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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der
jeweiligen unabhängigen
Ansprüche.
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In
modernen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender
Brannkraftmaschinen werden die gesamten mittels Einspritzventilen
(Injektoren) in Verbrennungsräume
der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmengen jeweils auf
eine Anzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt. Diese Teileinspritzungen
liegen häufig
in einem sehr engen zeitlichen Abstand zueinander und bestehen meist
aus einer oder mehreren zeitlich vor einer eigentlichen haupteinspritzung
applizierten Voreinspritzung(en). Dem zeitlichen Abstand zwischen
zwei Teileinspritzungen entspricht die so genannte elektrische Pausenzeit
t_diff zwischen zwei elektrischen Ansteuerimpulsen der Injektoren.
Ein sehr verbreitetes, in der
DE 100 02 270 C1 beschriebenes Einspritzsystem
der hier betroffenen Art ist das sogenannte „Common-Rail-(CR-)Einspritzsystem", bei dem Kraftstoff
in einem Hochdruckspeicher (Rail) zwischengespeichert wird, bevor
dieser den einzelnen Injektoren zugeführt wird.
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Die
genannten mehrfachen Teileinspritzungen ermöglichen eine verbesserte Gemischaufbereitung
und bewirken damit insbesondere geringere Abgasemissionen der Brennkraftmaschine,
eine verringerte Geräuschentwicklung
bei der Verbrennung sowie eine erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine.
Dabei ist es insbesondere wünschenswert, den
zeitlichen Abstand zwischen jeweils zwei Teileinspritzungen ohne
Einschränkungen
variieren zu können.
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Bei
den genannten Teileinspritzungen kommt der Präzision der jeweiligen Einspritzmenge große Bedeutung
zu. Jedoch ist gleichzeitig bekannt, dass jede Einspritzung mittels
eines Injektors eines genannten CR-Einspritzsystems einen kurzzeitigen Einbruch
des Kraftstoffdruckers in einer in dem Einspritzsystem angeordneten
Zuleitung von dem Rail zu dem betreffenden Injektor, sowie in einem
solchen Injektor selbst von einem an das Rail angrenzenden Hochdruckanschluss
zu einer Düsennadel
des Injektors bewirkt. Zudem führt
das Schließen
der Düsennadel
zu einem Druckanstieg. Die Kombination von Druckeinbruch und Druckanstieg
führt dann
zu einer bevorzugt zwischen dem Rail und dem Injektor auftretenden
Kraftstoff-Druckwelle. Diese Druckwelle führt insbesondere zu unerwünschten
Schwankungen der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei sich
dieser Druckwelleneffekt sogar noch bei steigender Nadelgeschwindigkeit
der Düsennadel
des Injektors verstärkt,
so dass seiner Beachtung insbesondere auch in zukünftigen
Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezo-Steller als Einspritzaktoren
zur Düsennadelsteuerung
in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, sogar eine noch zunehmende
Bedeutung zukommt.
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Bei
den genannten CR-Einspritzsystemen ist die Applizierung variabler
zeitlicher Abstände
zwischen aufeinanderfolgenden Teileinspritzungen, z.B. einer Voreinspritzung
(VE) und einer Haupteinspritzung (HE) oder einer HE und einer Nacheinspritzung (NE)
zur Ermöglichung
einer im jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine optimalen
Verbrennung wünschenswert.
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Der
genannte Druckwelleneinfluss nimmt mit zunehmendem zeitlichen Abstand
zwischen den jeweils benachbarten Einspritzungen ab. Demzufolge nimmt
auch der Einfluss auf die Einspritzmenge einer jeweils nachfolgenden
Einspritzung mit zunehmendem zeit lichen Abstand ab und nähert sich
für genügend große zeitliche
Abstände
der ungestörten
Menge an, die man mit einer zeitlich isolierten Einspritzung erhalten
würde.
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Da
die beschriebenen Druckwelleneffekte streng systematischer Natur
sind, und zwar im Wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen,
der eingespritzten Kraftstoffmenge, dem hydraulischen Kraftstoffdruck
sowie der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystem
abhängen,
können
sie durch eine geeignete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät korrigiert
werden. Ein bspw. aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 23 035 A1 bekannter
Ansatz zur Minimierung des genannten Druckwelleneinflusses besteht
deshalb darin, diesen Einfluss auf die Einspritzmengen der jeweiligen
Injektoren auszumessen und die Ergebnisse dieser Vermessung bspw.
bei der Voreinstellung der Ansteuerdaten des Einspritzsystems zu
berücksichtigen.
