-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Kraftstoffeinspritzelements einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Patentanspruch 1.
-
Aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, Kraftstoffeinspritzelemente einzusetzen, um Kraftstoff in ein Ansaugmodul der Verbrennungskraftmaschine oder direkt in einen Brennraum derselbigen einzubringen. Insbesondere vor dem Hintergrund stetig wachsender Anforderungen an das Emissionsverhalten, den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ist es wünschenswert, auch besonders geringe Menge an Kraftstoff besonders präzise mittels des Kraftstoffeinspritzelements einbringen zu können.
-
Die
DE 198 04 196 A1 offenbart ein Verfahren zur Diagnose Piezo-mechanischer Systeme, bei dem ein Piezo-Signal ausgewertet wird, in dem am Piezo-Signal eine Schwellenwertabfrage durchgeführt wird und aufgrund der Schwellenwertabfrage ein Zustand eines Ausgangssignals verändert werden kann. Dieses Verfahren weist weiteres Potential auf, das Überprüfen von Kraftstoffeinspritzelementen zur Erhöhung ihrer Genauigkeit zu verbessern.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überprüfen eines Kraftstoffeinspritzelements einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welches es ermöglicht, mittels des Kraftstoffeinspritzelements besonders genaue Mengen an Kraftstoff zu dosieren.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Überprüfen eines Kraftstoffeinspritzelements einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen eines zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer eine Kraftstoffeinspritzung ermöglichenden Offenstellung verstellbaren Kraftstoffeinspritzelements, insbesondere eines Piezo-Injektors, einer Verbrennungskraftmaschine, umfasst einen Schritt, bei welchem eine elektrische Spannung an das Kraftstoffeinspritzelement angelegt wird. Mit anderen Worten wird das Kraftstoffeinspritzelement durch Anlegen der elektrischen Spannung angesteuert, wodurch das Kraftstoffeinspritzelement zumindest teilweise, insbesondere eine Mechanik des Kraftstoffeinspritzelements, in Schwingung versetzt wird. Dies bedeutet also, dass das Anlegen der elektrischen Spannung das Kraftstoffeinspritzelement zumindest teilweise, insbesondere die Mechanik des Kraftstoffeinspritzelements, in Schwingung versetzt.
-
Bei einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein die zumindest teilweise Schwingung des Kraftstoffeinspritzelements charakterisierendes Signal erfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt, bei welchem das erfasste Signal zu einer der Stellungen des Kraftstoffeinspritzelements zugeordnet wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache, dass die Schwingung des Kraftstoffeinspritzelements nicht nur von der Ansteuerung infolge des Anlegens der elektrischen Spannung, sondern auch von einer insbesondere mechanischen Reaktion des Kraftstoffeinspritzelements auf die Ansteuerung durch das Anlegen der elektrischen Spannung abhängt. Mit anderen Worten hängt die Schwingung des Kraftstoffeinspritzelements auch davon ab, ob das Kraftstoffeinspritzelement durch das Anlegen der elektrischen Spannung von der Schließstellung in die zumindest eine Offenstellung bewegt wird, in welcher ein Einbringen, insbesondere ein Einspritzen, von Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine in einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, derselbigen erfolgt, oder ob das Kraftstoffeinspritzelement trotz des Anlegens der elektrischen Spannung in der Schließstellung verbleibt, in welcher kein Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird. Dies ermöglicht die Ermittlung, bei oder ab welcher Spannung und/oder bei oder ab welchem Zeitraum, über welchen die Spannung angelegt wird, das Kraftstoffeinspritzelement in die Offenstellung bewegt wird, und das auch in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand insbesondere hinsichtlich eines Verschleißes und fertigungsbedingter Toleranzen des Kraftstoffeinspritzelements. Davon ausgehend kann auf eine vorteilhafte Ansteuerung in Form eines Anlegens einer elektrischen Spannung an das Kraftstoffeinspritzelement rückgeschlossen werden, um auch besonders kleine Mengen an Kraftstoff besonders exakt in den dem Kraftstoffeinspritzelement zugeordneten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einbringen zu können. Das Einbringen von sehr kleinen und präzisen Mengen an Kraftstoff erfordert es nämlich insbesondere, dass das Kraftstoffeinspritzelement in die bzw. in eine von mehreren Offenstellungen bewegt wird, in welcher ein nur geringer Strömungsquerschnitt mittels des Kraftstoffeinspritzelements freigegeben ist, über welchen nur eine gewünscht geringe Menge an Kraftstoff in den Brennraum strömen kann. Dazu erforderlich ist insbesondere eine geringe und/oder über einen nur geringen Zeitraum anzulegende und besonders exakte Spannung, damit nicht ein unerwünscht großer Strömungsquerschnitt freigegeben und eine zu große Menge an Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Ansteuerung bzw. Spannung und/oder Zeitraum zu identifizieren, die notwendig ist zum Einbringen der zumindest nahezu exakt gewünschten Menge an Kraftstoff. So ist es möglich, mittels des Kraftstoffeinspritzelements auch geringe Mengen an Kraftstoff sehr genau zu dosieren.
