DE102012213883A1

DE102012213883A1 - Gleichstellung des Stromverlaufs durch einen Kraftstoffinjektor für verschiedene Teileinspritzvorgänge einer Mehrfacheinspritzung

Info

Publication number: DE102012213883A1
Application number: DE102012213883.8A
Authority: DE
Inventors: Frank Denk
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: US20150184626A1; CN104685192A; CN104685192B; WO2014023600A1; DE102012213883B4

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Adaptieren des Verlaufs eines Stromes, welcher durch einen Kraftstoffinjektor fließt und zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt. Das Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen einer Spule mit einem ersten Erregungsverlauf (210a, 210b), welcher zu einer ersten Mehrfacheinspritzung führt, bei der zwei Teileinspritzvorgänge so weit separiert sind, dass sich der Kraftstoffinjektor zwischenzeitlich vollständig schließt, (b) Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang, (c) Berechnen, für eine zweite Mehrfacheinspritzung, einer minimal möglichen Separationszeit (t_sep_min) zwischen dem Ende der Erregung für einen ersten Teileinspritzvorgang und dem Beginn der Erregung für einen zweiten Teileinspritzvorgang, wobei sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen gerade noch vollständig schließt, (d) Beaufschlagen der Spule mit einem zweiten Erregungsverlauf (310a, 310b), welcher zu der zweiten Mehrfacheinspritzung führt, (e) Bestimmen der Anstiegszeit der Stromstärke während einer Boostphase des zweiten Teileinspritzvorgangs, (f) Identifizieren der Anstiegszeit als eine minimale Anstiegszeit (t_rise_min) und (g) Beaufschlagen der Spule mit einem dritten elektrischen Erregungsverlauf (410a, 410b), wobei der dritte elektrische Erregungsverlauf für jeden Teileinspritzvorgang eine Pre-Charge-Phase (430a, 430b) aufweist, mittels welcher der Spulenantrieb vormagnetisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, eine Vorrichtung, eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist.
Beim Betrieb insbesondere von direkt angetriebenen Kraftstoffinjektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen, mit gleichen Strom/Spannungsparametern kommt es aufgrund von elektrischen, magnetischen und/oder mechanischen Toleranzen zu einem unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs- und/oder Schließverhalten der individuellen Kraftstoffinjektoren. Dies wiederum führt zu unerwünschten Injektor-individuellen Variationen hinsichtlich der Menge des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffs.
Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffinjektor vergrößern sich jedoch bei kürzer werdenden Einspritzzeiten und damit bei geringen Einspritzmengen. Für moderne Motoren ist es bereits wichtig und für zukünftige Motorengenerationen wird es in Anbetracht einer weiteren Reduzierung von Schadstoffemissionen noch wichtiger sein, dass auch bei geringen einzuspritzenden Kraftstoffmengen eine hohe Mengengenauigkeit gewährleistet werden kann. Eine hohe Mengengenauigkeit kann jedoch nur dann erreicht werden, wenn das tatsächliche Bewegungsverhalten der Ventilnadel bzw. des magnetischen Ankers insbesondere während des Öffnungsvorgangs und/oder während des Schließvorgangs bekannt ist. Nur dann können Injektor-individuelle Variationen hinsichtlich der Menge des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffs durch eine geeignete Injektor-individuelle Adaption der elektrischen Ansteuerung eines betreffenden Kraftstoffinjektors kompensiert werden.
Der zum Betrieb eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors benötigte Spulenstrom wird typischerweise durch eine geeignete Stromregelungseinrichtung, häufig kurz Stromregler Hardware genannt, zur Verfügung gestellt. Dabei wird typischerweise während des Beginns des Einspritzvorgangs mit Hilfe einer sog. Boostspannung ein sehr schnell ansteigender Stromfluss durch die Spule des Spulenantriebs des betreffenden Kraftstoffinjektors erzeugt. Dies geschieht bis zum Erreichen eines vorgegebenen Spitzenstromes, welcher das Ende der sog. Boostphase definiert. Der sich einstellende zeitliche Verlauf des Stromes durch die Spule des Spulenantriebs ist dabei unter anderem abhängig von der Induktivität und dem reellen elektrischen Widerstand der Spule. Bei sog. Mehrfacheinspritzungen hängt der sich einstellende zeitliche Verlauf des Stromes ferner vom zeitlichen Abstand der verschiedenen elektrischen Ansteuerungen des entsprechenden Öffnungsvorgangs ab.
Der reelle elektrische Widerstand setzt sich aus dem ohmschen Widerstand der Wicklung(en) der Spule und dem elektrischen Widerstand des (ferro)magnetischen Materials des Kraftstoffinjektors zusammen. Wirbelströme, die aufgrund von magnetischen Flussänderungen im ferromagnetischen Material induziert werden, werden durch den endlichen elektrischen Widerstand des (ferro)magnetischen Materials gedämpft und in Wärme umgewandelt.