Eine entsprechende Korrektur der genannte Ansteuerdaten basiert
dabei auf einer Reihe von vorab empirisch oder experimentell ermittelten
Kraftstoff-Mengenwellen als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen
jeweils zwei oder ggf. sogar mehreren Teileinspritzungen. Dieser
zeitliche Abstand wird dabei bevorzugt durch die sogenannte elektrische
Pausenzeit t_diff zwischen der elektrischen Ansteuerung (Bestromung)
eines Injektors zwischen zwei Teileinspritzungen gebildet. Die genannte
Druckwellenkompensation legt dabei den an einem Referenzsystem gemessenen
Mengeneinfluss auf eine nachfolgende Einspritzung in Kennfeldern
ab und kompensiert den Mengeneinfluss dann zur Laufzeit der Brennkraftmaschine
durch entsprechende Veränderung
der Bestromungsdauer der jeweils nachfolgenden Einspritzung.
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Die
Bedatung der vorgenannten Kennfelder geschieht meist experimentell
anhand von Messungen an einem eigenen Hydraulik-Prüfstand.
Hierbei werden die beeinflussten Mengen in Form so genannter „Mengenwellen" als Funktion des
Abstandes zwischen den betroffenen Einspritzungen ermittelt und
mit Hilfe eines speziellen Algorithmus zur Bedatung verwendet.
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Die
voreschriebene, im Stand der Technik übliche Vorgehensweise besteht
demnach grundsätzlich
in der Ermittlung der genannten Mengenwellen. Die damit ermittelten
Mehr- oder Mindermengen werden in den genannten Kennfeldern abgelegt
und zur Lauf zeit eines CR-Steuerprogramms durch entsprechendes In-Abzug-Bringen
in einem Mengenpfad der Motorsteuerung kompensiert.
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Der
genannte im Stand der Technik verwendete Algorithmus funktioniert
nur bei vollständig
linearen Mangenumrechnungs- oder Ansteuerdauer-Kennfedern mit der
notwendigen Präzision.
Treten hingegen in den genannten Kannfedern Nicht-Linearitäten (bspw.
Steigungsänderungen
oder Knicke) auf, so verursacht der verwendete Algorithmus systematische
Fehler bei der genannten Druckwellenkompensation (DWK). Die zahlenmäßig in der
DWK korrekt abgelegte Kompensationsmenge wird durch Verwendung der
falschen Kennliniensteigung in eine fehlerhafte Ansteuerdauerkorrektur
umgewandelt. Wie nachfolgend insbesondere anhand der 5a und 5b noch in größerem Detail beschrieben, wird aufgrund
des nicht-linearen Ansteuerdauerkennfelds eine deutlich zu kleine
Menge korrigiert.
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Hinzu
kommt das an sich bekannte „Nullmengenproblem", bei dem die Mengenwellen
bei Einspritzmengenwerten <=
0 abgeschnitten werden, da grundsätzlich keine negativen Einspritzmengen realisiert
werden können.
Das Nullmengenproblem ist zwar unkritisch, solange die tatsächlich im
Einspritzsystem benötigten
Kleinstmengen noch technisch realisiert werden können. Falls dies jedoch nicht
möglich
ist, treten ebenfalls systematische Mengenfehler auf.
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Vorteile der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden,
dass eine gegenüber
dem Stand der Technik und insbesondere unter den genannten Bedingungen
verbesserte vorbeschriebene Druckwellenkompensation ermöglicht wird,
welche insbesondere die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik
vermeidet.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
jeweiligen Unteransprüche.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die genannte Druckwellenkompensation,
an Stelle der genannten Mangenwellen, auf der Basis von Ansteuerdauer-Wellen
durchzuführen.
Mit anderen Worten wird die Ansteuerdauer in Kenntnis einer jeweiligen
Ansteuerdauer-Welle so verändert,
dass eine Wunscheinspritzmenge erreicht wird.
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In
der bevorzugten Ausgestaltung wird experimentell oder anhand einer
Modellrechnung für
jeden Injektor für
jede mögliche
elektrische Pausenzeit t_diff zwischen zwei Teileinspritzungen diejenige
Ansteuerdauer ermittelt, welche zur Einspritzung genau einer gewünschten
Einspritzmenge führt.
Aufgrund der vorbeschriebenen Wirkung der Druckwelle ist die so
ermittelte Ansteuerdauer verschieden von der im ungestörten Fall
benötigten
Ansteuerdauer. Der ermittelte Verlauf der kompensierten Ansteuerdauern über t_diff
wird in Form einer Ansteuerdauer-Welle (ADW) in entsprechenden Kennfeldern
abgelegt, aus denen die Kompensationsmengen bei der Bedatung aus
den ermittelten ADW-Werten berechnet werden.