-
Wird beispielsweise an das Kraftstoffeinspritzelement ohne zeitlich voriges Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit ohne Identifizieren der zum sehr genauen Dosieren geringer Mengen an Kraftstoff geeigneten Spannung bzw. Zeitraum eine Spannung mit einem gewissen Betrag und/oder über einen gewissen Zeitraum hinweg an das Kraftstoffeinspritzelement angelegt, so kann dies bereits zu einer derartigen Verstellung des Kraftstoffeinspritzelements von der Schließstellung in die Offenstellung führen, wodurch eine besonders große und insbesondere unerwünscht große Menge an Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird. So können insbesondere kleine Mengen an Kraftstoff, welche beispielsweise bei Nacheinspritzungen der Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum einzubringen sind, nicht exakt dosiert werden. Wird jedoch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt, welcher Betrag der Spannung und/oder über welchen Zeitraum die Spannung an das Kraftstoffeinspritzelement anzulegen ist, damit dieses zum Freigeben eines nur geringen Strömungsquerschnitts von der Schließstellung in die Offenstellung bewegt wird, so ist dadurch ein Verstellen des Kraftstoffeinspritzelements in die Offenstellung über einen unerwünscht langen Zeitraum hinweg und damit eine unerwünscht hohe Menge an in den Brennraum eingebrachten Kraftstoff zumindest im Wesentlichen vermieden. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders exakte Dosierung des in den Brennraum einzubringenden Kraftstoffes mittels des Kraftstoffeinspritzelements ermöglicht.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei sowohl bei Diesel- als auch bei Otto-Motoren sowie bei anderweitigen Verbrennungskraftmaschinen einsetzbar, um den Kraftstoff besonders exakt in den Brennraum einzudosieren und um damit den Kraftstoffverbrauch, CO2-Emissionen sowie die Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering zu halten. So sind mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch beispielsweise fertigungsbedingte und trotz hochgenauer Fertigungsverfahren auftretende Toleranzen bei der Herstellung des Kraftstoffeinspritzelements sowie auch ein über eine hohe Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine hinweg auftretender Verschleiß des Kraftstoffeinspritzelements kompensierbar. Insbesondere die Kompensation des Verschleißes, welcher zu einer Veränderung des Öffnungs- und Schließverhaltens des Kraftstoffeinspritzelements über die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine hinweg führen würde, ermöglicht ein über die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine und damit des Kraftstoffeinspritzelements hinweg zumindest im Wesentlichen stets gleiches Öffnungs- und Schließverhalten. Dadurch können Verbrennungsvorgänge der Verbrennungskraftmaschine zumindest im Wesentlichen stets durch das Einbringen von besonders kleinen Mengen an Kraftstoff in den Brennraum Wirkungsgrad- und emissionsgünstig beeinflusst werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Kraftstoffeinspritzelementen, insbesondere Piezo-Injektoren, mit oder ohne eine die Verstellung von zumindest einer in die andere der Stellungen unterstützende Servoeinrichtung durchgeführt werden. Bei einer solchen Servoeinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Servoventil, das zum Beispiel eine Bewegung einer Nadel des Kraftstoffeinspritzelements zumindest von einer in die andere der Stellungen unterstützt.
-
Wird als das die Schwingung charakterisierende Signal die Spannung und/oder ein zeitlicher Verlauf der Spannung des Kraftstoffeinspritzelements bzw. welche an das Kraftstoffeinspritzelement angelegt wird, erfasst, so sind dadurch zusätzliche bauraum- und kostenaufwändige Sensoren zur Erfassung der Schwingungen des Kraftstoffeinspritzelements nicht vorgesehen und nicht vonnöten, was die Teileanzahl, die Kosten, sowie den Bauraumbedarf zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gering halt.
-
Zum Überprüfen des Kraftstoffeinspritzelements wird die elektrische Spannung vorteilhafterweise über einen ersten Zeitraum und über zumindest einen demgegenüber unterschiedlich großen, d. h. längeren oder kürzeren, Zeitraum an das Kraftstoffeinspritzelement angelegt. Dadurch kann ermittelt werden, ab welchem Zeitraum, d. h. ab welcher Ansteuerzeit, des Kraftstoffeinspritzelements dieses in die Freigabestellung verstellt wird und eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt. Die dadurch ermittelte minimale Ansteuerzeit, d. h. der dadurch ermittelte geringste Zeitraum, kann zur Korrektur von dem Kraftstoffeinspritzelement individuellen und insbesondere aus einem Verschleiß und fertigungsbedingten Toleranzen resultierenden Streuungen verwendet werden, um auch sehr kleine Mengen an Kraftstoff sehr genau in den Brennraum einbringen zu können.
