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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die einen Hochdruckspeicher für Kraftstoff und mindestens ein mit dem Hochdruckspeicher verbundenes Einspritzventil zur Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine umfasst. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Computerprogramm.
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Aus der
DE 103 09 720 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Injektoren eines Common-Rail Einspritzsystems bekannt. Zur Korrektur von sich ergebenden Mengendriften an dem jeweiligen Brennraum zugeführtem Kraftstoff ist vorgesehen, dass Druckschwingungen in der Kraftstoffleitung bzw. dem Hochdruckspeicher mittels einer Sensorik außerhalb der Kraftstoffleitung bzw. des Hochdruckspeichers erfasst werden. Ausgehend von dem Vergleich der Schwingungen mit gespeicherten Werten wird auf einen Mengenfehler bei der Kraftstoffzumessung geschlossen.
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Die
EP 0 644 323 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Ermittlung eines Betriebszustandes einer Einspritzpumpe. Der tatsächliche Betriebszustand wird mittels eines Körperschallgebers ermittelt.
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Die
DE 10 2005 005 351 A1 zeigt ein Verfahren zur Erfassung eines Einspritzvorgangs eines Kraftstoffinjektors mittels eines Schallsensors, der auf dem Injektor angeordnet ist.
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Die
DE 195 36 110 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Ausgehend von einem Körperschallsensor, der auf der Brennkraftmaschine angeordnet ist, werden die Verbrennung oder die Einspritzung charakterisierende Größen bestimmt.
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Auch die
DE 26 58 253 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Öffnungszeitpunkts von Kraftstoffeinspritzdüsen mittels eines Beschleunigungsgebers.
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Bei der Ansteuerung von Hochdruckkomponenten einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung wird eine exakte Ansteuerung gefordert, um Schadstoff- und Schallemissionen zu reduzieren. Solche Hochdruckkomponenten können beispielsweise Hochdruck-Einspritzventile oder ein Mengensteuerventil sein. Die Hochdruckeinspritzventile werden dabei allgemein über einen Hochdruckspeicher („Common Rail”) mit Kraftstoff versorgt, wobei wiederum eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff in den Hochdruckspeicher dient. Zur Steuerung des Zuflusses von Kraftstoff zum Hochdruckspeicher über die Hochdruckpumpe wird das Mengensteuerventil verwendet.
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In Bezug auf die Reduzierung von Schall-Emissionen ist es wichtig, Bremsimpulse, die ein hartes Aufschlagen einer Ventilnadel des Einspritzventils in den dazugehörigen Ventilsitz verhindern sollen, zeitlich exakt abzustimmen. Dies kann durch an den Einspritzventilen angebrachte Sensoren überwacht werden. Solche Sensoren dienen dazu, den Körperschall am Einspritzventil zu erfassen. So führt das Anschlagen der Ventilnadel im Ventilsitz zu einer Erzeugung von Körperschall. Durch Erfassen des Körperschalls des Einspritzventils und entsprechendes Auswerten des dabei gewonnenen Signals kann der Anschlagzeitpunkt und damit die zeitliche Genauigkeit der Ansteuerung des Einspritzventils überprüft werden.
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Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist allerdings, dass hierzu eine große Anzahl von Sensoren an den Einspritzventilen angeordnet werden müssen. Die Ausrüstung mit noch einem zusätzlichen Sensor bedeutet auch beim Mengensteuerventil eine Erhöhung des Aufwands bei der Produktion.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben oder zu lindern, wobei eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein Computerprogramm mit Programmcode bereitgestellt werden sollen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit anzugeben, die zeitliche Koordinierung von Steuermaßnahmen zu verbessern.