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Im
Falle von nicht-linearen Kennlinien entsprechen somit die nach dem
erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahren ermittelten Mengen nicht mehr den im bisherigen Mengenwellenversuch
ermittelten Mehr- oder Mindermengen. Aufgrund der vorgeschlagenen
Berechnung der Mengenwerte aus den ADW-Werten ist das erfindungsgemäße Verfahren
grundsätzlich
robuster gegen komplexe Kennlinienverläufe als die Bedatung direkt
aus den Mengenwellen. Im Gegensatz zum derzeitigen Vorgehen werden
die zur Bedatung notwendigen Mengenwellen am Prüfstand nicht direkt gemessen.
Die Mengenwellen stellen vielmehr eine physikalisch nicht relevante
Hilfsgröße dar,
um zu dem jeweiligen Betriebspunkt und dem zu Grunde liegenden Ansteuerdauerkennfeld
des Injektors die korrekte Ansteuerdauerkorrektur zu erhalten.
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Die
Korrekturdaten der genannten für
jeden Injektor individuell berechneten Korrekturfunktion werden
bevorzugt jeweils in Form von Steuerdaten an ein Motorsteuergerät übermittelt,
welches in dieser Ausgestaltung dann die genannte Druckwellenkompensation
durchgeführt.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steuerung eines hier
betroffenen Einspritzsystems in der vorgenannten Weise, welche in
der bevorzugten Ausbildung Mittel, mittels derer ein die einzuspritzende
Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung
der genannten teileinspritzungen korrigiert wird, Mittel zur Ermittlung
des Verlaufs von korrigierten Ansteuerdauern über der elektrischen Pausenzeit
(t_diff) in Form einer Ansteuerdauer-Welle (ADW) und zur Speicherung
dieser Werte in wenigstens einem Kennfeld, Mittel zur Berechnung
von Korrekturmengen aus den in dem Kennfeld abgelegten ADW-Werten
sowie Mittel zur (druckwellenkompensierenden) Amplitudenmodulation
der Ansteuerdaten der wenigstens zwei Injektoren aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung ermöglichen
eine für
jeden Injektor individuelle Korrektur des Einspritzmengenverhaltens
bei mehrfachen, zeitlich aufeinander folgenden Teileinspritzungen,
insbesondere unabhängig
von der jeweils vorherrschenden Druckwellenamplitude. Dabei wird
auch bei stärkeren
und insbesondere nichtlinearen Abhängigkeiten der Ansteuerdauern
in den genannten Kennfeldern eine präzise und wirkungsvolle Druckwellenkompensation
ermöglicht,
mittels der sehr enge Einspritzmengentoleranzen realisierbar sind
und bei der die genannten Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine,
wie insbesondere die Emissionen und das Verbrennungsgeräusch, ebenfalls
optimiert sind. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise lässt sich
die eingangs genannte Streuung der Einspritzmengen reduzieren.
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Zusätzlich vermeidet
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
das oben beschriebene „Nullmengenproblem", wie nachfolgend
im figurativen Teil noch eingehender erläutert wird.
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Die
Erfindung ist bevorzugt in einem mittels hochschneller Piezoaktoren
(der Injektoren) getriebenen Comon-Rail-Einspritzsystem insbesondere
eines Diesel-Motors mit den genannten Vorteilen einsetzbar, und
zwar sowohl bei zeitlich aufeinander folgenden Vor- und Haupteinspritzungen
sowie Haupt- und Nacheinspritzungen als auch bei entsprechend aufeinander
folgenden einzelnen Voreinspritzungen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert, aus
denen weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
hervorgehen.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines zum Einsatz der vorliegenden Erfindung
geeigneten im Stand der Technik bekannten Common-Rail-Einspritzsystems;
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2 eine
schematische, ausschnittweise Darstellung eines Kraftstoffeinspritzventils
im Längsschnitt
eines in der 1 dargestellten Einspritzsystems;
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3 ein
im Stand der Technik bekanntes Einspritzschema mit einer Haupteinspritzung
und einer Voreinspritzung anhand entsprechender Ansteuersignale
eines Einspritzaktors, insbesondere zur Illustration des bei der
Erfindung zugrunde liegenden Druckwelleneffektes;
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4a,
b eine typische an sich bekannte Mengenwelle eines hier betroffenen
Injektors in einem in der 1 gezeigten
Common-Rail-(CR-)Einspritzsystem (4a) und
eine typische Ansteuerdauerwelle eines hier betroffenen Injektors
zur Illustration der erfindungsgemäßen Druckwellenkompensation
(4b);
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5a,
b zwei typische Einspritz-Kennlinien zur Illustration der Vorteile
der erfindungsgemäßen Verwendung
von Ansteuerdauerwellen bei Injektoren mit nicht-linearen Mengenkennfeldern;
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6a–c eine
typische erfindungsgemäße Vorgehensweise
bei der Bedatung eines hier betroffenen CR-Einspritzsystems basierend
auf einer Ansteuerdauerwelle; und
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7a,
b zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemaßen
Verfahrens bzw. der Vorrichtung anhand zweier Block-/Flussdiagramme.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In
der 1 sind für
das Verständnis
der Erfindung erforderliche Bautei1e eines hoch-druck-basierten Kraftstoffeinspritzsystems
am Beispiel eines Common-Rail-(CR-)Einspritzsystems dargestellt.
