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Stand der Technik
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Im Bereich der Direkteinspritzung von Kraftstoffen werden Ventile eingesetzt, deren Ventilnadel von einem Piezoaktor gegen eine Schließfeder so bewegt wird, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit gezielt direkt in den Brennraum eingebracht werden kann. Dabei werden u. a. direkt betätigte, außen öffnende Ventilnadeln eingesetzt, deren Nadelhub stufenlos einstellbar ist. Der Piezoaktor wird mit einer injektorindividuell ermittelten elektrischen Steuergröße so angesteuert, dass ein gewünschter Nennhub eingestellt und damit die gewünschte Kraftstoffmenge abgegeben wird.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 102 15 610 B4 sind Common-Rail-Systeme mit elektrisch getriebenen Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff bekannt. Ein Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzmenge werden im elektronischen Motor-Steuergerät berechnet und von einem Injektor an jedem Motorzylinder über ein ferngesteuertes Ventil umgesetzt. Zwecks Korrektur des Einspritzverhaltens der Injektoren werden die Injektoren bei zwei unterschiedlichen Bedingungen geprüft. Mittels zweier Widerstände werden diese Korrekturwerte dann codiert und dem Injektor zugeordnet. Dabei werden bei einen ersten Ausführungsbeispiel zwei Betriebszustände betrachtet, die durch einen kleinen bzw. einen großen Raildruck definiert sind. Zwischen den beiden Werten wird linear interpoliert.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 699 18 258 T2 ist ebenfalls ein Brennstoffeinspritzsystem bekannt. Nähert sich für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritzereignis, entscheidet das elektronische Steuermodul, wann und wie lange die Einspritzvorrichtung erregt werden müßte. Eine Ein-Zeit für die Brennstoffeinspritzvorrichtung wird dann eingestellt. Die eingestellte Ein-Zeit entspricht der Ein-Zeit der Brennstoffeinspritzvorrichtung plus eine Ein-Zeiteinstellung, die ein positiver oder ein negativer Wert sein kann.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 699 06 642 T2 ist ein Einspritzmodul für elektronisch gesteuerte Einzeleinspritzungen bekannt. Für jede der Einspritzdüsen enthält ein Einzelspeicher eine Kalibrierfunktion. Ein Rechenorgan steuert die Dauer der elektrischen Betätigung der Öffnung der Einspritzdüsen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 600 11 484 T2 ist ein Einspritzsystem mit einer Steuereinrichtung bekannt, bei dem eine Ventilöffnungsdauer auf Basis der Befehlseinspritzdauer der Einspritzeinrichtung und Befehlseinspritzmenge berechnet wird und dann ein der Ventilöffnungsdauer entsprechendes Steuersignal abgegeben wird. Die Steuereinrichtung weist eine Korrekturparameterkarte auf. Je nach Erfordernis wird ein spezieller Korrekturparameter ausgewählt, um eine für die erforderliche Befehlseinspritzdauer und Befehlseinspritzmenge geeignete Ventilöffnungsdauer zu korrigieren.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 699 23 245 T2 ist bekannt, von einer Standardeinspritzkennlinie auszugehen, die zur Kennlinie eines einzelnen Injektors parallel angeordnet ist. Eine zu korrigierende Stellimpulsbreite oder eine Korrekturmenge wird aus entsprechenden Differenzen ermittelt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Zumessstreuungen reduziert werden, insbesondere im Teilhub ist eine deutlichere Reduzierung der Zumessstreuungen erreichbar.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für wenigstens zwei Werte T1, T2 der Ansteuerdauer jeweils ein Korrekturwert TK1, TK2 für die Ansteuerdauer auf Grundlage einer Codiermessung ermittelt wird. Für beliebige Werte der Ansteuerdauer werden die Korrekturwerte durch lineare Regression ausgehend von den auf Grundlage der Codiermessung ermittelten Korrekturwerten TK1, TK2 ermittelt. Bei der Codiermessung wird eine erste tatsächliche Einspritzmenge M+ für einen gegenüber einem Codierwert der Ansteuerdauer erhöhten Wert der Ansteuerdauer T+ und eine zweite tatsächliche Einspritzmenge M- für einen gegenüber dem Codierwert der Ansteuerdauer erniedrigten Wert der Ansteuerdauer T- gemessen. Das heißt es erfolgt eine Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils mit einer gegenüber dem Codierwert Tx erhöhten und eine erniedrigte Ansteuerdauer. Die bei diesen Werten zugemessene Kraftstoffmengen M+ und M- werden gemessen und Wertepaare (T+, M+) und (T-, M-) für die Ansteuerdauer und die Kraftstoffmengen gebildet
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Vorzugsweise erfolgen wenigstens zwei Codiermessungen. Bei der Codiermessung wird der Wert TN der Ansteuerdauer ermittelt, bei dem eine Codiermenge MN zugemessen wird, die bei einem Codierwert Tx der Ansteuerdauer zugemessen werden sollte.
