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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren zum
Betreiben eines Einspritzventils für die Kraftstoffzumessung
einer Brennkraftmaschine nach Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Stand der Technik
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Bei
Stellern und Aktuatoren, bei denen ein beweglicher Anker in einem
Magnetfeld beschleunigt wird, das durch eine bestromte Spule erzeugt
wird, kann es zu Nichtlinearitäten der Grundeigenschaften des
Bauteils kommen. Diese Nichtlinearität tritt insbesondere
für kurze Ansteuerzeiten – beispielsweise unterhalb
einer Millisekunde – auf, und ist im Wesentlichen durch
den ballistischen Betrieb eines Injektors bedingt. Bei kurzer Ansteuerung
des Stellers kann es vorkommen, dass bevor die Injektornadel die
obere Ruheposition erreicht, der Injektor bereits in der freien
Flugphase der Injektornadel schließend angesteuert wird.
Die Ausprägung der Nichtlinearität schwankt insbesondere
in Abhängigkeit von den Fertigungs-Toleranzen des Injektors.
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Aus
der
US 4,402,294 ist
ein Kraftstoffversorgungssystem bekannt, bei dem eine fertigungsbedingte
Schwankung der Zumessgenauigkeit kompensiert wird. Hierzu ist es
vorgesehen, die Zumessrate eines Einspritzventils mit Hilfe eines
Widerstandes zu kodieren. Ein Steuergerät misst diesen
Widerstand und vergleicht die Daten mit Hilfe eines Kennfeldes und
passt die die Ansteuerung des Einspritzventils entsprechend der
zum Widerstandswert zugehörigen Kennfelddaten an.
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Aus
der
DE 696 04 506
T2 ist ein Einspritzventil bekannt, bei dem ventilspezifische
Daten auf einem Speichermittel abgelegt sind, wobei das Speichermittel
zusammen mit dem Einspritzventil eine bauliche Einheit bildet. Diese
Daten können von einem Steuergerät erfasst und
für die Korrektur der Kraftstoffzumessung verwendet werden.
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Aus
der
WO 98/55672 ist
ein Steuergerät zur Kompensation von fertigungsbedingten
Toleranzen und Schwankungen eines Einspritzventils bekannt. Hierbei
ist es vorgesehen, das Einspritzventil im Vorfeld zu kalibrieren,
und die Kalibrierdaten in einem Speichermedium, das eine bauliche
Einheit mit dem Einspritzventil bildet, zu hinterlegen. Weiterhin
ein Steuergerät mit einem Steuermodul vorgesehen, wobei
das Steuermodul in Abhängigkeit unbearbeiteter Steuerzeiten
und der hinterlegten Kalibrierdaten kalibrierte Steuerzeiten für
das Einspritzventil berechnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Endstufe zum
Betreiben eines Einspritzventils für eine Kraftstoffzumessung
einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Endstufe
ein Kompensationsmittel aufweist, dass so eingerichtet ist, dass
es ein ventilspezifisches nichtlineares Zumessverhalten des Einspritzventils
kompensiert.
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Ebenso
vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils,
das das genannte nichtlineare Zumessverhalten kompensiert.
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Die
erfindungsgemäße Kompensation hat den Vorteil,
dass insbesondere für kleine Kraftstoffzumessung und dementsprechend
kleine Einspritzzeiten die Zumessgenauigkeit verbessert wird.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, das ventilspezifische Zumessverhalten für
das Einspritzventil für einen minimalen Kraftstoffdruck
und für einen vorgegebenen Boosterstrom zum bestimmen.
Kraftstoffdruck und Boosterstrom sind hierbei vorzugsweise für
eine Kleinstmengeneinspritzung optimiert.
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Die
Optimierung des Kraftstoffdruck und des Boosterstroms kann beispielsweise
derart erfolgen, dass die Nichtlinearität des Einspritzventils
möglichst wenig von einer idealen linearen Zumessung abweicht.
Dies hat den Vorteil, dass das Kompensationsmittel nur gering in
die Steuerung der Einspritzventile eingreifen muss.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit, bereits durch die Auswahl
eines geeigneten Kraftstoffdrucks und Boosterstrom die Nichtlinearität
des Einspritzventils soweit zu kompensieren, dass bereits hierdurch
eine gewünschte Zumessgenauigkeit für kleine Einspritzmengen
erreicht wird.