Mit 1 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Der Kraftstoffvorratsbehälter 1 steht
zur Förderung
von Kraftstoff über
einen ersten Filter 5 sowie eine Vorförderpumpe 10 mit einem
zweiten Filter 15 in Verbindung. Vom zweiten Filter 15 aus
gelangt der Kraftstoff über
eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 25. Die Verbindungsleitung
zwischen dem zweiten Filter 15 und der Hochdruckpumpe 25 steht
ferner über
eine ein Niederdruckbegrenzungsventil 45 aufweisende Verbindungsleitung
mit dem Vorratsbehälter 1 in
Verbindung. Die Hochdruckpumpe 25 steht mit einem Rail 30 in
Verbindung. Das Rail 30 wird auch als (Hochdruck-)Speicher
bezeichnet und steht wiederum über
Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 31 in
druckleitender Verbindung. Über
ein Druckablassventil 35 ist das Rail 30 mit dem
Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbindbar.
Das Druckablassventil 35 ist mittels einer Spule 36 steuerbar.
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Die
Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 25 und
dem Eingang des Druckablassventils 35 werden als „Hochdruckbereich" bezeichnet. In diesem
Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich
wird mittels eines Sensors 40 erfasst. Die Leitungen zwischen
dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 und
der Hochdruckpumpe 25 werden hingegen als „Niederdruckbereich" bezeichnet.
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Eine
Steuerung 60 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 25 mit
einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 31 jeweils mit
einem Ansteuersignal A und/oder das Druckblassventil 35 mit
einem Ansteuersignal AV. Die Steuerung 60 verarbeitet verschiedene
Signale unterschiedlicher Sensoren 65, die den Betriebszustand
der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges, welches von
dieser Brennkraftmaschine angetrieben wird, charakterisieren. Ein
solcher Betriebszustand ist bspw. die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.
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Das
in der 1 gezeigte Einspritzsystem arbeitet wie folgt.
Der Kraftstoff, der sich im Kraftstoffvorratsbehälter 1 befindet, wird
mittels der Vorförderpumpe 10 durch
den ersten Filter 5 und den zweiten Filter 15 hindurch
gefördert.
Steigt der Druck im genannten Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte
an, so öffnet
das Niederdruckbegrenzungsventil 45 und gibt die Verbindung
zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 10 und
dein Vorratsbehälter 1 frei.
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Die
Hochdruckpumpe 25 fördert
die Kraftstoffmenge Q1 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich.
Die Hochdruckpumpe 25 baut dabei im Rail 30 einen
sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden
bei Einspritzsystemen für
fremdgezündete Brennkraftmaschinen
maximale Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden
Brennkraftmaschinen maximale Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar
erzielt. Mittels der Injektoren 31 kann der Kraftstoff
damit unter hohem Druck den einzelnen Verbrennungsräumen (Zylindern)
der Brennkaftmaschine zugemessen werden.
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Mittels
des Sensors 40 wird der Druck P im Rail bzw. im gesamten
Hochdruckbereich erfasst. Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 25 und/oder
des Druckablassventils 35 wird der Druck im Hochdruckbereich
geregelt.
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Als
Vorförderpumpe 10 werden üblicherweise
Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt. Alternativ kommen auch mechanische
Vorförderpumpen
zum Einsatz. Solche Einspritzsysteme weisen dann im Bereich des
Zulaufs zur Hochdruckpumpe ein leicht verschiedenes Schaltschema
auf.
