DE102008029799A1

DE102008029799A1 - Ansteuerverfahren für Einspritzinjektoren bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102008029799A1
Application number: DE102008029799A
Authority: DE
Inventors: Uwe Jung; Janos Radeczky; Vincent Vahee; Michael Wirkowski
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Es wird ein Ansteuerverfahren für einen Einspritzinjektor (2) beschrieben, der aus einem Kraftstoff-Druckspeicher (3) gespeist Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine (1) einspritzt, wobei der Einspritzinjektor (2) mit einem Ansteuersignal (V) angesteuert wird und ein Ansteuersignalgrundwert (V0) ermittelt wird, ab dem der Einspritzinjektor (2) die Einspritzung von Kraftstoff beginnt, und wobei weiter ein für die Ansteuerung verwendeter Ansteuersignalpegel bestimmt wird, indem der Ansteuersignalgrundwert (V0) mit einem von Temperatur (T) und/oder Druck (p) im Kraftstoff-Druckspeicher (3) abhängiger Zuschlagwert addiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansteuerverfahren für einen Einspritzinjektor, der aus einem Kraftstoff-Druckspeicher gespeist Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, wobei der Einspritzinjektor mit einem Ansteuersignal angesteuert wird und ein Ansteuersignalgrundwert ermittelt wird, ab dem der Einspritzinjektor die Einspritzung von Kraftstoff beginnt. Brennkraftmaschinen bei denen der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird, sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise als sogenannte Common-Rail-Dieselmotoren weit verbreitet. Sie erreichen einen sehr hohen Wirkungsgrad, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmenge hoch präzise eingestellt werden kann und mit hohem Druck in den Brennraum eingespritzt wird. Dieser Druck wird im Kraftstoff-Druckspeicher durch eine Pumpe erzeugt. Durch Variation der Einspritzdauer, d. h. der Zeitdauer, die der Einspritzinjektor, welcher den Kraftstoff einem Brennraum zuteilt, geöffnet wird, wird die eingespritzte Kraftstoffmasse betriebspunktabhängig gesteuert.
Um eine kurbelwellenunabhängige Einspritzung zu erreichen und auch sehr kurze Einspritzdauern und gegebenenfalls auch mehrere Einspritzungen pro Arbeitstakt eines Zylinders einer Brennkraftmaschine realisieren zu können, werden bekanntermaßen Einspritzinjektoren verwendet, die Piezoaktuatoren aufweisen. Ein solcher Einspritzinjektor besteht aus dem Einspritzventil, also dem mechanischen Teil, und dem das Einspritzventil antreibenden Piezoaktuator, also dem elektrisch betriebenen Stellglied. Um sicherzustellen, dass solche Einspritzinjektoren unter allen Bedingungen, d. h. unabhängig von Temperatur, Druck im Kraftstoff-Druckspeicher und auch produktionsbedingten Streuungen, einen gewünschten Öffnungshub zeigen, ist es im Stand der Technik bekannt, eine Ener gieregelung für die Piezoaktuatoren auszuführen. Dazu wird die Ladung des Piezoelementes und die Ansteuerspannung gemessen und daraus ein Energiewert berechnet. Die Ansteuerung des Piezoaktuators wird dann so modifiziert, dass sich ein gewünschter Energiesollwert einstellt, der von Kraftstoffdruck, Kraftstoff-Temperatur und elektrischen Größen des Piezoaktuators abhängig gewählt wird. Somit wird für jeden Einspritzinjektor ein eigener Regler vorgesehen.