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Durch Interpolation zwischen den beiden Wertepaaren (T+, M+) und (T-, M-) für die tatsächliche Einspritzmenge M+, M- und der Werte der Ansteuerdauer T+, T-wird der Wert TN der Ansteuerdauer ermittelt, bei der die Codiermenge MN zugemessen wird.
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Die Differenz zwischen dem Wert T und dem Wert TN für die Ansteuerdauer wird dann als Korrekturwert TK für den Wert Tx der Ansteuerdauer verwendet
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffeinspritzsystems,
- 2 die zeitliche Abhängigkeit der Ladung über der Zeit,
- 3 die über der Ansteuerdauer T aufgetragene eingespritzte Kraftstoffmenge M und die
- 4 die über der Ansteuerdauer T aufgetragenen Korrekturwerte TK.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 sind die wesentlichen Elemente einer Steuereinheit zur Ansteuerung eines Piezoaktors dargestellt. Üblicherweise bestimmt die auf den Piezoaktor aufgebrachte Ladung den Hub der Ventilnadel und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge. Anstelle der Ladung kann auch vorgesehen sein, dass der Piezoaktor auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird. Da es sich bei dem Piezoaktor um ein kapazitives Bauelement handelt, sind die Spannung bzw. die Ladung gleichwertige Größen und werden auch als Steuergröße bezeichnet. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel der Steuergröße Ladung beschrieben.
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Der Piezoaktor ist mit 100 bezeichnet und beinhaltet im Wesentlichen ein kapazitives Element 105. Der Piezoaktor wird von einer Endstufe 110 mit einer bestimmten Spannung beaufschlagt und damit auf eine bestimmte Ladung aufgeladen. Hierzu legt die Endstufe für eine gewisse Ansteuerdauer T eine Spannung an den Piezoaktor an. Dies hat zur Folge, dass der Piezoaktor Strom aufnimmt und seine Ausdehnung ändert.
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Die Endstufe 110 wird hierzu von einer Steuereinheit 120 mit Ansteuersignalen T und QE beaufschlagt. Diese Ansteuersignale beinhalten eine Information dahingehend, für welche Zeitdauer T der Piezoaktor aufgeladen wird und welche Ladung QE auf dem Piezoaktor aufgebracht wird.
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Die Steuereinheit 120 berechnet diese Signale ausgehend von dem Ausgangssignal MW einer ersten Vorgabe 130 und dem Ausgangssignal N einer zweiten Vorgabe 135. Bei dem Ausgangssignal MW der ersten Vorgabe 130 handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Mengenwunsch. Dieser Mengenwunsch MW gibt die Kraftstoffmenge an, die von dem Einspritzventil, das von dem Piezoaktor 100 angesteuert wird, zuzumessen ist. Die Steuereinheit 120 berechnet ausgehend von diesem Mengenwunsch und weiteren Betriebskenngrößen, die von der zweiten Vorgabe 135 bereitgestellt werden, die Ladung QE, auf die der Piezoaktor aufgeladen wird und die Zeitdauer T, für die der Piezoaktor aufgeladen ist. Diese Zeit T wird im Folgenden auch als Ansteuerdauer bezeichnet.