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In
der
2 ist ein aus der
DE 100 02 270 C1 hervorgehendes piezoelektrisch
getriebenes Einspritzventil (Injektor)
101 in größerem Detail
in einer Schnittzeichnung dargestellt. Das Einspritzventil
101 weist
eine piezoelektrische Einheit
104 zur Betätigung eines
in einer Bohrung
113 eines Ventilkörpers
107 axial verschreibbaren
Ventilglieds
103 auf. Das Einspritzventil
101 weist
ferner einen an die piezoelektrische Einheit
104 angrenzenden
Stellkolben
109 sowie einen an ein Ventilschließglied
115 angrenzenden
Betätigungskolben
114 auf.
Zwischen den Kolben
109,
114 ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende
Hydraulikkammer
116 angeordnet. Das Ventilschließglied
115 wirkt
mit wenigstens einem Ventilsitz
118,
119 zusammen
und trennt einen Niederdruckbereich
120 von einem Hochdruckbereich
121.
Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit
112 liefert
die Ansteuerspannung für die
piezoelektrische Einheit
104, und zwar in Abhängigkeit
vom jeweils herrschenden Druckniveaus im Hochdruckbereich
121.
Im dem Hochdruckbereich
121 des Einspritzventils
101 sind
zusätzlich
eine Ablaufdrossel
130 und eine Zulaufdrossel
131 angeordnet.
Das Stellverhältnis
Ablauf/Zulauf dieser beiden Drosseln
130,
131 wird
mittels eines Steuerventils
132 eingestellt.
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In
der 3 sind typische Ansteuersignalverläufe für einen
in der 2 gezeigten Injektor im Falle einer Haupteinspritzung 200 und
einer zeitlich vorausgehenden Voreinspritzung 205 dargestellt.
Die gezeigten fünf
Signalverläufe
repräsentieren
unterschiedliche zeitliche Ansteuerzustände, bei denen der zeitliche
Abstand (elekrkische Pausenzeit) zwischen den beiden Ansteuersignalen 200, 205,
in der Darstellung von oben nach unten gesehen, schrittweise bis
aus ein Minimumwert t_diff_min verringert ist. Vorliegend sei nun
angenommen, dass der aus der Applikation sich ergebende zeitliche
Abstand delta_t_start so gewählt
ist, dass eine durch die Voreinspritzung 205 hervorgerufene
Druckwelle im Rail bis zur Ansteuerung der Haupteinspritzung 200 wieder
abgeklungen ist. Entsprechende Werte sind in Form von Erfahrungswerten
an sich vorbekannt. Ferner sei angenommen, dass die in der untersten
Kurve dargestellte Zeitdifferenz t_diff_min zwischen den Einspritzungen
einem minimalen Zeitabstand entspricht, bei dem die durch die Voreinspritzung 205 bewirkte
Druckwelle bereits zu einer messbaren Veränderung einer Betriebskenngröße, bevorzugt
zu einer Momentenänderung
der Brennkraftmaschine, führt.
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Es
versteht sich, dass die in der 3 gezeigten
beiden Einspritzungen nur zu Illustrationszwecken dienen und daher
das erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung auch aus die zeitliche Applikation mehrerer
Einspritzungen entsprechend anwendbar sind, wobei sich selbstverständlich auch einzelne,
zeitlich benachbarte Voreinspritzungen sowie zeitlich benachbare
Haupt- und Nacheinspritzung aufgrund von Druckwellen in der hierin
beschriebenen Weise beeinflussen können.
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Der
oben erwähnte
Druckwelleneffekt lässt sich
anhand der 3 wie folgt erklären. Ist
die Voreinspritzung ‚VE’ 205 zeitlich
ausreichend weit von der Haupteinspritzung ‚HE’ 200 entfernt, vorliegend also
mit dem Abstand t_diff_start, so ist die durch sie ausgelöste Druckwelle
bis zur Haupteinspritzung 200 bereits abgeklungen und wirkt
sich damit aus die bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge nicht
mehr aus. Dieses Zeitintervall ist unter anderem wegen der bekanntermaßen druckabhängigen Wellenge schwindigkeit
im Wesentlichen abhängig
vom momentan im Rail vorliegenden Raildruck. Ein empirisch ermittelter
geeigneter Ausgangswert für t_diff_start
beträgt >4ms. Wird nun der genannte
zeitliche Abstand variiert, indem der Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung
konstant bleibt, die Voreinspritzung aber zeitlich dichter an die
Haupteinspritzung herangeführt
wird, so ergibt sich ab einem bestimmten Abstand eine Beeinflussung
der Haupteinspritzmenge, da aufgrund der Druckwelle der Druck insbesondere
im Bereich der in der 2 gezeigten Düsennadel
(dort als Ventilschließglied 115 bezeichnet) im
Zeitpunkt des Öffnens
und während
der Öffnung der
Düsennadel
entweder aufgrund eines Wellenbergs der Druckwelle erhöht oder
aufgrund eines Wellentals erniedrigt ist. Daraus ergibt sich ein
Mengen- bzw. Momenteneffekt, der bspw. mittels eines Drehzahlsignals
der Brennkraftmaschine sensierbar ist. Alternativ ist auch die Sensierung
des Mengeneffektes in an sich bekannter Weise über eine Lambda-Sonde bzw.