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Ferner
ist es von Vorteil, das ventilspezifische Zumessverhalten in einem
Speichermittel der Endstufe abzuspeichern.
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Weiter
ist es von Vorteil, dass das nichtlineare Zumessverhalten für
Einspritzzeiten berücksichtigt wird, die kleiner sind als
eine Grenzeinspritzzeit. Oberhalb einer solchen Grenzeinspritzzeit
ist ein im Wesentlichen lineares Verhalten des Einspritzventils zu
erwarten und kann ggf. unberücksichtigt bleiben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 beispielhaft
ein Zumessverhalten für verschiedene Kraftstoffdrücke,
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3 beispielhaft
ein Zumessverhalten für verschiedene Boosterströme.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein aus dem Stand der Technik bekannter Endstufenbaustein
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In 1 ist
schematisch eine Brennkraftmaschine 1 gezeigt, wobei beispielhaft
für alle Zylinder ein Zylinder 110 mit einem Einspritzventil 40 dargestellt
ist. Das Einspritzventil 40 ist mit einem Kraftstoffspeicher 30 einem
so genannten Common Rail verbunden, von dem weitere Einspritzventile 40 versorgt
werden. Über einen Drucksensor 60 wird der Kraftstoffdruck
ermittelt.
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Im
Zylinder 110 ist ein Kolben 120 bewegbar angeordnet.
Der Zylinder weist einen Brennraum 100 auf, der unter anderem
durch den Kolben 120, durch Gaswechselventile nämlich
einem Einlassventil 150 und einem Auslassventil 160 begrenzt
ist. Es können auch mehrere Ein- und/oder Auslassventile 150,160 vorgesehen
sein. Im Bereich der Ein- und Auslassventile 150, 160 ragt
das Einspritzventil 40 in den Brennraum 100 hinein,
und ermöglicht ein direktes Einbringen von Kraftstoff in
den Brennraum 100. Weiterhin führt ein Saugrohr 155 vorzugsweise
Luft an das Einlassventil 150 heran und durch Öffnen
des Einlassventils 150 gelangt die Luft in den Brennraum 110.
Durch Öffnen des Auslassventils 160 werden vorzugsweise
Abgase in ein Abgasrohr 165 weiter geleitet.
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Das
Einspritzventil 40 ist elektrisch mit einer Endstufe 500 verbunden,
wobei die Endstufe wiederum von einem Steuergerät 550 angesteuert
wird. In der Endstufe sind ferner ein Kompensationsmittel 520 und
ein Speichermittel 510 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird das Kompensationsmittel 520 direkt vom Steuergerät 550 angesteuert.
Ausgehend von den Ansteuerzeiten und den im Speichermittel 510 hinterlegten
Ventildaten wird ein kompensiertes Ansteuersignal erzeugt und ausgegeben,
wie dies mit einem Pfeil dargestellt ist. Dieses Ansteuersignal
wird in der Endstufe weiter verarbeitet und betätigt vorzugsweise über
ein Leistungsbauelement verstärkt das Einspritzventil,
um eine vorgegebene Menge Kraftstoff zuzumessen.
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Alternativ
kann bereits das Kompensationsmodul Leistungsbauelemente umfassen,
so dass das Einspritzventil direkt vom Kompensationsmodul angesteuert
werden kann.
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Die
Idee der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, eine
bauarttypische Nichtlinearität eines Einspritzventils bereits
in der zugehörigen Endstufe zu kompensieren, sodass eine
aufwändige Anpassung der Steuergerätefunktionalität
nicht notwendig ist.
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Dies
hat den besonderen Vorteil, dass im Steuergerät für
die Kraftstoff-Zumessung im Wesentlichen nur die jeweilige Betriebsbedingung
der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden muss, und
ein individuelles Verhalten eines jeweiligen Einspritzventils unberücksichtigt
bleiben kann.