Dadurch wird ein weiterer Beitrag zu den reellen ohmschen Verlusten geleistet. Sowohl der ohmsche Widerstand der Wicklung(en) der Spule als auch der Widerstand des (ferro)magnetischen Materials des Kraftstoffinjektors zeigen eine Temperaturabhängigkeit, so dass der sich einstellende zeitliche Verlauf des Stromes ferner von der Temperatur abhängt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst ohne einen zusätzlichen apparativen Aufwand eine möglichst gute Gleichstellung der elektrischen Erregung einer Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors für verschiedenen Teileinspritzvorgänge einer Mehrfacheinspritzung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Vorrichtung, der Motorsteuerung sowie dem Computerprogramm, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes beschrieben, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen der Spule mit einem ersten elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu einer ersten Mehrfacheinspritzung führt, bei der zwei aufeinanderfolgende Teileinspritzvorgänge zeitlich so weit voneinander separiert sind, dass sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen vollständig schließt, (b) Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der ersten Mehrfacheinspritzung, (c) Berechnen, für eine zweite Mehrfacheinspritzung, einer minimal möglichen Separationszeit zwischen (i) dem Ende der elektrischen Erregung für einen ersten Teileinspritzvorgang und (ii) dem Beginn der elektrischen Erregung für einen darauffolgenden zweiten Teileinspritzvorgang, wobei sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen gerade noch vollständig schließt, (d) Beaufschlagen der Spule mit einem zweiten elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu der zweiten Mehrfacheinspritzung mit zumindest dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang führt, (e) Bestimmen der Anstiegszeit der Stromstärke während der Boostphase des zweiten Teileinspritzvorgangs der zweiten Mehrfacheinspritzung, (f) Identifizieren der bestimmten Anstiegszeit als eine für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare minimale Anstiegszeit, und (g) Beaufschlagen der Spule mit einem dritten elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu einer dritten Mehrfacheinspritzung mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt. Erfindungsgemäß weist der dritte elektrische Erregungsverlauf für jeden Teileinspritzvorgang eine Pre-Charge-Phase auf, mittels welcher der Spulenantrieb vormagnetisiert wird, und die elektrische Erregung ist während der jeweiligen Pre-Charge-Phase so dimensioniert, dass die Anstiegszeiten innerhalb des dritten elektrischen Erregungsverlaufs für die Boostphasen der zumindest zwei Teileinspritzvorgänge der dritten Mehrfacheinspritzung zumindest annähernd gleich der identifizierten minimalen Anstiegszeit sind.
Dem beschriebenen Adaptionsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung eines adaptierten dritten elektrischen Erregungsverlaufs jedem Teileinspritzvorgang der dritten Mehrfacheinspritzung eine gleich lange und für den betreffenden Kraftstoffinjektor möglichst kurze Boostphase zugeordnet wird. Die Zeitdauer dieser Boostphase, welche durch die oben genannte (minimale) Anstiegszeit der Stromstärke durch die Spule des Spulenantriebs bestimmt ist, hat nämlich einen direkten Einfluss auf die Menge an Kraftstoff, welche mit dem jeweiligen Teileinspritzvorgang von dem Kraftstoffinjektor in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Dieser Zusammenhang wurde von dem Erfinder der in diesem Dokument beschriebenen Erfindung erkannt. Damit kann durch eine geeignete Adaption der elektrischen Erregung der Spule erreicht werden, dass die mit jedem Teileinspritzvorgang eingespritzten Kraftstoffmengen bei einer Mehrfacheinspritzung aneinander angeglichen werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Mengengenauigkeit der Kraftstoffeinspritzung bei Mehrfacheinspritzungen deutlich verbessert werden kann.
Die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase kann durch eine geeignete Anpassung der Dauer der jeweiligen Pre-Charge-Phase und/oder der Stärke der elektrischen Erregung (Spannungsniveau und/oder Stromstärke) während der jeweiligen Pre-Charge-Phase angepasst werden.