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Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die einen Hochdruckspeicher für Kraftstoff und mindestens ein mit dem Hochdruckspeicher verbundenes Einspritzventil zur Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine umfasst, gekennzeichnet durch Verwenden eines an dem Hochdruckspeicher angeordneten Beschleunigungssensors, um ein Betriebsverhalten einer Hochdruckkomponente zu erfassen. Dabei nutzt die Erfindung die Tatsache, dass Hochdruckkomponenten im Betrieb bestimmte Körperschallemissionen erzeugen, welche über Verbindungen zu dem Hochdruckspeicher übertragen werden, sodass der ohnehin vorhandene Beschleunigungssensor, der am Hochdruckspeicher angebracht ist, diese Schwingungen erfassen kann. Der Beschleunigungssensor kann auch ein Körperschallsensor sein. Die Hochdruckkomponente der Brennkraftmaschine ist vorzugsweise mindestens ein Einspritzventil und/oder ein Mengensteuerventil, welches die Menge an Kraftstoff steuert, der durch eine Hochdruckpumpe in den Hochdruckspeicher gefördert wird. Daneben können auch andere Hochdruckkomponenten auf diese Weise erfasst werden, indem deren Körperschallschwingungen über den Beschleunigungssensor erfasst werden. Vorzugsweise wird zusätzlich zu einem bereits vorhandenen Drucksensor an dem Hochdruckspeicher ein Beschleunigungssensor vorgesehen. Dies bietet den Vorteil, dass der Platz zur Montage des Beschleunigungssensors an dem Hochdruckspeicher bezüglich der Erfassung von Körperschallschwingungen optimiert werden kann. Daher erfolgt die Anordnung an dem Hochdruckspeicher vorzugsweise so, dass der Anbringungsort des Beschleunigungssensors an dem Hochdruckspeicher bezüglich der Erfassung von Körperschallschwingungen optimiert ist.
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Das Einspritzventil wird in Abhängigkeit der erfassten Körperschallschwingungen angesteuert. Durch Auswerten des Signals des Beschleunigungssensors können Informationen darüber erlangt werden, wann die Ventilnadel des Einspritzventils anschlägt. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob ein zuvor durch die Steuerung der Brennkraftmaschine abgegebener Bremsimpuls für die Ventilnadel zur Verminderung der Schallemission des Einspritzventils zum richtigen Zeitpunkt abgegeben wurde. Das Verfahren eignet sich demzufolge dazu, das Timing für das Aufbringen einer Geräusch reduzierenden Maßnahme zu optimieren. Vorteilhafterweise wird dazu in Abhängigkeit der erfassten Körperschallschwingungen ein Steuerparameter modifiziert.
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Vorzugsweise werden mit dem Beschleunigungssensor Körperschallschwingungen erfasst, die zumindest teilweise durch die Hochdruckkomponente der Brennkraftmaschine erzeugt werden, um aus den erfassten Körperschallschwingungen auf das Betriebsverhalten zu schließen. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Überwachung des Betriebsverhaltens. Das Betriebsverhalten kann beispielsweise ein Öffnungs- oder Schließ-Zeitpunkt eines der Einspritzventile oder des Mengensteuerventils sein.
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Vorzugsweise werden die erfassten Körperschallschwingungen zumindest teilweise durch einen Anschlag einer Ventilnadel des Einspritzventils erzeugt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Einspritzventil oder auch mehrere Einspritzventile mit dem Hochdruckspeicher vorzugsweise über starre Leitungen verbunden sind, sodass eine Übertragung von Körperschallschwingungen von dem Einspritzventil auf den Hochdruckspeicher erfolgt. Der Anschlag der Ventilnadel ist vorzugsweise ein Anschlag in einem Ventilsitz des Einspritzventils, kann aber auch ein Anschlag bei einem Öffnen des Einspritzventils sein.
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Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von mit dem Hochdruckspeicher verbundenen Einspritzventilen, wobei zumindest eines der Mehrzahl der Einspritzventile individuell in Abhängigkeit der erfassten Körperschallschwingungen angesteuert wird. Dazu wird vorteilhafterweise eine Auswertung des Signals vorgenommen, die eine individuelle Zuordnung von erfassten Körperschallschwingungen zu einzelnen Ventilen ermöglicht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass aus der Steuerung der Brennkraftmaschine bekannt ist, wann welches der Einspritzventile voraussichtlich schließt oder öffnet. Das Verfahren bietet damit den Vorteil, durch den Beschleunigungssensor an dem Hochdruckspeicher gleichzeitig für jedes Einzelne einer Mehrzahl von Einspritzventilen eine individuelle Korrektur von Ansteuermaßnahmen vornehmen zu können.