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Erfindungsgemäß ist
es vorgesehen, dass das Steuergerät 550 die Endstufe 500 über
eine Steuerleitung entsprechend der gewünschten Kraftstoffzumessung
ansteuert. Im gezeigten Beispiel gemäß 1 werden
die Steuersignale auf ein Kompensationsmittel 520 des anzusteuernden
Einspritzventils 40 geführt. In einem Speichermittel 510 ist
ein jeweiliges ventilspezifisches Zumessverhalten gespeichert, und
steht dem Kompensationsmittel 520 zur Verfügung.
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Ausgehend
von Steuersignalen, die eine gewünschte Kraftstoffzumessung
vorgeben, und dem ventilspezifischen Zumessverhalten bildet das
Kompensationsmittel ein Ansteuerungssignal derart aus, dass Kraftstoffzumessung
durch das Einspritzventil entsprechend der gewünschten
Vorgaben erfolgt.
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In 2 ist
beispielhaft ein ventilspezifisches Zumessverhalten für
verschiedene am Einspritzventil anliegende Kraftstoffdrücke
gezeigt. Die Abszisse zeigt die Einspritzzeit t_i und die Ordinate die
Kraftstoffzumessung. Die gestrichelt gezeichnete Kurve 320 stellt
das zeitliche Verhalten der Kraftstoffzumessung für einen
Kraftstoffdruck von 20 MPa und die durchgezogen gezeichnete Kurve
eine entsprechende Kurve für einen Kraftstoffdruck von
5 MPa dar. Wie der Kurve 320 zu entnehmen ist, ist bei
hohen Kraftstoffdrücken für kurze Einspritzzeiten
ein nichtlineares Zumessverhalten zu erwarten. Insbesondere für
Einspritzzeiten unterhalb einer Millisekunde, tritt dieses ventilspezifische
Zumessverhalten auf. Diese Einspritzzeit, die den Übergang
von dem nichtlinearen in den nichtlinearen Bereich charakterisiert
ist als Grenzeinspritzzeit t_g definiert und kann ggf. für
eine jede Einspritzkurve individuell festgelegt werden. Es ist auch
denkbar, diese Grenzeinspritzzeit für ein einzelnes Einspritzventil
oder auch Gruppen von Einspritzventilen einheitlich festzulegen.
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Ohne
Kompensation der Nichtlinearität kommt es insbesondere
bei kleinen Kraftstoffzumessungen, die systembedingt auch kleine
Einspritzzeiten t_i erfordern, zu einer ungenauen Kraftstoffzumessung,
die sowohl für das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine
als auch in der Abgasemission nachteilig ist.
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Bei
geringen Kraftstoffdrücken gemäß Kurve 305 hingegen
ist diese Nichtlinearität kaum ausgeprägt und
bedarf in der Regel nur eine geringe oder gar keine Korrektur bzw.
Kompensation.
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Für
eine größere Kraftstoffzumessung, d. h. typischerweise
für Einspritzzeiten größer einer Millisekunde
nimmt die Kraftstoffzumessung im Wesentlichen linear mit der Einspritzzeit
zu. Für große Kraftstoffzumessung kann in der
Regel die Nichtlinearität im Anfangsbereich der Zumessung
vernachlässigt werden. Es ist allenfalls die unterschiedliche
Steigung/Anstieg des Zumessverhaltens zu berücksichtigen.
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Ein
weiterer Ansatz der vorliegenden Erfindung ist es, nicht nur eine
vorhandene Nichtlinearität eines Einspritzventils bereits
in der Endstufe zu kompensieren, sondern, bei Vorliegen einer Kleinstmengeneinspritzung
die Systembedingungen im Einspritzsystem derart zu verändern,
dass sich bereits aufgrund der eingestellten Systembedingungen eine geringe
oder eine zu vernachlässigende Abweichung vom linearen
Verhalten am Einspritzventil einstellt.
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Im
dargestellten Fall wäre der Kraftstoffdruck/Systemdruck
für kleine Einspritzdrücke auf 5 MPa abzusenken,
um ein im Wesentlichen lineares Verhalten auch bei kleinen Einspritzmengen
zu erhalten.
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Die
Auswahl eines geeigneten Kraftstoffdruck wäre somit vorzugsweise
im Hinblick auf ein möglichst lineares Zumessverhalten
zu optimieren. Selbstverständlich darf der Kraftstoffdruck
nicht unterhalb eines systembedingten Minimaldrucks abgesenkt werden.