Anschaulich ausgedrückt ergeben sich bei gleich langen Boostphasen bzw. Zeitdauern (Anstiegszeiten) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Spitzenstromes, welcher das Ende der Boostphase und den Beginn der sog. Freilaufphase bestimmt, für alle Teileinspritzvorgänge einer Mehrfacheinspritzung während des Öffnungsverhaltens des Kraftstoffinjektors gleiche Werte für die zeitlichen Integrale über den Kraftstoffmengeneintrag (= eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit). Somit kann man durch eine Angleichung der Anstiegszeiten hin zu der für den jeweiligen Kraftstoffinjektor erreichbaren minimalen Anstiegszeit eine effektive Angleichung oder Gleichstellung der Kraftstoffmengen für jeden Teileinspritzvorgang erreichen.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Streuung des Kraftstoffmengeneintrags nach der Boostphase, d.h. während der Freilaufphase und einer ggf. sich anschließenden Haltephase einschließlich der Zeitspanne, welche zum (hydraulischen) Schließen des Kraftstoffinjektors benötigt wird, im Vergleich zu der Variation des Kraftstoffmengeneintrags beim Öffnen des Kraftstoffinjektors während der Boostphase relativ gering ist. Daher kann man bereits durch eine Angleichung des Öffnungsverhaltens für verschiedene Teileinspritzvorgänge auf effektive Weise zu einer relativ genauen Angleichung der jeweils eingespritzten Menge an Kraftstoff kommen. Dies bedeutet anschaulich, dass durch eine Gleichstellung des zeitlichen Verlaufs des Stromes durch die Spule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors ein unterschiedliches Öffnungsverhalten des betreffenden Kraftstoffinjektors kompensiert und damit die mit jedem Teileinspritzvorgang eingespritzte Kraftstoffmenge an die Mengen der anderen Teileinspritzvorgänge angeglichen werden kann. Dieses Angleichen wird in diesem Dokument auch als Gleichstellung bezeichnet.
Unter dem Begriff der Anstiegszeit ist in diesem Dokument diejenige Zeitspanne zu verstehen, innerhalb welcher die Stromstärke des Stroms durch die Spule vom Beginn der Boostphase bis zum Erreichen eines vorbestimmten Spitzenstrom ansteigt. Nach dem Erreichen des Spitzenstromes folgt dann in bekannter Weise unmittelbar eine Reduzierung der Stromstärke. Der Zeitbereich, innerhalb welchem sich die Stromstärke reduziert, wird auch als Freilaufphase bezeichnet. Ggf. kann sich zumindest bei größeren einzuspritzenden Kraftstoffmengen, welche eine längere Zeitdauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors erfordern, nach der Freilaufphase noch eine sog. Haltephase anschließen, innerhalb welcher der Kraftstoffinjektor durch einen ausreichend großen Haltestrom, welcher eine ausreichend große magnetische Haltekraft zur Folge hat, in seiner Öffnungsposition gehalten wird.
Das Bestimmen der Anstiegszeit kann direkt mittels einer geeigneten Stromregler Hardware erfolgen, welche zur Erzeugung der elektrischen Erregung der Spule verwendet wird. Es kann jedoch auch eine geeignete separate Strommesseinrichtung verwendet werden, welche beispielsweise einen Analog-Digital Konverter aufweist. Die elektrische Erregung der Spule kann insbesondere die elektrische Spannung sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass der dritte elektrische Erregungsverlauf selbstverständlich nicht nur für die dritte Mehrfacheinspritzung sondern auch für weitere Mehrfacheinspritzungen verwendet werden kann. Dies bedeutet, dass dann auch die elektrischen Erregungsverläufe von weiteren Mehrfacheinspritzungen für jeden Teileinspritzvorgang zu der beschriebenen kürzest möglichen Boostphase und damit zu einer effektiven Angleichung der Einspritzmengen für jeden Teileinspritzvorgang der weiteren Mehrfacheinspritzungen führen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der dritte elektrische Erregungsverlauf für jeden Teileinspritzvorgang eine gleich lange elektrische Ansteuerung (Ti) auf, welche mit dem Beginn der jeweiligen Boostphase beginnt. Dadurch wird sichergestellt, dass nach dem Ende der erfindungsgemäß für alle Teileinspritzvorgänge gleich langen Boostphase keine unerwünschten Streuungen der Einspritzmengen durch unterschiedlich lange Zeitspannen, in denen der Kraftstoffinjektor vollständig geöffnet ist, auftreten.
Die elektrische Ansteuerung des Kraftstoffinjektors bzw. der Spule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors beginnt also zusammen mit der Boostphase und kann neben der Freilaufphase, deren Beginn durch das Erreichen des vorgegebenen Spitzen- oder Maximalstromes getriggert wird, ggf. auch noch eine typischerweise sehr kurze Haltephase aufweisen. Die in dem dritten elektrischen Erregungsverlauf enthaltenen Zeitspannen der Pre-Charge-Phase werden also nicht der eigentlichen elektrischen Ansteuerung zugeordnet. Die Erregung in den Pre-Charge-Phasen ist nämlich so klein, dass gewährleistet ist, dass (noch) keine Öffnung des Kraftstoffinjektors erfolgt.