deren Steuerung möglich.
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Die
nachfolgend anhand der 4a, 4b, 5a–c und 6 beschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise
ermöglicht,
die genannte Druckwellenkompensation (DWK) insbesondere auch in
Bereichen mit nicht-linearem Kennlinienverhalten, insbesondere an
dem genannten Nullmengen-Rand, mit der notwendigen Präzision durchführen. Ziel
ist die Minimierung des Einspritzinengenfehlers in einem bestehenden,
insbesondere bereits einen DWK-Algorithimus aufweisenden Einspritzsystem,
und zwar möglichst
ohne etwa erforderliche Modifikation dieses Algorithmus'.
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Die 4a zeigt
den typischerweise in einem in der 1 gezeigten
CR-Einspritzsystem zwischen zwei zeitlich nachfolgenden Teileinspritzungen auftretenden
Kraftstoffmengenwelleneffekt noch einmal quantitativ. In dem gezeigten
Diagramm ist die unter Einbeziehung des Druckwelleneffektes insgesamt
an einem einzelnen Injektor eingespritzte Kraftstoffmasse m, die
wiederum von der jeweils vorliegenden Ansteuerdauer AD abhängt, über der
elektrischen Pausenzeit t_diff zwischen zwei momentan betrachteten
aufeinander folgenden Teileinspritzungen aufgetragen. Die ohne den
Mengenfehler vorliegende Einspritzmenge wäre aufgrund des dann gleichmäßigen Drucks
zwischen Rail und Einspritzdüse
im Rail konstant, und zwar vorliegend m = 1,0 mm3.
Bei einer Pausenzeit t_diff = 0 ergibt sich in dem vorliegenden
Beispiel aufgrund des momentan erhöhten Drucks (Wellenberg der
Druckwelle) ein bestimmter positiver Wert m0, d.h. die bei der nachfolgenden
Teileinspritzung urspünglich
vorgesehene Einspritzmenge m = 1,0 mm3 wäre bei dieser
Pausenzeit um den Wert m0 erhöht.
Entsprechend wäre die
ursprüngliche
Einspritzmenge m = 1,0 mm3 bei t_diff =
tl um den Wert m1 erniedrigt. Die Amplitude der gezeigten Mengenwelle
nimmt dem naturlichen Dämpfungsverhalten
einer Druckwe11e im Rail zufolge stetig ab.
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Aus
der 4a ist ferner zu ersehen, dass die vorliegende
Mengenwelle im Intervall t_diff = t3 – t2 die Nulllinie (m = 0)
durchstößt. In dem
schraffierten Durchstoßbereich 300 lässt sich
der Mengenfehler nicht korrigieren, da negative Einspritzmengen (wie
in diesem Bereich vorliegend) physikalisch nicht definiert und damit
auch nicht korrigierbar sind. Daher wurde die im Stand der Technik
anhand der Mengenwelle durchgeführte
Mengenkorrektur in diesem Bereich t3 – t2 zu fehlerhaften Ergebnissen
führen.
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Die 4b zeigt
eine typische Ansteuerdauerwelle (AD-Welle) zur Illustration der
erfindungsgemäßen Druckwellenkompensation.
Die ohne die Druckwellenkompensation an dem vorliegenden Injektor
momentan anliegende Ansteuerdauer sei AD = 200 μs. Der Verlauf der AD-Welle
in y-Richtung ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zum Kurvenverlauf
der in der 4a gezeigten Mengenwelle, da
die AD-Welle der Mengenwelle ja insoweit entgegenwirkt, als sie
bestrebt ist, diese möglichst
vollständig zu
kompensieren. Entsprechend weist auch die AD-Welle das genannte
Dämpfungsverhalten
auf. Wie aus der 4b zu ersehen, tritt bei der
AD-Welle das anhand der 4a beschriebene
Nulldurchgangsproblem erst gar nicht auf da die möglichen AD-Werte
in der Regel (wie im vorliegenden Fall) von der Nulllinie AD min 305 ausreichend
weit entfernt sind.