Bekannt ist es im Stand der Technik auch aus der DE 10 2004 044 450.1 , einen Ansteuersignalgrundwert zu berechnen, oberhalb dessen sich das Einspritzventil öffnet. Die genannte Schrift schlägt eine Messung für Betriebszustände vor, in denen der Druck im Kraftstoff-Druckspeicher in gewissen Grenzen konstant ist. Der entsprechende Einspritzinjektor wird dann mit steigenden Ansteuersignalpegeln (also Spannungen) angesteuert, bis ein Druckabfall im Kraftstoff-Druckspeicher anzeigt, dass eine weitere Pegelerhöhung zu einer Öffnung des Einspritzventils des Einspritzinjektors führen würde. Die zugeordnete Spannung ist dann der Ansteuersignalgrundwert, oberhalb dessen das zugeordnete Einspritzventil die Öffnung beginnt. Dieser Wert wird im Stand der Technik auch als Leerhub bezeichnet und ausgewertet, um z. B. einen defekten Injektor erkennen zu können oder alterungsbedingte Injektorveränderungen im Wege einer Adaption bei der Ansteuerung auszugleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Ansteuerverfahren für Einspritzinjektoren anzugeben, das mit geringerem Rechen- und Messaufwand aufkommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Ansteuerverfahren für einen Einspritzinjektor, der aus einem Kraftstoff-Druckspeicher gespeist Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, wobei der Einspritzinjektor mit einem Ansteuersignal angesteuert wird und ein Ansteuersignalgrundwert ermittelt wird, oberhalb dessen der Einspritzinjektor die Einspritzung von Kraftstoff beginnt, und wobei weiter ein für die Ansteuerung zur Einspritzinjektoröffnung verwendeter Ansteuersignalpegel bestimmt wird, indem zum Ansteuersignalgrundwert ein von Temperatur und/oder Druck im Kraftstoff-Druckspeicher abhängiger Zuschlagswert addiert wird.
Die Einspritzinjektoransteuerung erfolgt also auf Basis eines Ansteuersignalsgrundwertes mit einem von Temperatur und/oder Druck im Kraftstoff-Druckspeicher abhängigen Zuschlagswertes. Die kontinuierliche Messung der Piezoladung sowie die Energieberechnung entfällt, ohne daß negative Einbußen auf die Leistung der Brennkraftmaschine bzw. der Einspritzinjektoransteuerung gegeben wären. Insbesondere sind die für die Ladungsmessung aufwendigen Messschaltkreise und deren Abgleich nicht mehr nötig. Die Erfindung führt also zu einer erheblichen Vereinfachung der Ansteurung der Einspritzinjektoren und spart Rechenleistung. Der Entfall des Abgleiches für von Bauelementen, die für die Ladungsmessung benötigt werden, führt darüber hinaus zu Kostensenkungen in der Produktion.
Der Ansteuersignalgrundwert kann in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung abhängig von Temperatur und/oder Druck im Kraftstoff-Druckspeicher gewählt werden. Dazu ist es möglich, eine abgespeicherte Charakteristik bzw. Tabelle vorzusehen, in der der Ansteuersignalgrundwert als Funktion von Druck und/oder Temperatur abgelegt ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Ansteuersignalgrundwert während des Betriebs der Brennkraftmaschine ermittelt werden und so als Funktion von Temperatur und/oder Druck abgespeichert werden. Dies hat den Vorteil, dass etwaige Alterungseinflüsse auf den Ansteuersignalgrundwert automatisch ausgeglichen sind.
Das erfindungsgemäße Ansteuerverfahren ist prinzipiell für beliebige Einspritzinjektoren tauglich, also auch aber nicht ausschließlich für solche, die nicht den Antrieb durch einen Piezoaktuator aufweisen. Für Einspritzinjektoren, bei denen das Ansteuersignal dann ein Spannungssignal ist, ist die Erfindung besonders einfach auszuführen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild mit einer Brennkraftmaschine, die Einspritzinjektoren aufweist, die mit einem hier beschriebenen Ansteuerverfahren angesteuert werden,
2 ein Diagramm zur Erläuterung der Ermittlung eines Ansteuersignalgrundwertes V0, der bei der Ansteuerung der Einspritzinjektoren der 1 verwendet wird, und
3 ein Diagramm für die Betriebsparameterabhängigkeit des Ansteuersignalgrundwertes.
1 zeigt als Blockschaltbild vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 mit Zusatzaggregaten. Die Brennkraftmaschine 1 arbeitet dabei mit innerer Gemischbildung, d. h. durch Einspritzinjektoren 2 wird Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Einspritzventile erhalten den Kraftstoff unter Druck aus einem Speicher 3, welcher Kraftstoff aus einem Tank 4 über eine Pumpe 5 und einen Zulauf 6 erhält. In einem Rücklauf sitzt ein Ventil 7, über das gesteuert Kraftstoff aus dem Speicher 3 in den Tank 5 abgelassen werden kann.