Die elektrische Ansteuerung wird bevorzugt durch eine Ansteuerspannung realisiert, mit der die Spule des Spulenantriebs des Spuleninjektors in der betreffenden Zeitspanne beaufschlagt wird.
Auch in diesem Zusammenhang gilt, dass das Merkmal der gleich langen elektrischen Ansteuerungen auf für den dritten elektrischen Erregungsverlauf nachfolgende weitere elektrische Erregungsverläufe gilt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase ferner so dimensioniert, dass zum Zeitpunkt des Endes der für jeden Teileinspritzvorgang gleich langen elektrischen Ansteuerung für jeden Teileinspritzvorgang ein gleich hohes Reststromniveau des Verlaufs des Stromes durch die Spule gegeben ist.
Der Spulenantrieb weist also zum Ende jedes Teileinspritzvorgangs jeweils eine gleiche Restmagnetisierung auf, welche anschaulich ausgedrückt als eine in dem Spulenantrieb verbleibende und ggf. sich zeitlich beispielsweise exponentiell abbauende Restenergie betrachtet werden kann. Sofern zum Zeitpunkt des Beginns der nächsten elektrischen Erregung für den nachfolgenden Teileinspritzvorgang also noch eine gewisse (magnetische) Restenergie in dem Spulenantrieb enthalten ist, dann wird für den nächsten Teileinspritzvorgang entsprechend weniger Energie benötigt, um den gewünschten Öffnungsvorgang zu realisieren. Daher hat das Reststromniveau insbesondere bei kleinen Separationszeiten zwischen aufeinander folgenden Teileinspritzvorgängen einen Einfluss nicht nur auf das Schließverhalten des Kraftstoffinjektors sondern auch auf das Öffnungsverhalten des nachfolgenden Teileinspritzvorgangs des Kraftstoffinjektors.
Die Einhaltung des gleichen Reststromniveaus hat also den Vorteil, dass nicht nur das Schließverhalten sondern auch das Öffnungsverhalten für verschiedene Teileinspritzvorgänge aneinander angeglichen werden kann. Folglich kann eine besondere genaue Angleichung der Mengen des von den verschiedenen Teileinspritzvorgängen eingespritzten Kraftstoffs realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Separationszeit zwischen zwei aufeinander folgenden gleich langen elektrischen Ansteuerungen (Ti) in dem dritten elektrische Erregungsverlauf gleich der für die zweite Mehrfacheinspritzung berechneten minimal mögliche Separationszeit.
Die beschriebene dritte Mehrfacheinspritzung wird also mit der minimal möglichen Separationszeit durchgeführt. Dadurch sind die energetischen und/oder magnetischen Einflüsse, die von einem vorangehenden Teileinspritzvorgang auf den direkt nachfolgenden Teileinspritzvorgang wirken, genau definiert und können durch die oben beschriebene Dimensionierung der elektrischen Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase in Hinblick auf eine optimale Mengenangleichung der mit jedem Teileinspritzvorgang eingespritzten Kraftstoffmengen kompensiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang mittels einer Auswertung von elektrischen Signalen, welche an der Spule anliegen.
Die Bestimmung des Schließzeitpunkts kann beispielsweise auf dem Effekt beruhen, dass nach dem Abschalten des Stromflusses bzw. des Ansteuerstromes die Schließbewegung eines Magnetankers und einer damit verbundenen Ventilnadel des Spulenantriebs zu einer geschwindigkeitsabhängigen Beeinflussung der an der Spule anliegenden Spannung (Injektorspannung) führt. Bei einem spulengetriebenen Ventil kommt es nämlich nach dem Abschalten des Ansteuerstromes zu einem Abbau der Magnetkraft. Durch eine Federvorspannung und eine an dem Ventil anliegende hydraulische Kraft (verursacht z.B. durch einen Kraftstoffdruck) ergibt sich eine resultierende Kraft, welche den Magnetanker und die Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes beschleunigt. Unmittelbar vor dem Aufschlag auf den Ventilsitz erreichen Magnetanker und Ventilnadel ihre maximale Geschwindigkeit. Mit dieser Geschwindigkeit vergrößert sich dann auch der Luftspalt zwischen einem Kern der Spule und dem Magnetanker. Aufgrund der Bewegung des Magnetankers und der damit einhergehenden Luftspalterhöhung führt der Restmagnetismus des Magnetankers zu einer Spannungsinduktion in der Spule. Die maximal auftretende Bewegungs-Induktionsspannung kennzeichnet dann die maximale Geschwindigkeit der Magnetnadel und damit den Zeitpunkt des mechanischen Schließens des Ventils.
