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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zumessen eines Fluids mittels eines Einspritzventils. Das Einspritzventil umfasst einen Magnetstellantrieb und eine mittels des Magnetstellantriebs axial bewegbare Düsennadel.
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Bei einem Einspritzventil mit einem Magnetstellantrieb kann der Magnetstellantrieb so mit Energie aufgeladen werden, dass zunächst Energie in dem Magnetstellantrieb als magnetische Energie gespeichert wird, ohne dass das Einspritzventil einen Fluidfluss freigibt. Im Anschluss an das Aufladen kann eine Öffnungsphase erfolgen, in der eine Düsennadel des Einspritzventils einen Fluidfluss durch eine Zumessöffnung des Einspritzventils frei gibt. Auf die Öffnungsphase kann eine Haltephase folgen, in der die Düsennadel außerhalb ihrer Schließposition gehalten wird. Diese drei Phasen können beispielsweise durch einen vorgegebenen Signalverlauf eines Stellsignals für den Magnetstellantrieb umgesetzt werden. Das Stellsignal mit dem vorgegebenen Signalverlauf wird von einer Endstufe erzeugt, die elektronische Bauelemente aufweist. Die Endstufe und das Einspritzventil bilden ein Zumesssystem.
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Der Magnetstellantrieb arbeitet beispielsweise gegen eine Düsenfeder, die die Düsennadel in Schließrichtung mit einer ersten Kraft beaufschlagt und die dafur sorgt, dass die Düsennadel den Fluidfluss durch die Zumessöffnung unterbinden kann. Die Düsennadel wird durch den Magnetstellantrieb mit einer zweiten Kraft entgegen ihrer Schließrichtung beaufschlagt. Eine dritte Kraft auf die Düsennadel kann durch das Fluid in dem Einspritzventil bewirkt werden. Diese dritte Kraft hängt von dem Druck in dem Einspritzventil ab. Daher können zu dem Steuern des Einspritzventils, insbesondere des Magnetstellantriebs, Stellsignale mit unterschiedlichen Signalverläufen verwendet werden, je nachdem, welcher Druck aktuell in dem Einspritzventil herrscht.
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Falls besonders kleine Einspritzmassen mittels des Einspritzventils zugemessen werden sollen, so muss der Magnetstellantrieb mit möglichst wenig Energie versorgt werden. Bauteiltoleranzen der Bauelemente in der Endstufe zum Erzeugen des Stellsignals mit dem vorgegebenen Signalverlauf können dazu führen, dass so wenig Energie auf den Magnetstellantrieb übertragen wird, dass die Düsennadel früher als gewünscht schließt oder gar nicht öffnet.
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Die
DE 101 38 483 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere zum Zumessen von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine. Der Verbraucher wird vor einer Ansteuerung mit Brennstoff beaufschlagt. Ausgehend von einer Größe, die die Dauer des Stromimpulses charakterisiert, wird die Ansteuerung korrigiert.
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Die
DE 100 35 815 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Einspritzventils, um eine vorgegebene Kraftstoffmenge in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Das Einspritzventil weist ein Schaltventil auf, das von einem Aktor angesteuert wird und dabei einen Zulaufkanal für den Kraftstoffüberschuss öffnet oder schließt. Zur Steuerung der Kraftstoffmenge ist das Ansteuersignal für den Aktor in seiner Höhe und/oder Dauer veränderbar.