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Vorzugsweise wird bei der Ansteuerung des Einspritzventils in Abhängigkeit der erfassten Körperschallschwingungen eine Korrektur des Ansteuerzeitpunkts einer Geräusch reduzierenden Maßnahme vorgenommen oder eine Zumesstoleranz des Einspritzventils verbessert. Dabei ist mit dem Einspritzventil wie allgemein üblich hier auch eine Mehrzahl von Einspritzventilen umfasst. Eine Verbesserung der Zumesstoleranz des Einspritzventils kann dadurch erreicht werden, dass durch die Auswertung der erfassten Körperschallschwingungen ermittelt werden kann, wie lange ein Ventil tatsächlich geöffnet war, beispielsweise indem der Zeitpunkt des Anschlags der Ventilnadel bekannt ist. Vorteilhafterweise werden die erfassten Körperschallschwingungen zumindest teilweise durch ein Mengensteuerventil erzeugt, das einen Zufluss von Kraftstoff zu dem Hochdruckspeicher steuert. Das Mengensteuerventil ist üblicherweise an der Hochdruckpumpe angeordnet, die wiederum über eine starre Hochdruckleitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist, sodass die Körperschallschwingungen, die bei einem Schließen des Mengensteuerventils erzeugt werden, bis zu dem Hochdruckspeicher und damit zu dem Beschleunigungssensor gelangen. Der Vorteil der genannten Maßnahme ist, dass die Zumessgenauigkeit des Mengensteuerventils bei Kenntnis des Schließzeitpunktes des Ventils verbessert werden kann. Vorzugsweise wird daher das Mengensteuerventil in Abhängigkeit der erfassten Körperschallschwingungen angesteuert.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, gegebenenfalls mit einem oder mehreren der genannten bevorzugten Merkmale, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine einen Hochdruckspeicher für Kraftstoff und mindestens ein mit dem Hochdruckspeicher verbundenes Einspritzventil zur Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Hochdruckspeicher ein Beschleunigungssensor angeordnet ist, um ein Betriebsverhalten einer Hochdruckkomponente zu erfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Skizze eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt werden kann;
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2 ein Ablaufdiagramm, in dem schematisch der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt wird.
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Ausführungsform der Erfindung
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In der 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 10 als Beispiel für eine Vorrichtung gezeigt, mit der die Erfindung ausgeführt werden kann. Im vorliegenden Fall ist die Brennkraftmaschine ein benzindirekteinspritzender Ottomotor. Von einem Kraftstoffvorratsbehälter 11 gelangt über eine Vorförderpumpe 12 und eine Leitung 13 Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 14. An der Hochdruckpumpe 14 ist ein Mengensteuerventil 15 angeordnet und dient dazu, die Menge des durch die Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs zu steuern. Über eine starre Hochdruckleitung gelangt der durch die Hochdruckpumpe 14 geförderte Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher 17, von wo aus der Kraftstoff über Einspritzventile 18 in Brennräume einer Brennkraftmaschine 19 eingespritzt wird.
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An dem Hochdruckspeicher 17 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Drucksensor 20 angeordnet, welcher ein Signal erzeugt, das repräsentativ für den Druck ist, der in der Brennkraftmaschine 19 herrscht. Außerdem befindet sich an dem Hochdruckspeicher 17 ein Beschleunigungssensor 21, welcher Körperschallschwingungen des Hochdruckspeichers 17 erfasst. Ein Temperatursensor 22 ist für die Erfassung einer Öltemperatur der Brennkraftmaschine 19 vorgesehen. Die Steuereinheit 23 steuert die Brennkraftmaschine 19 und die Hochdruckkomponenten der Brennkraftmaschine 19. Die Hochdruckkomponenten sind insbesondere der Hochdruckspeicher 17, das Mengensteuerventil 15 und die Einspritzventile 18. Die Steuereinheit 23 wertet dazu das von dem Drucksensor 20 erzeugte Signal und das durch den Beschleunigungssensor 21 erzeugte Signal und weitere Signale von anderen Sensoren, die hier nicht dargestellt sind, aus. Die Steuereinheit 23 wird betrieben, indem ein Programm abgearbeitet wird, das auf einem Speichermedium 24 gespeichert ist.