Der Spannungsverlauf der in der stromlosen Spule induzierten Spannung wird somit zumindest teilweise durch die Bewegung des Magnetankers bestimmt. Durch eine geeignete Auswertung des zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung kann zumindest in guter Näherung der Anteil ermittelt werden, der auf der Relativbewegung zwischen Magnetanker und Spule basiert. Auf diese Weise werden automatisch auch Informationen über den Bewegungsverlauf gewonnen, welche genaue Rückschlüsse über den Zeitpunkt der maximalen Geschwindigkeit und damit auch über den Zeitpunkt des Schließens des Ventils zulassen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase eine Beaufschlagung der Spule mit einer von einer Batterie des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Spannung auf. Dies hat den Vorteil, dass für die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase auf ein Spannungsniveau zurückgegriffen werden kann, welches ohnehin in dem Kraftfahrzeug vorhanden ist. Falls die von der Batterie zur Verfügung gestellte Spannung für eine optimale Dimensionierung der elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase zu hoch sein sollte, dann kann auch eine Zweipunktregelung beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation verwendet werden, um eine effektiv reduzierte elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase auf einfache Weise bereit zu stellen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die elektrische Erregung zumindest während des Beginns der jeweiligen Pre-Charge-Phase eine Beaufschlagung der Spule mit einer Boostspannung auf, welche im Vergleich zu der von einer Batterie des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Spannung erhöht ist. Dies hat den Vorteil, dass auch mit einer verkürzten Pre-Charge-Phase eine ausreichende und geeignete Vormagnetisierung des Spulenantriebs erreicht werden kann. Selbstverständlich muss dabei geachtet werden, dass die Zeitdauer des Anlegens der Boostspannung so kurz ist, dass sich nicht bereits während der Pre-Charge-Phase eine unerwünschte Öffnung des Kraftstoffinjektors einstellt.
Die Boostspannung, welche während der jeweiligen Pre-Charge-Phase an die Spule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors angelegt wird, kann die gleiche Boostspannung oder eine andere (unterschiedlich hohe) Boostspannung sein, welche während der Boostphase bis zum Erreichen des vorgegebenen maximalen Spitzenstroms an die Spule angelegt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Beaufschlagen der Spule mit dem ersten elektrischen Erregungsverlauf zum Beginn eines Fahrzykluses des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das nachfolgende Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors sowie das Berechnen der minimal möglichen Separationszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teileinspritzvorgängen der zweiten Mehrfacheinspritzung basierend auf definierten Betriebsbedingungen des Kraftstoffinjektors erfolgt. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur des Kraftstoffinjektors zum Beginn eines Fahrzykluses deutlich niedriger ist als zu einem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoffinjektor und ggf. auch der Verbrennungsmotor, an welchem der Kraftstoffinjektor angebracht ist, bereits eine gewisse Zeit in Betrieb war. In diesem Zusammenhang ist es nämlich von Bedeutung, dass in bekannter Weise die Anstiegszeit der Stromstärke bis zum Erreichen des vorgegebenen Spitzenstromes unter anderem von der Temperatur T des Kraftstoffinjektors abhängt. Insbesondere wird die erreichbare minimale Anstiegszeit mit steigender Temperatur T größer. Daher eignet sich der Beginn eines Fahrzykluses, beispielsweise nachdem das Kraftfahrzeug zumindest für eine gewisse Zeit abgestellt war, in besonderer Weise, um die kürzeste Anstiegszeit zu ermitteln, welche sich in dem Kraftstoffinjektor physikalisch einstellen kann. Damit wird sichergestellt, dass alle sich später einstellenden Anstiegszeiten der Stromstärke während der betreffenden Boostphase, d.h. bis zum Erreichen des vorgegebenen Spitzenstromes, größer oder gleich sind wie die für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare minimale Anstiegszeit, welche später die gleichgestellten Stromstärken-Anstiegszeiten der verschiedenen Teileinspritzvorgänge bestimmt.