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In der
US 2002/0195081 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Brennstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Brennstofflieferung zwischen einer ersten charakteristischen Einspritzform und einer zweiten charakteristischen Einspritzform, basierend auf Motorbetriebsparametern umgeschaltet werden kann. Dabei sind Schritte oder Mittel vorgesehen, um zu bestimmen, ob ein Beschleunigungszustand existiert, und wobei auf der Grundlage einer solchen Bestimmung zwischen den zwei Einspritzbetriebszuständen umgeschaltet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zumessen eines Fluids zu schaffen, das bzw. die zu einem präzisen Zumessen einer besonders kleinen Einspritzmasse eines Fluids auch bei Bauteiltoleranzen eines Zumesssystems zum Zumessen des Fluids beitragen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zumessen eines Fluids mittels eines Einspritzventils. Das Einspritzventil umfasst einen Magnetstellantrieb und eine mittels des Magnetstellantriebs axial bewegbare Düsennadel. Der Magnetstellantrieb wird für einen einzelnen Zumessvorgang mit zumindest einem Stellsignal mit einem ersten vorgegebenen Signalverlauf oder mit einem Stellsignal mit einem zweiten vorgegebenen Signalverlauf angesteuert. Die beiden Stellsignale unterscheiden sich zumindest dadurch voneinander, dass beim Ansteuern des Magnetstellantriebs mittels des Stellsignals mit dem ersten vorgegebenen Signalverlauf weniger Energie auf eine Magneteinheit des Magnetstellantriebs übertragen wird, als beim Ansteuern des Magnetstellantriebs mittels des Stellsignals mit dem zweiten vorgegebenen Signalverlauf. Der Magnetstellantrieb wird mittels des Stellsignals mit dem zweiten vorgegebenen Signalverlauf angesteuert, wenn eine Ansteuerung des Magnetstellantriebs mittels des Stellsignals mit dem ersten vorgegebenen Signalverlauf zu einem unerwunscht frühen Schließen der Düsennadel führt. Die Ansteuerung des Magnetstellantriebs erfolgt insbesondere abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt, der beispielsweise durch eine oder mehrere Betriebsgrößen vorgegeben ist. Das Ansteuern des Magnetstellantriebs mit den Stellsignalen mit den unterschiedlichen Signalverläufen trägt dazu bei, dass auch besonders kleine Einspritzmassen präzise zugemessen werden können, da bei dem zu frühen Schließen der Düsennadel, beispielsweise aufgrund von Bauteiltoleranzen, automatisch auf den Signalverlauf mit dem höheren Energieeintrag umgeschaltet werden kann. Zusätzlich kann dann eine Zumesszeitdauer verringert werden, während der der einzelne Zumessvorgang erfolgt.
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Falls das Einspritzventil in einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, so kann der Magnetstellantrieb somit unabhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, der beispielsweise durch eine Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine vorgegeben ist und der eine zuzumessende Kraftstoffmasse vorgibt, mit unterschiedlichen Signalverläufen an gesteuert werden. Zum präzisen Umsetzen der Drehmomentanforderung und/oder der vorgegebenen zuzumessenden Kraftstoffmasse kann dann die Zumesszeitdauer angepasst werden. In anderen Worten können im gleichen Betriebspunkt unterschiedliche Signalverläufe verwendet werden, beispielsweise abhängig von Bauteiltoleranzen einer Endstufe zum Ansteuern des Magnetstellantriebs und/oder von Elementen des Einspritzventils.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die beiden Signalverläufe jeweils ein globales Maximum und im zeitlichen Verlauf nach dem globalen Maximum im zeitlichen Mittel ein Plateau auf. Das Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf wird verwendet, wenn die Ansteuerung des Magnetstellantriebs mittels des Stellsignals mit dem ersten Signalverlauf im Bereich des Plateaus zu einem unerwünscht fruhen Schließen der Düsennadel führt. Dies trägt dazu bei, dass eine besonders kleine Einspritzmasse besonders prazise zumessbar ist. Dass der Signalverlauf im zeitlichen Mittel ein Plateau aufweist, bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise der Signalverlauf im Bereich des Plateaus eine Sinus- oder Rechteckschwingung aufweist, deren Amplitude jedoch gegenuber dem globalen Maximum klein ist und deren Mittelwert im Bereich des Plateaus naherungsweise konstant ist. Ferner fuhrt der periodische Signalverlauf im Bereich des Plateaus im zeitlichen Mittel zu einer Einspritzmasse, die einer Ansteuerung mit einem konstanten Signalverlauf im Bereich des Plateaus entspricht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Betriebsgröße überwacht, deren Wert repräsentativ für einen Istwert einer zugemessenen Einspritzmasse ist. Auf das unerwünscht fruhe Schließen der Dusennadel wird erkannt, wenn ein Unterschied zwischen dem Istwert der zugemessenen Einspritzmasse und einem Sollwert der zugemessenen Einspritzmasse größer