Im Speicher 3 ist Kraftstoff unter Druck gespeichert und von dort über Einspritzleitungen 9 zu den Einspritzinjektoren 2 zugeführt. Die Einspritzinjektoren setzen sich aus einem Einspritzventil und einem dieses antreibenden Piezoaktuator zusammen. Jedes Einspritzventil wird pro Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine eine kurze Zeit ein- oder mehrmals geöffnet, um Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum einzuspritzen.
Bei der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich insoweit um eine bekannte Common-Rail-Diesel-Brennkraftmaschine. Die Versorgung des Speichers 3 ist für die nachfolgende Erfindung nicht weiter von Interesse, und in der Literatur sind für den Fachmann verschiedenste Konzepte geschildert, wie der Kraftstoff in den Speicher 3 eingespeist und dort ein bestimmter Kraftstoffdruck eingeregelt werden kann. Insbesondere sind hierfür fördermengengeregelte Systeme bekannt, die durch geeignete Ansteuerung der Pumpe 5 auch ohne Rücklauf und ohne das angesteuerte Ventil 7 auskommen.
Allen Systemen ist jedoch gemein, dass sie über einen Drucksensor 8 verfügen, welcher den Kraftstoffdruck im Speicher 3 misst. Dieser Druck ist für ein Steuergerät 10 eine wichtige Größe, da zusammen mit der Dauer Ti, für welche die Einspritzventile geöffnet werden, und dem Öffnungshub des Einspritzventils die Kraftstoffmasse mf festlegt, welche bei einem gegebenen Einspritzvorgang in den Brennraum injiziert wird.
Das Steuergerät 10 steuert die einzelnen Elemente der Brennkraftmaschine an und liest entsprechende Sensoren aus, z. B. den Drucksensor 8. Hierfür sind in 1 nicht näher bezeichnete Steuerleitungen vorgesehen.
Wie bereits erwähnt, ist jeder Einspritzinjektor aus einem Einspritzventil sowie einem Piezoaktuator zusammengesetzt. Der Piezoaktuator treibt das Einspritzventil an, welches den mechanisch-fluidischen Teil des Einspritzinjektors bildet. Der für einen gegebenen Ansteuersignalpegel erreichte Ventilhub des Einspritzventils hängt sowohl von der Betriebstemperatur des Piezoaktuators wie auch von der Gegenkraft, gegen die das Einspritzventil geöffnet werden muß ab, also vom Druck im Druckspeicher 3. Weiter verändert sich das Öffnungsverhalten eines Einspritzventils über die Lebensdauer des Einspritzventils hin, z. B. durch Verkokung am Einspritzventilsitz o. ä.
Die Piezoaktuatoren der Einspritzinjektoren 2 werden mit einem Ansteuersignal in Form eines Spannungssignales angesteuert. Abhängig von der Temperatur und der Gegenkraft, d. h. dem Druck im Kraftstoffspeicher 3, ist ein gewisser Ansteuersignalgrundwert, d. h. eine Grundspannung erforderlich, um das Einspritzventil zum Öffnen zu bringen. Dieser Zusammenhang ist in 2 in Form einer Kennlinie 11 ausgedrückt, die den Kraftstoffdruck p im Speicher 3 als Funktion der Spannung V des Ansteuersignals wiedergibt, und zwar für einen Zustand, in dem der Kraftstoffdruck p im Speicher 3 an und für sich konstant ist. Ein solcher Zustand ist beispielsweise bei Schubabschaltung gegeben. Wie zu sehen ist, bleibt der Kraftstoffdruck p im Speicher 3 bis zu einem Ansteuersignalgrundwert V0 konstant und fällt dann ab. Der Abfall ist dadurch verursacht, dass das Einspritzventil bei Ansteuersignalwerten oberhalb V0 einen Öffnungsvorgang beginnt, also das Ventilglied aus dem Ventilsitz gerückt wird und der durch den Kraftstoffdruck p bewirkte Gegendruck überwunden wird. Der Ansteuersignalgrundwert V0 wird auch als Injektorleerhubwert bezeichnet und im Stand der Technik zur Korrektur alterungsbedingter Veränderungen des Einspritzinjektors ausgenutzt (vgl. DE 10 2004 044 450.1 ).