Anschaulich ausgedrückt wird bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die erreichbare minimale Anstiegszeit, welche für den späteren Abgleich der Stromsignale für die einzelnen Teileinspritzvorgänge verwendet wird, bei in der Regel noch „kalten“ Temperaturbedingungen für den Kraftstoffinjektor bestimmt. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass während eines Fahrzykluses des Verbrennungsmotors die sich einstellenden Kraftstoffinjektor-Temperaturen immer größer sind als die Starttemperatur. Weitere Fahrzyklen können ggf. einen Vergleich der Starttemperatur z.B. mit der Kühlmitteltemperatur des letzten Fahrzykluses erfordern, um damit sukzessive die minimalste Kraftstoffinjektor-Temperatur zu ermitteln.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Stromverlauf bis zum Erreichen des vorgegebenen Spitzenstromes und insbesondere auch die Anstiegszeit ferner von der (elektrischen) Separationszeit zwischen den elektrischen Ansteuerungen Ti für zwei aufeinanderfolgende Teileinspritzvorgänge abhängen. Insbesondere verkleinert sich die Anstiegszeit mit abnehmender (elektrischer) Separationszeit.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der dritten oder einer weiteren Mehrfacheinspritzung auf. Falls der bestimmte Schließzeitpunkt des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der dritten oder einer weiteren Mehrfacheinspritzung früher liegt als der bestimmte Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der ersten Mehrfacheinspritzung, dann weist das mit diesem Ausführungsbeispiel angegebene Verfahren ferner auf (a) ein Berechnen, für eine nachfolgende Mehrfacheinspritzung, einer aktualisierten minimal möglichen Separationszeit zwischen (i) dem Ende der elektrischen Erregung für einen ersten Teileinspritzvorgang und (ii) dem Beginn der elektrischen Erregung für einen darauffolgenden zweiten Teileinspritzvorgang, bei sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen gerade noch vollständig schließt, (b) ein Beaufschlagen der Spule mit einem nachfolgenden elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu der nachfolgenden Mehrfacheinspritzung mit zumindest dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang führt, (c) ein Bestimmen einer aktualisierten Anstiegszeit der Stromstärke während der Boostphase des zweiten Teileinspritzvorgangs der nachfolgenden Mehrfacheinspritzung, (d) ein Identifizieren der bestimmten aktualisierten Anstiegszeit als eine für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare aktualisierte minimale Anstiegszeit und (e) ein Beaufschlagen der Spule mit einem weiteren nachfolgenden elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu einer weiteren nachfolgenden Mehrfacheinspritzung mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt. Dabei weist der weitere nachfolgende elektrische Erregungsverlauf für jeden Teileinspritzvorgang eine weitere nachfolgende Pre-Charge-Phase auf, mittels welcher der Spulenantrieb vormagnetisiert wird. Ferner ist die elektrische Erregung während der jeweiligen weiteren nachfolgenden Pre-Charge-Phase so dimensioniert, dass die Anstiegszeiten innerhalb des weiteren nachfolgenden elektrischen Erregungsverlaufs für die Boostphasen der zumindest zwei Teileinspritzvorgänge der weiteren nachfolgenden Mehrfacheinspritzung zumindest annähernd gleich der identifizierten aktualisierten minimalen Anstiegszeit sind.
Anschaulich ausgedrückt kann dies bedeuteten, dass basierend auf einer weiteren Bestimmung des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der dritten oder einer weiteren Mehrfacheinspritzung eine weitere Optimierung der Gleichstellung der Strom(teil)verläufe für die verschiedenen Teileinspritzvorgänge von zumindest einer weiteren nachfolgenden Mehrfacheinspritzung durchgeführt werden kann. Sollte sich nämlich herausstellen, dass infolge eines schneller gewordenen Schließvorgangs zukünftig eine noch kleinere Separationszeit (= aktualisierte minimal mögliche Separationszeit) möglich ist, dann kann für den weiteren Betrieb des Kraftstoffinjektors diese aktualisierte minimal mögliche Separationszeit, eine darauf basierende aktualisierte minimale Anstiegszeit und geeignet dimensionierte weitere nachfolgende Pre-Charge-Phasen verwendet werden, um eine noch besserer Gleichstellung der Strom(teil)verläufe für die verschiedenen Teileinspritzvorgänge von weiteren nachfolgenden Mehrfacheinspritzung zu erreichen.
Wie bereits oben erläutert, können diese Strom(teil)verläufe insbesondere zu einheitlichen und möglichst kurzen Anstiegszeiten des Stromverlaufs während den jeweiligen Boostphasen führen. Bevorzugt können diese Strom(teil)verläufe zusätzlich zu gleich hohen und bevorzugt möglichst kleinen Reststromniveaus führen, welche wiederum eine reduzierte Restmagnetisierung des Spulenantriebs am Ende einer jeweiligen Ansteuerung für einen Teileinspritzvorgang zur Folge haben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes beschrieben, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Stromregelungseinrichtung (i) zum Beaufschlagen der Spule mit einer Spannung und (ii) zum Regeln des durch die Spule fließenden Stromes, und (b) eine Datenverarbeitungseinheit, welche mit der Stromregelungsvorrichtung gekoppelt ist. Die Stromregelungseinrichtung und die Datenverarbeitungseinheit sind so eingerichtet, das o.g. Verfahren auszuführen.