als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist. Dies ermöglicht, einfach zu erkennen, ob die Dusennadel unerwunscht früh schließt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Betriebsgroße überwacht, deren Wert repräsentativ für einen Istwert einer Zumesszeitdauer ist, während der sich die Düsennadel außerhalb ihrer Schließposition befindet. Auf das unerwünscht frühe Schließen der Düsennadel wird erkannt, wenn ein Unterschied zwischen dem Istwert der Zumesszeitdauer und einem Sollwert der Zumesszeitdauer größer als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist. Dies ermöglicht, einfach zu erkennen, ob die Dusennadel unerwünscht früh schließt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Magnetstellantrieb abhangig von dem Stellsignal mit dem ersten Signalverlauf angesteuert, wenn ein Fluiddruck in dem Einspritzventil kleiner als ein dritter vorgegebener Schwellenwert ist. Der Magnetstellantrieb wird abhangig von dem Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf angesteuert, wenn der Fluiddruck in dem Einspritzventil großer als der dritte vorgegebene Schwellenwert ist. Dies ermoglicht einfach, den Fluiddruck in dem Einspritzventil bei der Auswahl des Signalverlaufs zu berücksichtigen. Dies tragt zu einem besonders zuverlässigen Zumessen des Fluids mittels des Einspritzventils bei.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird während des Zumessvorgangs der Magnetstellantrieb zunachst mit dem Stellsignal mit einem der beiden Signalverläufe angesteuert und dann mit dem Stellsignal mit dem anderen der beiden Signalverläufe.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Einspritzventil,
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2 ein Signalverlauf eines Stellsignals zum Ansteuern des Einspritzventils,
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3 einen ersten Signalverlauf des Stellsignals und einen zweiten Signalverlauf des Stellsignals,
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4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Zumessen von Fluid.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein Einspritzventil (1) umfasst eine Kraftstoffzufuhrung 2, einen Düsenkörper 4 und ein Gehause 6. Der Dusenkörper 4 ist mit dem Gehause 6 uber eine Düsenkorperhülse 7 mechanisch gekoppelt. Das Einspritzventil ist geeignet zum Zumessen eines Fluids, beispielsweise zum Zumessen von Kraftstoff für einen Verbrennungsprozess in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Der Düsenkörper 4 weist eine Ausnehmung 8 des Düsenkörpers 4 auf. In der Ausnehmung 8 des Düsenkorpers 4 ist eine Dusennadel 10 axial beweglich angeordnet. Die Düsennadel 10 ist mit einer Armatur 12 gekoppelt. Eine Feder 14 beaufschlagt die Düsennadel 10 und die Armatur 12 mit einer ersten Kraft, die in Schließrichtung der Dusennadel 10 wirkt. Die Kraftstoffzufuhrung 2 weist eine Ausnehmung 16 der Kraftstoffzuführung 2 auf. Ferner weist die Armatur 12 eine Ausnehmung 18 der Armatur 12 auf. In der Ausnehmung 16 der Kraftstoffzuführung 2 ist vorzugsweise ein Kalibrationskorper 22 angeordnet.
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An einem axialen Ende des Einspritzventils, das von der Kraftstoffzuführung 2 abgewandt ist, weist das Einspritzventil eine Zumessöffnung 24 auf. Die Zumessöffnung 24 ist in einem Düsennadelsitz 26 ausgebildet. Zum Führen der Düsennadel 10 ist im Bereich des Düsennadelsitzes 26 ein unterer Führungskörper 28 vorgesehen. Zwischen dem unteren Führungskörper 28 und dem Düsennadelsitz 26 ist eine Zerstäuberscheibe 30 angeordnet.
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Ein Magnetstellantrieb des Einspritzventils umfasst eine Magnetspule 36 und die Armatur 12. Die Magnetspule 36 kann auch als Magneteinheit des Magnetstellantriebs bezeichnet werden. Zum Steuern des Magnetstellantriebs wird mittels einer Endstufe 35 eine Spannung an die Magnetspule 36 angelegt. Alternativ dazu kann die Endstufe 35 eine Stromquelle sein. Die Endstufe 35 weist mehrere elektrische Bauelemente auf, beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und/oder Spulen. Die elektrische Energie aus der Endstufe 35 wird in der Magnetspule 36 in magnetische Energie umgewandelt, die eine zweite Kraft auf die Armatur 12 ausübt, die abhangig von der Polung, mit der die Magnetspule 36 mit dem Strom oder der Spannung beaufschlagt wird, entgegen der Schließrichtung der Dusennadel 10 oder in Schließrichtung der Dusennadel 10 wirkt. Eine dritte Kraft auf die Dusennadel 10 wird durch das Fluid in dem Einspritzventil ausgeubt. Ob die Dusennadel 10 in ihrer Schließposition oder außerhalb ihrer Schließposition ist, hangt von einer Kraftebilanz der ersten bis dritten Krafte ab. Falls die Düsennadel 10 außerhalb ihrer Schließposition ist, so kann Fluid über einen Kraftstoffeinlass 42 durch einen Filter 44 hin zu einer Fluidzufuhr 58 in der Düsennadel 10 fließen und durch die Zumessoffnung 24 zugemessen werden.