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In der 2 ist die Ladung Q über der Zeit t aufgetragen. Hierbei ist ein Einspritzvorgang dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 beginnt der Ladevorgang, wobei zu diesem Zeitpunkt der Piezoaktor vollständig entladen ist. Ab dem Zeitpunkt t0 steigt die Ladung Q, die auf den Piezoaktor aufgebracht ist, im Wesentlichen linear an. Zum Zeitpunkt t1 erreicht die Ladung die sogenannte Nullladung Q0. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich die Ventilnadel zu bewegen und die Kraftstoffzumessung beginnt. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Ladung ihren Endwert QE. Diese Ladung QE, die auch als Endladung QE bezeichnet wird, entspricht der Ladung, die von der Steuereinheit vorgegeben wird. Zum Zeitpunkt t3 beginnt der Entladevorgang des Piezoaktors. Ab diesem Zeitpunkt fällt die Ladung, die auf dem Piezoaktor aufgebracht ist, im Wesentlichen wieder linear ab. Zum Zeitpunkt t5 ist der Piezoaktor im Wesentlichen vollständig entladen. Üblicherweise wird von der Steuereinheit 120 die Ansteuerdauer T vorgegeben. Diese Ansteuerdauer T entspricht dem Abstand zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t3, bei dem die Endladung des Piezoaktors beginnt.
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Wird der Piezoaktor nicht auf die Endladung QE geladen, bzw. ist die Ansteuerdauer T kürzer als die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t2, so spricht man von einer ballistischen Ansteuerung. Die Ventilnadel öffnet dabei nicht vollständig und man spricht von einem Teilhub der Ventilnadel.
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Im Teilhub wird die eingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen durch die aufgebrachte Ladung bestimmt. Ist die Ansteuerdauer T größer als die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t0 und t2 so wird die eingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen durch die Ansteuerdauer T bestimmt. Im Wesentlichen ist die eingespritzte Kraftstoffmenge proportional der Fläche über der Linie der Nullladung Q0.
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Die Nullladung Q0 ist daher eine wesentliche Größe, die in der Steuereinheit 120 vorliegen muss, um eine präzise Kraftstoffzumessung zu ermöglichen. Wird der Piezoaktor lediglich auf die Nullladung Q0 aufgeladen, so erfolgt keine Einspritzung. Erst wenn der Piezoaktor auf einen Ladungswert größer als die Nullladung Q0 aufgeladen wird, wird Kraftstoff zugemessen.
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In 3a ist die Abhängigkeit der eingespritzten Kraftstoffmenge M für die Ansteuerdauer T aufgetragen. Bei kleinen Ansteuerdauern ist die Abhängigkeit der Einspritzmenge von der Ansteuerdauer stark nicht linear. Bei längeren Ansteuerdauern, insbesondere bei Ansteuerdauern, die größer sind als der in 3a dargestellter Ansteuerdauern, ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Ansteuerdauer T. Dieser lineare Zusammenhang stellt sich insbesondere bei der Ansteuerdauer T ein, die deutlich länger sind als der Abstand zwischen der Zeitdauer t0 und t2.
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Es ist bekannt, dass unterschiedliche Einspritzventile bzw. unterschiedliche Aktoren bei gleicher Ansteuerdauer T unterschiedliche Kraftstoffmengen zumessen. Üblicherweise werden Korrekturwerte ermittelt um diese unterschiedlichen Kraftstoffmengen zu kompensieren. Das heißt die Korrekturwerte werden derart gewählt, dass alle Injektoren dieselbe Kraftstoffmenge zumessen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese Korrekturwerte Tk auch von der Ansteuerdauer T abhängig sind. Insbesondere wurde erfindungsgemäß erkannt, dass zwischen den Korrekturwerten Tk und der Ansteuerdauer ein nahezu linearer Zusammenhang besteht.
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Bei einem fehlerfreien Aktor nimmt der Korrekturwert TK den Wert Null an. In diesem Fall wird bei einer Ansteuerdauer Tx eine nominale Menge MN zugemessen. Bei einem nicht fehlerfreien Aktor wird diese nominale Menge MN bei der Ansteuerdauer TN zugemessen. Die Differenz zwischen der Ansteuerdauer Tx und TN entspricht dem Korrekturwert TK für die Ansteuerdauer Tx. Die nominale Menge MN wird im Folgenden auch als Codiermenge und die Ansteuerdauer Tx als Codierwert der Ansteuerdauer bezeichnet.