Bevorzugt werden die Schritte des Beaufschlagens der Spule mit dem jeweiligen elektrischen Erregungsverlauf maßgeblich von der Stromregelungseinrichtung durchgeführt. Die Schritte (a) des Bestimmens des Schließzeitpunkts, (b) des Berechnens der minimal möglichen Separationszeit, (c) des Bestimmens der Anstiegszeit der Stromstärke, (d) des Identifizierens der bestimmten Anstiegszeit als eine für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare minimale Anstiegszeit und (e) die geeignete Dimensionierung der elektrischen Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase werden bevorzugt von der Datenverarbeitungseinheit durchgeführt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die Motorsteuerung weist eine Vorrichtung der o.g. Art zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes auf, welche durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes beschrieben, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des o.g. Verfahrens eingerichtet.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorrichtung zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt.
2 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Stromes I durch einen Spulenantrieb eines Kraftstoffinjektors, welcher zu zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Teileinspritzvorgängen führt, die jeweils durch einen charakteristischen Verlauf eines Kraftstoffeintrags MFF gekennzeichnet sind und die zeitlich soweit voneinander beabstandet sind, dass sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen für eine Zeitspanne ∆t_close schließt.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Stromes I durch einen Spulenantrieb eines Kraftstoffinjektors, wobei eine Separationszeit zwischen zwei Strom(teil)-verläufen, welche jeweils einem Teileinspritzvorgang zugeordnet sind, so bemessen ist, dass sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen lediglich für einen kurzen Zeitpunkt schließt.
4 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Stromes I durch einen Spulenantrieb eines Kraftstoffinjektors, wobei durch adaptierte Pre-Charge-Phasen vor der eigentlichen elektrischen Ansteuerung des Spulenantriebs eine Gleichstellung der einzelnen Teileinspritzvorgänge hinsichtlich der jeweiligen Kraftstoffeinträge erreicht ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorrichtung 100 zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist. Die Vorrichtung 100 weist eine Stromregelungseinrichtung 102 und eine Datenverarbeitungseinheit 104 auf. Die Stromregelungseinrichtung 102 und die Datenverarbeitungseinheit 104 sind eingerichtet, ein Verfahren zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes auszuführen, welcher durch die Spule fließt und welcher während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt. Dabei weist der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase auf. Das Adaptionsverfahren weist folgende Schritte auf:

(A) Beaufschlagen der Spule mit einem ersten elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu einer ersten Mehrfacheinspritzung führt, bei der zwei aufeinanderfolgende Teileinspritzvorgänge zeitlich so weit voneinander separiert sind, dass sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen vollständig schließt,
(B) Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der ersten Mehrfacheinspritzung,
(C) Berechnen, für eine zweite Mehrfacheinspritzung, einer minimal möglichen Separationszeit zwischen (i) dem Ende der elektrischen Erregung für einen ersten Teileinspritzvorgang und (ii) dem Beginn der elektrischen Erregung für einen darauffolgenden zweiten Teileinspritzvorgang, wobei sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen gerade noch vollständig schließt,
(D) Beaufschlagen der Spule mit einem zweiten elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu der zweiten Mehrfacheinspritzung mit zumindest dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang führt,
(E) Bestimmen der Anstiegszeit der Stromstärke während der Boostphase des zweiten Teileinspritzvorgangs der zweiten Mehrfacheinspritzung,
(F) Identifizieren der bestimmten Anstiegszeit als eine für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare minimale Anstiegszeit und
(G) Beaufschlagen der Spule mit einem dritten elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu einer dritten Mehrfacheinspritzung mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei (i) der dritte elektrische Erregungsverlauf für jeden Teileinspritzvorgang eine Pre-Charge-Phase aufweist, mittels welcher der Spulenantrieb vormagnetisiert wird, und wobei (ii) die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase so dimensioniert ist, dass die Anstiegszeiten innerhalb des dritten elektrischen Erregungsverlaufs für die Boostphasen der zumindest zwei Teileinspritzvorgänge der dritten Mehrfacheinspritzung zumindest annähernd gleich der identifizierten minimalen Anstiegszeit sind. Auch wenn die Stromregelungseinrichtung 102 und die Datenverarbeitungseinheit 104 in geeigneter Weise zusammenarbeiten, werden die Schritte (A), (D) und (G) maßgeblich von der Stromregelungseinrichtung 102 und die Schritte (B), (C), (E) und (F) maßgeblich von der Datenverarbeitungseinheit 104 durchgeführt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine geeignete Vormagnetisierung den zeitlichen Stromverlauf für die einzelnen Stromteilverläufe, welche jeweils einem Teileinspritzvorgang einer Mehrfacheinspritzung zugeordnet sind, unabhängig von Temperatur, Induktivität und elektrischer Separationszeit anzugleichen und somit die Streuungen in der Öffnungsdauer des Kraftstoffinjektors für die verschiedenen Teileinspritzvorgänge zu minimieren.