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In 3 ist
beispielhaft ein ventilspezifischen Zumessverhalten für
verschiedene Ansteuerströme oder so genannte Boosterströme,
mit denen das Einspritzventil angesteuert wird dargestellt. Die Abszisse
zeigt die Einspritzzeit t_i und die Ordinate die Kraftstoffzumessung.
Die gestrichelt gezeichnete Kurve 410 stellt das zeitliche
Verhalten der Kraftstoffzumessung für einen Boosterstrom
von 10 A und die durchgezogen gezeichnete Kurve eine entsprechende
Kurve für einen Boosterstrom von 5 A dar. Wie auch bereits
unter 2 diskutiert sind für kurze Einspritzzeiten
t_i, also Einspritzzeiten kürzer als eine Grenzeinspritzzeit
t_g, Nichtlinearitäten zu beobachten, wie dies insbesondere
für einen hohen Boosterstrom gemäß der
gestrichelt gezeichneten Kurve 410 auffällig ist.
Für große Zumessungen mit typischerweise Einspritzzeiten
oberhalb der Grenzeinspritzzeit t_g sind die Nichtlinearitäten
zu vernachlässigen.
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Ähnlich
dem druckabhängigen Verhalten der Nichtlinearität
gemäß 2 ist auch bezüglich
des anliegenden Boosterstromes eine Veränderung in der
Nichtlinearität zu beobachten. Im vorliegenden Beispiel
ist für einen Boosterstrom von 5 A nur noch eine geringe
und im Wesentlichen zu vernachlässigende Nichtlinearität
zu beobachten.
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Vorteilhaft
ist es daher erfindungsgemäß vorgesehen, vorzugsweise
auch den Boosterstrom für eine Kleinstmengenzumessung anzupassen.
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Erfindungsgemäß kann
so die Kompensation der Nichtlinearität beispielsweise
durch ein Kompensationsmodul in einer Endstufe erfolgen und/oder bereits
durch einen Eingriff in die Systembedingungen des Kraftstoffzumesssystems,
wobei vorzugsweise der Kraftstoffdruck und/oder der Boosterstrom anzupassen
sind.
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Eine
Möglichkeit der erfindungsgemäßen Umsetzung
ist es, in dem Speichermittel 510 ein Kennfeld abzulegen,
dass ein jeweiliges ventilspezifisches Zumessverhalten für
relevante Kraftstoffdrücke und Boosterströme darstellt.
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Alternativ
kann es auch vorgesehen sein, in einem solchen Kennfeld nur das
oder die ventilspezifischen Zumessverhalten abzuspeichern, die für
eine Kleinstmengenzumessung, d. h. für Einspritzzeiten kleiner
einer Millisekunde relevant abzuspeichern.
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Des
Weiteren kann für eine solche Kleinstmengenzumessung bereits
ein für ein möglichst lineares Verhalten der Kraftstoffzumessung
geeigneter Kraftstoffdruck und/oder Boosterstrom vorgegeben sein,
so dass nur noch eine geringe oder evtl. keine Kompensation notwendig
ist.
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Da
eine Nichtlinearität eines Einspritzventils insbesondere
für kleine Einspritzmengen/Kraftstoffzumessungen und dementsprechend
kleinen Einspritzzeiten (kleiner 1 ms) als kleiner der Grenzeinspritzzeit
t_g zum Tragen kommt, ist es besonders vorteilhaft, dass ventilspezifische
Zumessverhalten für diesen Bereich abzuspeichern.
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Für
größere Einspritzmengen, also für Einspritzeiten,
die die Grenzeinspritzzeit t_g überschreiten, kann die
Nichtlinearität vernachlässigt werden, und das
Zumessverhalten linear beschrieben werden, so dass in der Regel
ausreicht das Zumessverhalten mit zwei Geradenparametern – Schnittpunkt und
Steigung – zu hinterlegen. Dies kann beispielsweise, wie
aus dem Stand der Technik bekannt, durch eine Kodierung der Einspritzventile
erfolgen und im Steuergerät oder auch im Kompensationsmodul
berücksichtigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4402294 [0003]
- - DE 69604506 T2 [0004]
- - WO 98/55672 [0005]