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Das Einspritzventil, insbesondere der Magnetstellantrieb des Einspritzventils, wird vorzugsweise mittels der Endstufe 35 mit einem Stellsignal angesteuert, das einen vorgegebenen Signalverlauf SIG aufweist (2). Wahrend einer ersten Zeitdauer DUR_1, die zwischen einem ersten Zeitpunkt T-1 und einem zweiten Zeitpunkt T-2 vergeht, wird die Magnetspule 36 vorzugsweise so aufgeladen, dass die Düsennadel 10 nicht aus ihrer Schließposition heraus bewegt wird. Daher weist der Signalverlauf SIG wahrend der ersten Zeitdauer DUR_1 im zeitlichen Mittel ein erstes Plateau auf. In diesem Bereich kann der Energieübertrag, insbesondere die Spannung oder der Strom, mit dem die Magnetspule 36 beaufschlagt wird, konstant sein, oder er kann um einen konstanten Mittelwert schwingen, beispielsweise sinusförmig oder rechteckförmig.
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An dem zweiten Zeitpunkt T-2 ist die Magnetspule gerade so mit magnetischer Energie geladen, dass die Dusennadel 10 den Fluidfluss durch die Zumessöffnung 24 nicht frei gibt. Auf die erste Zeitdauer DUR_1 folgt eine zweite Zeitdauer DUR_2 bis zu einem dritten Zeitpunkt T-3 und/oder einem vierten Zeitpunkt T-4. Während der zweiten Zeitdauer DUR_2 wird die Magnetspule 36 mit so viel Energie beaufschlagt, dass die Düsennadel 10 vorzugsweise vollständig öffnet und den Fluidfluss durch die Zumessöffnung frei gibt. Ist die Düsennadel 10 geöffnet, so wird im weiteren Verlauf weniger Energie benötigt, um die Dusennadel 10 offen zu halten. Daher schließt an die zweite Zeitdauer DUR_2 eine dritte Zeitdauer DUR_3 an, die an einem fünften Zeitpunkt T-5 endet, während der die Dusennadel 10 offen gehalten wird und während der die Magnetspule mit weniger Maximalenergie beaufschlagt wird als während der zweiten Zeitdauer DUR_2. Nach dem Zeitpunkt T-5 wird die Magnetspule 36 nicht mehr mit Energie versorgt, insbesondere wird beispielsweise die angelegte Spannung auf ein Nullpotenzial gelegt oder der Strom abgeschaltet. Somit ist die Düsennadel 10 während einer vierten Zeitdauer DUR_4, die die zweite und die dritte Zeitdauer DUR_2, DUR_3 umfasst, außer halb ihrer Schließposition. Eine Einspritzmasse, die beispielsweise durch eine Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ermittelt wird, kann durch Vorgabe der dritten oder vierten Zeitdauer DUR_3, DUR_4 zugemessen werden.
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Damit vorzugsweise moglichst kleine Einspritzmassen des einzuspritzenden Fluids erreicht werden konnen, wird vorzugsweise mit dem Stellsignal möglichst wenig Energie auf den Magnetstellantrieb übertragen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann jedoch die Mindestenergie, die nötig ist, um die Dusennadel 10 zu öffnen und/oder offen zu halten, von Einspritzventil zu Einspritzventil und/oder von Endstufe 35 zu Endstufe 35 gleicher Bauart variieren. Insbesondere konnen die Leistungsmerkmale der Widerstande, der Spulen und/oder der Kondensatoren der Endstufe 35 variieren.
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Daher sind vorzugsweise zumindest ein erster Signalverlauf SIG_1 und ein zweiter Signalverlauf SIG_2 auf einem Speichermedium der Steuereinrichtung hinterlegt (3). Die beiden Signalverläufe unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass bei dem ersten Signalverlauf SIG_1 weniger Energie auf den Magnetstellantrieb übertragen wird als bei dem zweiten Signalverlauf SIG_2.