Zur Sicherstellung eines bekannten und auf einen Sollwert eingestellten Öffnungsgrades, d. h. Hubes des Einspritzventiles, wird nun die Ansteuerung jedes Einspritzventils dadurch bewirkt, dass zum Öffnen ein Ansteuersignalpegel eingestellt wird, der sich aus dem Ansteuersignalgrundwert V0 plus einem Zuschlagswert Z ergibt, welcher als Funktion von Temperatur T des Einspritzinjektors 2 (hierfür können natürlich Ersatzwerte verwendet werden, z. B. die Kraftstofftemperatur) und Kraftstoffdruck im Speicher 3 gewählt wird. Somit ist sichergestellt, dass jedes Einspritzventil beim Öffnen einen bestimmten Sollhub erreicht.
In einer Weiterbildung dieses Konzeptes wird ein Ansteuersignalgrundwert V0 verwendet, der von Temperatur T und Kraftstoffdruck p im Speicher 3 abhängt. Diese Weiterbildung trägt der Tatsache Rechnung, dass der Ansteuersignalgrundwert V0 meist mit den genannten Parametern variiert. Dies ist exemplarisch in 3 dargestellt, die die Änderung des Ansteuersignalgrundwerts V0 als Funktion des Kraftstoffdruckes p im Speicher 3 wiedergibt und zwar für verschiedene Temperaturen T1, T2 und T3. Es ergibt sich eine Kurvenschar bestehend aus Kurven 12, 13 und 14, denen gemein ist, dass der Ansteuersignalgrundwert V0 mit dem Druck p stark ansteigt. Dies ist leicht verständlich, da ein höherer Kraftstoffdruck p im Speicher 3 automatisch einen höheren Gegendruck mit sich bringt, den der Piezoaktuator überwinden muss, um das Einspritzventil aus dem Ventilsitz zu drücken. Es ist deshalb in einer abgewandelten Ausführungsform vorteilhaft, einen Ansteuersignalgrundwert V0 zu verwenden, der abhängig vom aktuellen Kraftstoffdruck p im Druckspeicher 3 und/oder der Temperatur T des Einspritzinjektors ist, insbesondere wenn der Kraftstoffdruck p im Speicher 3 über einen großen Bereich variieren kann.
In einer zusätzlichen bevorzugten Weiterbildung wird der Ansteuersignalgrundwert V0 im Betrieb der Brennkraftmaschine wiederholt und für verschiedene Werte von p und T ermittelt, um Alterungseinflüsse zu berücksichtigen. Dies ist im Stand der Technik für Diagnosezwecke bereits bekannt. Eine derart bekannte Bestimmung des Ansteuersignalgrundwertes V0 korrgiert die Ansteuerung der Einspritzinjektoren 2 automatisch auf alterungsbedingte Veränderungen der Injektoren hin.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004044450 [0003, 0021]

Claims

Ansteuerverfahren für einen Einspritzinjektor (2), der aus einem Kraftstoff-Druckspeicher (3) gespeist Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine (1) einspritzt, wobei der Einspritzinjektor (2) mit einem Ansteuersignal (V) angesteuert wird und ein Ansteuersignalgrundwert (V0) ermittelt wird, oberhalb dessen der Einspritzinjektor (2) die Einspritzung von Kraftstoff beginnt, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Ansteuerung verwendeter Ansteuersignalpegel bestimmt wird, indem der Ansteuersignalgrundwert (V0) mit einem von Temperatur (T) und/oder Druck (p) im Kraftstoff-Druckspeicher (3) abhängiger Zuschlagswert (Z) addiert wird.
Ansteuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Ansteuersignalpegels ein von Temperatur (T) und/oder Druck (p) im Kraftstoff-Druckspeicher (3) abhängiger Ansteuersignalgrundwert (V0) verwendet wird.
Ansteuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Asteursignalgrundwert (V0) im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) als Funktion von Temperatur (T) und/oder Druck (p) im Kraftstoff-Druckspeicher (3) ermittelt und abgespeichert wird.
Ansteuerverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzinjektor (2) einen Piezoaktuator aufweist und das Ansteuersignal (V) ein Spannungssignal ist.