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Anhand
der 5a und 5b soll
der Vorteil der Verwendung von Ansteuerdauerwellen bei Injektoren
mit nicht linearen Mengenkennfeldern weiter verdeutlicht werden.
Bei der konventionellen Korrektur der Ansteuerdauer mit Hilfe gemessener
Mengenwellen, entsteht ein signifikanter Fehler dadurch, dass bei
Umrechnung der Korrekturmenge in Ansteuerdauer die geänderte Kennliniensteigung
nicht bekannt ist (5a). Im schematisch dargestellten Beispiel
wird die Ansteuerdauer aufgrund dessen nicht weit genug herabgesetzt.
Bei der Verwendung von Ansteuerdauerwellen erfolgt die Ansteuerdauerkorrektur
auf Basis einer Mengenwelle, die mit Hilfe des zu Grunde liegenden
Ansteuerdauerkenn felds des Injektors errechnet wurde (5b).
Hier wird trotz komplexer Kennlinienform die passende Ansteuerdauer
bestimmt.
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Die 6a–6b zeigen
eine typische Vorgehensweise bei der Bedatung eines hier betroffenen
CR-Einspritzsystems anhand einer Bedatungskennlinie Einspritzmenge
m über
Ansteuerdauer AD, und zwar basierend auf einer erfindungsgemaßen Ansteuerdauerwelle.
In der 6a ist eine bereits in der 4b gezeigte
AD-Welle 400 dargestellt. Eine in der 6b gezeigte,
vorliegend nicht-lineare Kennlinie 405 stellt den Zusammenhang
zwischen der Ansteuerdauer AD und der Einspritzmenge m her, d.h.
vorgegebene Änderungen ΔAD lassen sich
mittels der Kennlinie in entsprechende Werte Δm umrechnen Die 6c zeigt
schließlich
eine aus der AD-Welle 400 mittels der Kennlinie 405 gewonnene ADW-Bedatung 410.
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Eine
in 6a angenommene positive Änderung ΔAD 415 entspricht einer Änderung ΔAD 425 im
Kennliniendiagramm (6a) und eine negative Änderung ΔAD 420 einer
entsprechenden Änderung ΔAD 430.
Mit der gestrichelten Linie 435 sei nun ein vorbeschriebenes,
potenzielles AD_min-Problem (vorbeschriebenes „Nullinienproblem") bezeichnet. Die Änderung ΔAD 415, 425 entspricht
einer Kraftstotfmassenänderung Δm 440.
Ebenso entspricht die Änderung ΔAD 420, 430 einer Änderung ΔAD 445. Aus
der Zussammenschau mit der 6c erkennt man,
dass das in der 6c gezeigte Null-Anschlagsproblem 450 aufgrund
dieser Vorgehensweise bei der ADW-Bedatung nicht auftreten kann.
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Die 7a zeigt
in Block- bzw. Flussdiagrammform ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der Vorrichtung, wobei die endgültigen Einspritzdauern im Wesentlichen im
Mengenpfad ermittelt werden. In dem vorliegenden Beispiel wird eine
aus zwei Teileinspritzungen bestehende Einspritzsituation angenommen,
und zwar bestehend aus einer Haupteinspritzung ‚HE’ einer dieser zeitlich vorausgehenden
Voreinspritzung ‚VE’. Dabei
wird ferner angenommen, dass eine von der VE herrührende Druckwelle
die HE in der vorbeschriebenen Weise beeinflusst.
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Zunächst dient
eine Mengenvorgabe 600 zur Bestimmung einer Fahrerwunschmenge
m_FW, bspw. aus der Grundlage einer momentanen Gaspedalstellung.
Aufgrund dieses Mengenwertes m_FW werden seitens der Motorsteuerung
in an sich bekannter Weise eine unkorrigierte Haupteinspritzmenge
m_HE_unkorr und eine Voreinspritzmenge m_VE sowie eine geeignete
Pausenzeit t_diff zwischen diesen beiden Teileinspritzungen berechnet 605.
Bereits im Vorfeld wurde für
den jeweiligen Injektor die bereits genannte Korrekturkurve, d.h.
die wellenförmige Ansteuerdauer
als Funktion der genannten Pausenzeit t_diff, experimentell oder
anhand einer Modellrechnung ermittelt 610. Die Verwendung
dieser Korrekturkurve hat die bereits genannten Vorteile.