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Es ist vorgesehen, dass für wenigstens zwei Ansteuerdauern die Korrekturwerte ermittelt werden. Bei einer verbesserten Ausführungsform werden für drei Ansteuerdauern die Korrekturwerte ermittelt. Diese drei Ansteuerdauern und die zugemessene Kraftstoffmenge ist in 3a mit T1, T2, T3 bzw. mit M1, M2 und M3 bezeichnet.
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In 3b ist ein kleiner Bereich der 3a detaillierter dargestellt. Zur Ermittlung des Korrekturwerts Tk für eine Ansteuerdauer Tx wird wie folgt vorgegangen: Ausgehend von der Ansteuerdauer Tx erfolgt eine Ansteuerung um einen bestimmten Wert verkürzten Ansteuerdauer T- und eine zweite Ansteuerung, um einen bestimmten Wert vergrößerten Ansteuerdauer T+. Die jeweilige eingespritzte Einspritzmenge M- zur Ansteuerdauer T- und die Einspritzmenge M+ zur Ansteuerdauer T+ wird jeweils gemessen. Zwischen den beiden Messwerten erfolgt eine vorzugsweise lineare Interpolation. Ausgehend von der gewünschten nominalen Menge Mn wird mittels der linearen interpolierten Kennlinie die dazugehörige Ansteuerdauer Tn berechnet. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Ansteuerdauer Tx und der rückgerechneten Ansteuerdauer Tn entspricht dem Korrekturwert Tk für diese Ansteuerdauer.
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Erfindungsgemäß wird diese Codiermessung für wenigstens zwei Ansteuerdauern, vorzugsweise für drei Ansteuerdauern durchgeführt und die jeweiligen Korrekturwerte Tk1, TK2, Tk3 ermittelt und in ein Kennfeld eingetragen.
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In 4 sind drei Ansteuerdauern T1, T2 und T3 und die jeweiligen Korrekturwerte Tk1, Tk2 und Tk3 in einem Diagramm aufgetragen. Durch eine vorzugsweise lineare Interpolation werden die Zwischenwerte für die Korrekturwerte für die jeweiligen Ansteuerdauern Tx aus dieser Kennlinie ausgelesen.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass bei der Ansteuerung des Piezoaktors eine Korrektur der Ansteuerdauer T mittels einer Korrektureinrichtung 200 in dem Verknüpfungspunkt 210 erfolgt. Hierzu ist in der Korrektureinrichtung 200 das in 4 dargestellte Kennfeld abgelegt. Abhängig von der Ansteuerdauer T wird ein Korrekturwert Tk ausgelesen, mit dem die Ansteuerdauer T im Verknüpfungspunkt 210 korrigiert wird. Diese Korrektur erfolgt vorzugsweise additiv, sie kann aber auch multiplikativ erfolgen.
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Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Korrekturwerte Tk1, Tk2, Tk3 am Bandende im Rahmen der Fertigung der Injektoren bzw. im Rahmen der Fertigung der Brennkraftmaschine. Dort erfolgt eine entsprechende Ansteuerung der Einspritzventile und eine Messung der eingespritzten Kraftstoffmenge MI. Anschließend werden die entsprechenden Korrekturwerte im Kennfeld des jeweiligen Steuergeräts abgelegt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass durch geeignete Maßnahmen diese Korrekturwerte Tk im laufenden Betrieb ermittelt werden. Dies kann beispielsweise während einer Initialisierungsphase des Steuergeräts oder bei geeigneten Betriebszuständen durchgeführt werden. Um dies zu verdeutlichen ist eine Messwerterfassung 220, die die tatsächlich zugemessene Kraftstoffmenge MI ermittelt gestrichelt dargestellt.
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Wird die tatsächlich zugemessene Kraftstoffmenge MI außerhalb des laufenden Betriebs gemessen, so werden vorzugsweise hochgenaue Messgeräte zur Messung der Größe MI verwendet. Wird diese Größe im laufenden Betrieb ermittelt werden geeignete Ersatzsignale verwendet.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Korrekturwerte mit dem in 3 dargestelltem Codierverfahren ermittelt werde. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht auf die Verwendung dieser so ermittelten Korrekturwerte beschränkt. Die Korrekturwerte können auch mit anderen Codierverfahren ermittelt werden.