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Vorzugsweise ist auf dem Speichermedium ein Programm (4) zum Ansteuern des Magnetstellantriebs abgespeichert. Das Programm dient dazu, den Magnetstellantrieb des Einspritzventils mit dem ersten Signalverlauf SIG_1 oder mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 anzusteuern.
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Das Programm wird vorzugsweise in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
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In einem Schritt S2 wird uberprüft, ob ein Fluiddruck FUP in dem Einspritzventil kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert THD_3 ist. Ist die Bedingung des Schritts S2 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S2 nicht erfullt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S3 fortgesetzt.
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In dem Schritt S3 wird der Magnetstellantrieb mit dem Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 angesteuert.
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Alternativ dazu kann das Programm auch ohne die Schritte S2 und S3 abgearbeitet werden.
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In dem Schritt S4 wird der Magnetstellantrieb mit dem Stellsignal mit dem ersten Signalverlauf SIG_1 angesteuert.
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In einem Schritt S5 wird ein Istwert MF_AV einer Einspritzmasse ermittelt.
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In einem Schritt S6 wird ein Unterschied DIF_MF der Einspritzmasse ermittelt abhängig von dem Istwert MF_AV der Einspritzmasse und einem Sollwert MF_SP der Einspritzmasse. Der Sollwert MF_SP der Einspritzmasse wird beispielsweise durch die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ermittelt.
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In einem Schritt S7 wird überprüft, ob der Unterschied DIF_MF der Einspritzmasse größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert THD_1 ist. Ist die Bedingung des Schritts S7 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S8 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S7 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S9 fortgesetzt.
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In dem Schritt S8 wird der Magnetstellantrieb mit dem Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 angesteuert.
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Die Schritte S4 bis S8 können wahrend eines einzigen Zumessvorgangs, mit anderen Worten während einer einzigen Öffnungsphase, des Einspritzventils, abgearbeitet werden. Somit kann während der einen Öffnungsphase der Magnetstellantrieb mit zwei unterschiedlichen Stellsignalen angesteuert werden. Alternativ dazu können die Schritte S4 bis S8 auf hintereinander liegende Zumessvorgänge aufgeteilt werden, so dass in einem ersten Zumessvorgang der Magnetstellantrieb dem Stellsignal mit dem ersten Signalverlauf SIG_1 angesteuert wird und in einem zweiten Zumessvorgang, der beispielsweise direkt nach dem ersten Zumessvorgang erfolgt, mit dem Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 angesteuert wird.
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Alternativ oder parallel zu den Schritten S5 bis S8 können auch die Schritte S10 bis S13 abgearbeitet werden.
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In dem Schritt S10 wird ein Istwert TI_AV einer Zumesszeitdauer ermittelt.
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In einem Schritt S11 wird abhängig von dem Istwert TI_AV und einem Sollwert TI_SP der Zumesszeitdauer ein Unterschied DIF_TI der Zumesszeitdauer ermittelt. Der Sollwert TI_SP der Zumesszeitdauer wird vorzugsweise von der Steuereinrichtung ermittelt.
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In einem Schritt S12 wird überprüft, ob der Unterschied DIF_TI der Zumesszeitdauer größer als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert THD_2 ist. Ist die Bedingung des Schritts S12 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S13 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S12 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S9 fortgesetzt.
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In dem Schritt S13 wird der Magnetstellantrieb mit dem Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 angesteuert. Gemäß den Schritten S4 bis S8 können auch die Schritte S4 bis S13 wahrend eines Zumessvorgangs oder während aufeinander folgender Zumessvorgänge abgearbeitet werden.
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In einem Schritt S9 kann das Programm beendet werden. Vorzugsweise wird das Programm jedoch regelmaßig wahrend des Betriebs, beispielsweise bei jedem Zumessvorgang, abgearbeitet. Alternativ dazu kann das Programm nach einer vorgegebenen Anzahl von Zumessvorgängen immer wieder abgearbeitet werden.
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Das Programm dient somit dazu, Bauteiltoleranzen oder Fertigungstoleranzen, die ein fruhzeitiges Schließen der Dusennadel 10 bewirken, auszugleichen, indem rechtzeitig auf das Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 umgeschaltet wird. Falls die besonders geringe Einspritzmasse mit dem Stellsignal mit dem zweiten Signalverlauf SIG_2 bewirkt werden soll, so kann beispielsweise die dritte oder vierte Zeitdauer DUR_3, DUR_4 sehr kurz gewählt werden.