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Anhand
einer bevorzugt ebenfalls für
jeden Injektor vorliegenden Kennlinie AD = f(m) 630 wird aus
der Ansteuerdauerwelle eine Korrektur-Mengenwelle 615 für die Haupteinspritzmenge
berechnet. Mittels der Mengenwelle 615 wird nun der unkorrigierte
Mengenwert m_HE_unkorr anhand des vorliegenden Pausenwertes t_diff
(HE, VE) in einen (druckwellen-)korrigierten Mengenwert m_HE_korr umgewandelt 620.
Der korrigierte Mengenwert m_HE_korr wird anschließend anhand
der Kennlinie 630 in einen korrigierten Ansteuerdauerwert AD_HE_korr
umgewandelt, welcher schließlich
bei der elektrischen Ansteuerung der hier betroffenen HE des vorliegenden
Injektors zu Grunde gelegt wird 635.
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Die 7b zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der Vorrichtung bei dem die Einspritzdaten im Wesentlichen
im Zeitpfad ermittelt werden. Auch in diesem Beispiel wird eine
Haupteinspritzung ‚HE’ und eine dieser
zeitlich vorausgehende Voreinspritzung ‚VE’ angenommen.
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Wiederaum
bestimmt zunächst
eine Mengenvorgabe 500 eine Einspritzmenge m für eine vorliegendangenommene
Haupteinspritzung HE. Die erforderlichen Zeitdaten für diese
Haupteinspritzung werden von einer Zeitvorgabe 505 bereitgestellt.
Die Zeitvorgabe 505 stellt zudem einen entsprechenden Pausenwert
t_diff zwischen der vorliegenden Haupteinspritzung HE und einer
angenommenen zeitlich voraus gegangenen Voreinspritzung VE bereit.
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Die
Mengevorgabe m wird mittels einer vorliegend nicht-linearen Kennlinie 510 Ansteuerdauer AD über Einspritzmasse
m in einen noch unkorrigierten Wert AD_unkorr umgerechnet 515.
Mittels des von der Zeitvorgabe 505 bereitgestellten Wertes t_diff
wird anhand eines Korrekturkennfeldes (AD über t_diff) 540 ein
Korrekturwert AD_korr.wert bestimmt 520 und gemäß der Beziehung
AD_korr = AD_unkorr +/– AD_korr.wert
in den korrigierten AD-Wert AD_korr umgerechnet 525. Das
Vorzeichen ,+/–,
von AD_korr ist, wie bereits beschrieben, dadurch bestimmt, ob die
Korrektur aufgrund eines vorliegenden Wellenbergs oder Wellentals
der Mengenwelle erfolgt. Anhand des Wertes AD_korr erfolgt dann
die Ansteuerug 530 des vorliegenden Injektors.
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Die
Erstellung des genannte Korrekturkennfeldes 520 erfolgt
durch die in der 7 rechts unten dargestellten
beiden Schritte 535, 540. Dabei werden im Vorfeld
experimentell oder empirisch für
jeden möglichen
Wert t_diff zwischen zwei jeweils betroffenen Teileinspritzungen
solche Werte von AD ermittelt 535, bei denen sich jeweils
eine gewünschte
Einspritzmasse m ergibt. Die so ermittelten Werte von AD stellen
demnach die bereits aufgrund der Druckwelle gestörten Werte dar und berücksichtigen
demnach bereits den vorbeschriebenen Druckwelleneffekt. Die jeweils
sich ergebenden Wertepaare (AD, t_diff) werden dann in Form des
genannten Korrekturkennfeldes 520 abgespeichert 540.
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Die
eigentliche Druckwellenkompensation der Ansteuerdaten bzw. Steuersignale
der einzelnen Injektoren erfolgt schließlich in an sich bekannter Weise
durch geeignete Veränderungen
der Ansteuerdauern, wie bspw. in der eingangs zitierten
DE 101 23 035 A1 ausführlich beschrieben.
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Das
vorbeschriebene Verfahren kann entweder in Form einer Schaltung
in einem eigens dafür vorgesehenen
Steuergerät
oder in Form eines Steuercodes im Motorsteuergerät selbst implementiert werden.
Eine solche Vorrichtung weist Steuer- oder Rechnmittel auf, mittels
derer zunächst
eine vorbeschriebene Druckwellenkompensation für die einzelnen Injektoren
durchgeführt
wird. Die Vorrichtung umfasst schließlich Rechen- oder Steuermittel,
mittels derer ein die momentan einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes
Steuersignal der Injektoren entsprechend korrigiert wird.