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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 bei kurzen 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 A 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 98/55762 A1 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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Aus der
DE 10215610 A1 bzw. der
DE 103 31 241 A1 ist eine Vorrichtungen zum Betreiben mindestens eines Einspritzventils für eine Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei erfolgt die Ansteuerung in Abhängigkeit von Steuersignalen, die die Kraftstoffzumessung vorgeben. Bei den Einrichtungen gemäß des Standes der Technik ist vorgesehen, dass die Einspritzventile vermessen und klassifiziert werden. An den Einspritzventilen ist jeweils ein Speicher angebracht, in dem die Klasse des Einspritzventils bzw. seine Abweichung vom Normalwert abgelegt ist. Diese Werte werden von dem Steuergerät bei der ersten Inbetriebnahme eingelesen und bei der Ansteuerung des Ventils berücksichtigt.
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Die
DE 100 07 961 A1 und die
US 4 972 293 A zeigen eine entsprechende Einrichtung bei der zur Codierung der Klassifizierung ein Widerstand parallel zu der Spule des Einspritzventils geschaltet ist.
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Die
DE 198 51 797 A1 eine entsprechende Einrichtung bei der zur Codierung der Klassifizierung ein Widerstand gegen Fahrzeugmasse geschaltet ist
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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 zu bestimmen. Kraftstoffdruck und Boosterstrom sind hierbei vorzugsweise für eine Kleinstmengeneinspritzung optimiert.
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Die Optimierung des Kraftstoffdrucks 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 Boosterstroms 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 500 und 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, das 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 sind.
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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) kleiner als der Grenzeinspritzzeit t_g zum Tragen kommt, ist es besonders vorteilhaft, das 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 es 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.
