensors 22 wird
ein Signal u-erf-mess ermittelt. Dies wird wie folgt insbesondere
in derartigen Betriebssituationen durchgeführt, in denen das nachfolgend
beschriebene Verfahren möglichst
keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Laufeigenschaften
oder sonstige qualitative Merkmale der Brennkraftmaschine hat.
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Es
wird an dem Aktor 11 eine erste Spannung Ua angelegt, die
kleiner ist als die an sich bei dem vorhandenen Druck Pr vorgesehene
Spannung, und bei der sich das Verschließglied 14 nicht von dem
Sitz 16 abhebt. Dies hat zur Folge, dass kein Kraftstoff
eingespritzt wird. Dies kann beispielsweise anhand der Drehzahl
der Brennkraftmaschine erkannt werden. Danach wird eine zweite Spannung Ua
an den Aktor 11 angelegt, die größer ist als die erste Spannung
Ua. Es wird wiederum geprüft,
ob eine Einspritzung stattgefunden hat. Ist dies nicht der Fall,
so wird die Spannung Ua weiter schrittweise erhöht und die genannte Überprüfung der
Einspritzung jeweils wiederholt. Wird irgendwann festgestellt, dass
eine Einspritzung stattgefunden hat, so wird die Spannung Ua nicht
mehr erhöht,
sondern es wird der zuletzt verwendete Wert der Spannung Ua als
das erwähnte
Signal u-erf-mess für
das momentan vorliegende, den gemessenen Druck Pr' kennzeichnende Signal
p-rail-mess in ein Kennfeld 28 eingetragen und über dessen
Ausgang weiterverwendet.
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Diese
Ermittlung des Signals u-erf-mess wird für unterschiedliche Signale
p-rail-mess und damit für unterschiedliche
gemessene Drücke
Pr' durchgeführt.
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Das
Signal u-erf-mess stellt damit diejenige Spannung Ua dar, die in
Abhängigkeit
von dem Signal p-rail-mess tatsächlich
erforderlich ist, damit über das
Einspritzventil 10 eine Einspritzung erfolgt.
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Von
einem Summenglied 29 wird das Signal u-erf-mess von dem
von dem Addierglied 27 gelieferten Summensignal abgezogen.
Es entsteht ein Signal u-diff, das die Differenz zwischen derjenigen Spannung
Ua darstellt, die bei einem korrekt messenden Drucksensor 22 erforderlich
wäre, und
derjenigen Spannung Ua, die tatsächlich
erforderlich ist, um eine Einspritzung auszulösen. Letztlich, stellt also das
Signal u-diff die Abweichung des tatsächlichen Drucksensors 22 von
einem funktionsfähigen
Drucksensor 22 dar. Je größer diese Abweichung ist, desto ungenauer
ist somit das von dem Drucksensor 22 erzeugte Signal p-rail-mess.
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In
einem ersten Schritt 30 kann das Signal u-diff gefiltert
werden. Dies bedeutet, dass einzelne Werte des Signals u-diff, die sehr stark
von den anderen Werten des Signals u-diff abweichen, eliminiert werden. Auf
diese Weise bleiben sogenannte Ausreißer bei den nachfolgenden Schritten
unberücksichtigt.
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In
einem zweiten Schritt 31 wird das gefilterte Signal u-diff gemittelt. Es
wird also eine vorgegebene Anzahl von Werten des Signals u-diff
aufaddiert und die Summe wird durch die genannte Anzahl dividiert. Das
entstehende Signal u-mittel stellt damit einen Mittelwert des Signals
u-diff dar.
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Schließlich kann
ein Kennfeld 32 vorhanden sein, mit dessen Hilfe das Signal
u-mittel in ein Korrekturdrucksignal p-korr umgewandelt wird. Der Zusammenhang
zwischen dem Signal u-mittel und dem Korrekturdrucksignal p-korr
kann dabei vorab anhand von Tests oder dergleichen ermittelt und
abgelegt werden.
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Das
auf diese Weise erzeugte Korrekturdrucksignal p-korr stellt einen
Wert dar, um den das von dem Drucksensor 22 erzeugte Signal
p-rail-mess von dem tatsächlichen
Druck Pr in dem Zulauf 19 abweicht. Das Korrekturdrucksignal
p-korr kann somit mit dem Signal p-rail-mess verknüpft und
auf diese Weise das Signal p-rail-mess korrigiert werden.
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Wesentlich
ist bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren, dass ein Differenzsignal
erzeugt wird, das die Abweichung des von dem Drucksensor 22 gemessenen
Drucks Pr' von dem
tatsächlichen Druck
Pr repräsentiert.
Diese Ungenauigkeit des Drucksensors 22 kann dann durch
ein entsprechendes Druckkorrektursignal korrigiert werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Korrektur des Drucksensors 22 auch
anders als beschrieben durchgeführt
oder sogar vollständig
unterlassen werden kann. Ebenfalls ist die erläuterte Korrektur der Alterung
des Einspritzventils 10 nicht zwingend erforderlich.