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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Ventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Ventilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Ansteuerung eines Hochdruckeinspritzventils und allgemein eines modernen Ventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine erfordert aufgrund des in modernen Einspritzsystemen herrschenden hohen Druckes und der Anforderungen an kurze Öffnungs- und Schließzeiten eine hohe Kraft zum Öffnen und Schließen des Ventils. So wird die Ventilnadel beispielsweise durch elektrische Maßnahmen beim Öffnen stark beschleunigt und durch eine im Vergleich zu älteren Einspritzanlagen erhöhte Federkraft für das Schließen beschleunigt. Aus diesem Grund sind die Aufprallgeschwindigkeiten und die beim Aufprall auftretenden Kräfte höher als bei herkömmlichen Saugrohreinspritz-Systemen.
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Aus der
DE 195 36 110 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Ausgangssignal eines Körperschallsensors wird gefiltert. Ausgehend von diesem gefilterten Signal werden die die Verbrennung und/oder Einspritzung in der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größen ermittelt und bei der Ansteuerung berücksichtigt.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass es durch den Betrieb des Hochdruckeinspritzventils zu Vibrationen und einer akustischen Abstrahlung kommen kann. Die Vibrationen sind problematisch in Bezug auf eine Materialermüdung und die akustische Abstrahlung ist aus Schallschutzgründen unerwünscht. Um die akustische Abstrahlung zu reduzieren, können Geräusch reduzierende Maßnahmen bei der Ansteuerung des Ventils eingeführt werden, insbesondere mit einem Abbremsen der Ventilnadel vor dem Aufprall. Problematisch dabei ist, dass eine ungenaue zeitliche Brems-Ansteuerung zu einer Verschlechterung der Zumessgenauigkeit oder zu einer Unwirksamkeit der Geräusch reduzierenden Maßnahmen führen kann, da das Abbremsen der Ventilnadel zu früh oder zu spät eingeleitet wird. Solche Ungenauigkeiten können aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise Toleranzen, auftreten. Allgemein tritt das Problem einer zeitlich ungenauen Ansteuerung auch bei anderen Ansteuermaßnahmen auf und kann auch zu Zumessungenauigkeiten führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die oben genannten Nachteile überwunden werden können, insbesondere soll eine Ansteuerung des Ventils mit möglichst hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ermöglicht werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die akustische Abstrahlung einer Brennkraftmaschine aufgrund des Ventilbetriebs zu verringern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Ansteuerung eines Ventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Ventilen, wobei die Ansteuerung eines Ventils der Mehrzahl der Ventile eine Ansteuermaßnahme mit einem Ansteuerparameter umfasst, wobei ein Signal eines an der Brennkraftmaschine angeordneten Beschleunigungssensors ausgewertet wird, um den Ansteuerparameter für das Ventil ventilindividuell anzupassen. Im Rahmen der Anpassung des Ansteuerparameters ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Ansteuermaßnahme durchgeführt wird und anschließend anhand des Signals des Beschleunigungssensors ermittelt wird, ob eine Bewegungsgröße des Ventils, beispielsweise der Aufprall der Ventilnadel im Ventilsitz, den Vorgaben im Rahmen der Ansteuermaßnahme entspricht. Falls eine zeitliche bzw. winkellagenbezogene Abweichung zwischen der erwarteten Bewegungsgröße, im oben genannten Beispiel dem erwarteten Zeitpunkt des Aufpralls der Ventilnadel, und der mit dem Beschleunigungssensor ermittelten Bewegungsgröße festgestellt wird, wird anhand des festgestellten Unterschieds ein Ansteuerparameter, der die zeitliche bzw. winkellagenbezogene Koordinierung der Ansteuermaßnahme betrifft, angepasst, so dass zukünftige Ansteuermaßnahmen verbessert werden. Das Signal des Beschleunigungssensors wird ausgewertet, um den Zeitpunkt des Aufpralls der Ventilnadel zu bestimmen, d.h. den Zeitpunkt des Aufpralls der Ventilnadel in dem Ventilsitz des Ventils, wobei Zeitpunkt wiederum allgemein und auch als Winkellage zu verstehen ist. Weiterhin wird der Ansteuerparameter vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Aufpralls angepasst. Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, dass das Aufprallen der Ventilnadel mit dem Beschleunigungssensor vergleichsweise gut erfassbar ist, da der Aufprall der Ventilnadel eine starke Vibration zumindest in der Umgebung des Ventilsitzes hervorruft. Andere Bewegungen des Ventils, d.h. der Ventilnadel, können auch verwendet werden, falls sie durch den Beschleunigungssensor erfasst werden können. Das Abbremsen der Ventilnadel des Ventils erfolgtvor einem Aufprall der Ventilnadel in einem Ventilsitz des Ventils. Dies bietet den Vorteil, dass bei dem Aufprall der Ventilnadel weniger oder andere Geräusche oder Erschütterungen verursacht werden und auf diese Weise das Material des Ventils und der Brennkraftmaschine geschont werden kann.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die ventilindividuelle Anpassung des Ansteuerparameters fertigungsbedingte Unterschiede der Ventile ausgeglichen werden können. Alternativ kann auch ein Ansteuerparameter allgemein für alle Ventile aufgrund eines Signals eines an der Brennkraftmaschine angeordneten Beschleunigungssensors angepasst werden. Bevorzugt wird jedoch eine ventilindividuelle Anpassung. Das Ventil ist vorzugsweise ein Hochdruckeinspritzventil, d.h. ein Ventil, das in einer Einspritzanlage mit einem Druck von mehr als 10 bar, 100 bar oder mehr als 300 bar verwendet wird. Die Erfindung nutzt dabei das Signal des Beschleunigungssensors, um Informationen über Bewegungsgrößen des Ventils zu erhalten. Dabei kann vorhandenes Wissen über die ungefähre zeitliche Lage oder Winkellage des Bewegungsablaufs der Ventilnadel ausgenützt werden, um in dem Signal des Beschleunigungssensors an den entsprechenden Stellen nach den gesuchten Informationen gezielt zu suchen.
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Vorteilhafterweise ist die Ansteuermaßnahme eine Geräusch reduzierende Ansteuermaßnahme, die bewirkt, dass ein von dem Ventil verursachtes Geräusch reduziert wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine allgemein reduziert werden kann. Außerdem wird eine Reduktion des abgestrahlten Schalls erreicht.
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Vorteilhafterweise betrifft der Ansteuerparameter den Zeitpunkt der Ansteuermaßnahme. Dabei ist Zeitpunkt der Ansteuermaßnahme allgemein zu verstehen, insbesondere ist unter Zeitpunkt der Ansteuermaßnahme auch eine Winkellage der Ansteuermaßnahme, also ein relativer Zeitpunkt der Ansteuermaßnahme in Bezug auf den Winkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gemeint. Eine ventilindividuelle Anpassung des Zeitpunkts der Ansteuermaßnahme bietet den Vorteil einer höheren Zumessgenauigkeit und eine zuverlässigere Ansteuerung des Ventils allgemein. Im Rahmen der Erfindung wird bevorzugt, dass mit dem angepassten Ansteuerparameter zukünftige Ansteuermaßnahmen des Ventils durchgeführt werden, so dass der Erfolg eintritt, dass die zukünftigen Ansteuermaßnahmen verbessert sind, da sie ventilindividuell angepasst sind.
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Vorzugsweise ist der Beschleunigungssensor ein an einer Brennkraftmaschine angeordneter Klopfsensor. Dies bietet den Vorteil, dass zur Durchführung des Verfahrens kein zusätzlicher Beschleunigungssensor nötig ist.
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Vorteilhafterweise wird der Klopfsensor derart an der Brennkraftmaschine angeordnet, dass das von ihm ausgegebene Signal für ein Erfassen des Aufpralls der Ventilnadel geeignet ist. Hintergrund dieser Maßnahme ist, dass Klopfsensoren herkömmlich derart angeordnet werden, dass durch die Ventile hervorgerufene Vibrationen möglichst nicht durch den Klopfsensor erfasst werden, um die Auswertung des Signals des Klopfsensors zur Klopferkennung zu erleichtern. Dies gilt insbesondere für breitbandige Klopfsensoren, die im Rahmen dieser Erfindung bevorzugt werden. Die Signalfilterung zur Trennung der Information bezüglich des Ventils und der Information bezüglich des Klopfens kann dadurch durchgeführt werden, dass das Signal des Klopfsensors zeitlich, wiederum unter Einschluss winkellagen-bezogen, zerlegt wird, da im Allgemeinen Informationen darüber vorliegen, bei welcher Winkellage Vibrationen auftreten, welche zur Klopferkennung notwendig sind und bei welchen Winkellagen durch das Ventil hervorgerufene Vibrationen auftreten. Daher ist es möglich, den Klopfsensor nicht wie üblich unter Ausblendung der Ventil-verursachten Vibration anzuordnen, sondern ihn derart anzuordnen, dass das von ihm erzeugte Signal sowohl Informationen für eine Klopferkennung als auch Informationen für eine Erfassung von Bewegungsgrößen der Ventilnadel geeignet ist.