-
Vorteilhafterweise wird das Kraftstoffeinspritzelement mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüft, wenn ein Betriebspunkt oder ein Zeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine gegeben ist, in dem bzw. zu welchem durch etwaige in den Brennraum eingebrachte Mengen an Kraftstoff keine oder eine nur sehr geringe Beeinflussung der Emissionen, insbesondere der schädlichen Emissionen, der Verbrennungskraftmaschine auftritt oder zu erwarten ist. Bei einem solchen Betriebspunkt handelt es sich beispielsweise um einen Homogenbetrieb, in welchem durch das erfindungsgemäße Verfahren etwaig eine besonders frühe Einspritzung an Kraftstoff in den Brennraum durchgeführt wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einem Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine als der geeignete Betriebspunkt durchgeführt wird.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das Kraftstoffeinspritzelement unabhängig von anderen Einflussgrößen wie beispielsweise Drehzahlschwankungen der Verbrennungskraftmaschine oder Luftunterschiede in einzelnen Brennräumen, insbesondere in Zylindern, der Verbrennungskraftmaschine überprüft werden kann. Darüber hinaus wird das Fahrverhalten der Verbrennungskraftmaschine und damit des Kraftwagens nicht oder nur für Insassen des Kraftwagens unmerklich beeinflusst, so dass Komforteinbußen während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein kostengünstiges und für einen Nutzer des Kraftwagens unmerkliches Lernverfahren dar, um zu ermitteln, auf welche Art und Weise, d. h. mit welchem Betrag die Spannung an das Kraftstoffeinspritzelement angelegt werden muss und/oder über welchen Zeitraum die Spannung angelegt werden muss, um auch besonders kleine Mengen an Kraftstoff in den Brennraum mittels des Kraftstoffeinspritzelements einspritzen zu können.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als das die Schwingung charakterisierende Signal die Spannung und/oder ein zeitlicher Verlauf der Spannung und/oder ein dem Kraftstoffeinspritzelement zugeordneter elektrischer Strom zum Ansteuern des Kraftstoffeinspritzelements und/oder ein zeitlicher Verlauf des elektrischen Stroms erfasst, wobei das Signal beispielsweise einer Frequenzanalyse unterzogen und anhand dieser Frequenzanalyse ausgewertet wird. Dabei wird beispielsweise ein Frequenzspektrum des erfassten Signals ermittelt und untersucht und anhand des Frequenzspektrums, welches die Schwingung des Kraftstoffeinspritzelements charakterisiert, ermittelt, ob das Ansteuern des Kraftstoffeinspritzelements durch Anlegen der elektrischen Spannung ein Verstellen des Kraftstoffeinspritzelements von der Schließstellung in die Freigabestellung bewirkt hat oder nicht. Diese Unterscheidung, ob das Kraftstoffeinspritzelement durch Anlegen der elektrischen Spannung in die Freigabestellung bewegt wird bzw. wurde oder nicht, ist insbesondere anhand des Frequenzspektrums und insbesondere in Form einer insbesondere mechanischen Sprungantwort des Kraftstoffeinspritzelements auf das Anlegen der elektrischen Spannung besonders gut und eindeutig durchzuführen, so dass diese Unterscheidung anhand des Frequenzspektrums zu besonders aussagekräftigen und belastbaren Ergebnissen führt.
-
Auf diese Art und Weise kann das Kraftstoffeinspritzelement besonders gut überprüft werden und die Ergebnisse können besonders geeignet dazu verwendet werden, die Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzelements durch Anlegen der elektrischen Spannung bei anderweitigen Einspritzungen bzw. Einbringungen von Kraftstoff in den Brennraum derart durchzuführen oder ausgehend von einer beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegten Basisansteuerung derart zu korrigieren und anzupassen, dass auch bei anderweitigen Ansteuerungen des Kraftstoffeinspritzelements nicht im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren besonders kleine Mengen an Kraftstoff besonders präzise in den Brennraum einzubringen sind. Dadurch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Einbringung besonders kleiner aber dennoch sehr präziser Mengen an Kraftstoff, um damit das Verbrennungs- und Emissionsverhalten der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft zu beeinflussen.
-
Diese präzise Einbringung von besonders kleinen Mengen in den Brennraum spielen insbesondere bei sogenannten Nacheinspritzungen eine wichtige Rolle, welche insbesondere die Aufgabe haben und den Zweck erfüllen, den Kraftstoffverbrauch sowie die schädlichen Emissionen der Verbrennungskraftmaschine gering zu halten. Dies ist durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Identifizierung der entsprechenden Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzelements auf Basis der Ergebnisse durch das Überprüfen des Kraftstoffeinspritzelements möglich.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-