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In der 2 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, welches schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Das Verfahren startet in einem Schritt 31. In einem nachfolgenden Schritt 32 wird das durch den Beschleunigungssensor 21 erfasste Signal mit einer Frequenz von 20 kHz abgetastet. Das so digitalisierte Signal wird in einem nachfolgenden Schritt 33 mit der Steuerung der Brennkraftmaschine synchronisiert und es werden bestimmte Zeitbereiche des digitalisierten Signals den einzelnen Einspritzventilen 18 zugeordnet. Durch die Synchronisation wird eine Information darüber erlangt, wann eine Schallemission von dem Schließen der Ventilnadel eines bestimmten Einspritzventils 18 zu erwarten ist. Es wird dann diesem Einspritzventil 18 ein bestimmter Zeitbereich des digitalisierten Signals zugeordnet, und zwar ein Zeitbereich, der kurz vor dem erwarteten Schließ-Zeitpunkt der Ventilnadel beginnt und kurz danach endet. Der Zeitbereich wird so gewählt, dass der Schließvorgang auch bei zu erwartenden Abweichungen des exakten Schließ-Zeitpunktes innerhalb des Zeitbereichs liegt.
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In einem nachfolgenden Schritt 34 wird individuell für jedes der Einspritzventile 18 überprüft, ob jeweils der Schließzeitpunkt der Ventilnadel, d. h. der Anschlag der Ventilnadel, zu einem erwarteten Zeitpunkt stattgefunden hat oder ob der Anschlag vor oder nach diesem Zeitpunkt stattgefunden hat. Falls Letzteres der Fall ist, heißt dies, dass auch eine Geräusch reduzierende Maßnahme, nämlich ein Abbremsimpuls für die Ventilnadel vor dem Anschlag, zu einem falschen Zeitpunkt durch die Steuerung ausgelöst wurde, da der erwartete Zeitpunkt des Anschlags der Ventilnadel nicht mit dem tatsächlichen Zeitpunkt übereinstimmt. In diesem Fall wird eine individuelle Korrektur eines Ansteuerparameters des jeweiligen Einspritzventils 18 vorgenommen, wobei insbesondere der Zeitpunkt der Geräusch reduzierenden Maßnahme relativ zu den anderen Zeitpunkten der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils 18 justiert wird. Insbesondere wird der Zeitpunkt der Geräusch reduzierenden Maßnahme relativ zu dem Zeitpunkt des Steuerimpulses zum Beginn des Schließens des jeweiligen Einspritzventils 18 angepasst.
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Anschließend wird das im Schritt 32 digitalisierte Signal in einem Schritt 35 nochmals ausgewertet, wobei im Schritt 35 ein Zeitbereich des digitalisierten Signals ausgewertet wird, der einem erwarteten Schließzeitpunkt des Mengensteuerventils 15 der Hochdruckpumpe 14 entspricht. Die Erfassung des Schließens des Mengensteuerventils 15 über Schallemissionen ist möglich, da die Leitung zwischen der Hochdruckpumpe 14 und dem Mengensteuerventil 15 einerseits und dem Hochdruckspeicher 17 andererseits so ausgebildet ist, dass eine Übertragung von Körperschallemissionen möglich ist. Dabei erfolgt die Festlegung des Zeitbereichs analog zu dem Schritt 33. Anschließend wird in einem Schritt 36 überprüft, ob der Anschlagzeitpunkt der Mengensteuerventilnadel korrekt ist, d. h. ob das Mengensteuerventil 15 zu einem erwarteten Zeitpunkt schließt. Falls dies nicht der Fall ist, wird wiederum ein Ansteuerparameter des Mengensteuerventils 15 korrigiert.
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In einem anschließenden Schritt 37 endet das Verfahren. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, alle Einspritzventile 18 und das Mengensteuerventil 15 in einem Verfahren zu überwachen und Ansteuerparameter aller dieser Hochdruckkomponenten individuell zu korrigieren. Vielmehr ist es auch möglich, nur einzelne Einspritzventile 18 oder nur das Mengensteuerventil 15 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu überwachen.