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Ventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Ventilen, die ein Steuergerät zur Ansteuerung der Einspritzanlage umfasst, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, ggf. mit einem oder mehreren der oben genannten bevorzugten Merkmale eingerichtet ist. Eine solche Vorrichtung bietet den Vorteil einer genaueren Ventilsteuerung und ermöglicht außerdem eine Reduzierung der abgegebenen Geräusche.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Klopfsensor, der derart an der Brennkraftmaschine angeordnet ist, dass das von ihm ausgegebene Signal für ein Erfassen des Aufpralls der Ventilnadel geeignet ist. Hierzu wird auf die obige Beschreibung des entsprechenden bevorzugten Verfahrensmerkmals verwiesen.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das einen oder mehrere der oben genannten bevorzugten Verfahrensschritte umfassen kann, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsform der Erfindung
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In der
1 ist ein Diagramm dargestellt, das den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Das Verfahren wird bevorzugt bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung (BDE) verwendet, die mit einem Druck von 200 bar betreibbar ist. Das Verfahren ist allerdings auch für Anlagen verwendbar, die mit geringeren Drücken betrieben werden, beispielsweise 100 bar oder 150 bar. Das Verfahren ist ein Teilverfahren für die Ansteuerung der Ventile der Brennkraftmaschine, wobei die Erfindung von einer Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen und jeweils mehreren Ventilen pro Brennraum ausgeht. Jedem Brennraum ist ein Klopfsensor, der insbesondere ein Beschleunigungssensor ist, zugeordnet. Eine derartige Brennkraftmaschine ist in der
DE 10 2005 058 863 offenbart, auf deren Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei der Ansteuerung eines einzelnen Ventils wird das in der
1 dargestellte Verfahren beim Schließen eines Ventils durchgeführt.
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Das Verfahren starten in einem Schritt 1, wenn das Ventil geschlossen wird. Im nachfolgenden Schritt 2 wird die Ventilnadel des Ventils vor dem Aufschlagen in dem Ventilsitz des Ventils abgebremst (Ansteuermaßnahme), indem ein Aktuator des Ventils entsprechend angesteuert wird. Im nachfolgenden Schritt 3 wird das Signal eines Klopfsensors, der dem Brennraum des Ventils zugeordnet ist, abgefragt und dahingehend ausgewertet, wann der Aufschlag der Ventilnadel im Ventilsitz stattgefunden hat. Im Schritt 3 wird dementsprechend das Signal des Beschleunigungssensors gefiltert und ausgewertet. Anschließend wird in einem Schritt 4 verglichen, ob der mit dem Klopfsensor erfasste Aufschlag zu dem erwarteten Zeitpunkt bzw. zu der erwarteten Winkellage stattgefunden hat, wobei diese Überprüfung mit ja beantwortet wird, falls der Zeitpunkt des erfassten Aufschlages innerhalb eines Toleranzbereichs um den Zeitpunkt des erwarteten Aufschlages ist. Falls im Schritt 4 die Überprüfung bejaht wird, springt das Verfahren zu einem Schritt 5, in dem es endet. Andernfalls springt das Verfahren nach dem Schritt 4 zu einem Schritt 6, in dem der Ansteuerparameter, welcher den Zeitpunkt des Abbremsens im Schritt 2 bestimmt hat, entsprechend des Vergleichs im Schritt 4 angepasst wird. Dies bewirkt, dass bei einem nachfolgenden Durchlauf des Verfahrens, beispielsweise bei einem nachfolgenden entsprechenden Takt der Brennkraftmaschine mit Schließen des Ventils, das im Schritt 2 vorgenommene Abbremsen zu einem verbesserten Zeitpunkt bzw. zu einer verbesserten Winkellage erfolgt, so dass ein ideales Abbremsen bei gleich bleibender Zumessgenauigkeit erreicht wird. Nach dem Schritt 6 springt das Verfahren ebenfalls zum Schritt 5, in dem es endet.
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Das in der 1 dargestellte Verfahren wird bevorzugt bei der oben beschriebenen Brennkraftmaschine durchgeführt, wobei die Position des Klopfsensors derart ist, dass eine Erfassung des Aufschlags der Ventilnadel möglich ist. Dies wird erreicht, indem der Klopfsensor näher an dem Ventilsitz positioniert wird als im Stand der Technik üblich. Die ideale Position für den Klopfsensor ist vom jeweiligen Typ der Brennkraftmaschine abhängig und kann durch den Fachmann leicht abgeschätzt und experimentell überprüft werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für jedes Ventil der Brennkraftmaschine durchgeführt.