Typischerweise werden bereits bei kleinen Einspritzzeiten die für die jeweilige Boostphase charakteristischen Spitzenströme erreicht. In der sich anschließenden Abkommutierungsphase (Freilaufphase) wird der Strom abgeschaltet. Durch die in diesem Dokument beschriebene Angleichung der Ströme in der Abschaltphase kann bei jeweils identischen Einspritzzeiten von einem gleichem Reststromniveau (am Ende der eigentlichen elektrischen Ansteuerung) abgeschaltet bzw. abkommutiert werden. Dies führt durch die nun gleichen Entmagnetisierungsverhältnisse zu einer kleineren Streuung im Schließverhalten des Kraftstoffinjektors.
Um mittels einer aktiven Vormagnetisierung eine Gleichstellung der Stromanstiegszeiten für die einzelnen Teileinspritzvorgänge realisieren zu können, wird gemäß dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren zunächst die kürzeste Anstiegszeit t_rise_min des Stromes durch den Kraftstoffinjektor bis zum Erreichen eines vorgegebenen Spitzenstromes I_peak ermittelt, die sich in der Spule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors physikalisch einstellen kann. Damit kann sichergestellt werden, dass alle sich selbst einstellenden Stromanstiegszeiten t_rise zumindest gleich lang oder länger sind als die kürzeste Anstiegszeit t_rise_min, welche später für alle Teileinspritzvorgänge die gleichgestellte Stromanstiegszeit sein soll.
Die Stromanstiegszeit t_rise verkleinert sich mit abnehmender Injektortemperatur und abnehmender Separationszeit t_sep zwischen den elektrischen Ansteuerungen Ti für die einzelnen Teileinspritzvorgänge. Demzufolge wird gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel für den Abgleich in einer frühen Phase des Einspritzbeginns bei in der Regel noch „kalten“ Temperaturbedingungen für den Kraftstoffinjektor die kürzest mögliche Anstiegszeit t_rise_min bestimmt.
Dabei wird vorausgesetzt, dass während eines Fahrzykluses des Verbrennungsmotors die sich einstellenden Temperaturen des Kraftstoffinjektors immer größer sind als die Starttemperatur. Weitere Fahrzyklen können ggf. einen jeweiligen Vergleich der Starttemperatur beispielsweise mit der Kühlmitteltemperatur des vorherigen Fahrzykluses erfordern um damit sukzessive die minimalste Temperatur des Kraftstoffinjektors zu ermitteln.
Um die kürzest mögliche Stromanstiegszeit t_rise_min zu erreichen, ist es erforderlich, wie oben beschrieben, die Separationszeit t_sep zwischen zwei aufeinander folgenden elektrischen Ansteuerungen Ti für zwei aufeinander folgende Teileinspritzvorgänge zu minimieren. Um dabei einen instabilen Betrieb der Mehrfacheinspritzung des Kraftstoffinjektors zu vermeiden, muss jedoch sichergestellt werden, dass sich der Kraftstoffinjektor für eine minimal kurze Zeit zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen schließt. Um die elektrischen Ansteuerungen Ti in Hinblick auf diese Bedingungen optimal einstellen zu können, muss man jedoch die Schließdauern des Kraftstoffinjektors kennen. In diesem Zusammenhang ist die Schließdauer diejenige Zeitspanne, welche der Kraftstoffinjektor benötigt, um nach dem Ende der elektrischen Ansteuerung Ti den Kraftstoffeintrags MFF vollständig zu stoppen.
Die Schließdauer des Kraftstoffinjektors wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Betriebszustand des Kraftstoffinjektors dadurch bestimmt, dass zwei elektrische Ansteuerungen während jeweils einer Zeitspanne Ti_ref des Kraftstoffinjektors zeitlich so weit voneinander beabstandet sind, dass zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Teileinspritzvorgängen der Kraftstoffinjektor zumindest für eine gewisse Zeitspanne ∆t_close vollständig geschlossen ist.
2 zeigt diesem Betriebszustand. Zwei elektrische Ansteuerungen mittels jeweils eines nicht dargestellten zeitlichen Spannungsverlaufs während den beiden Zeitspannen Ti_ref führen jeweils zu einem Stromfluss I durch die Spule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors. Die Separationszeit zwischen den beiden aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen in den Zeitspannen Ti_ref ist in 2 mit t_sep gekennzeichnet.
Ein erster Stromfluss 210a durch die Spule führt zu einem ersten Kraftstoffeintrag 220a. Die Anstiegszeit des ersten Stromflusses 210a bis hin zu einem vorbestimmten Spitzenstrom I_peak, dessen Erreichen in bekannter Weise das Ende der Boostphase markiert, ist in 2 mit t_rise gekennzeichnet. Ein zweiter Stromfluss 210b durch die Spule führt zu einem zweiten Kraftstoffeintrag 220b. Die Anstiegszeit des zweiten Stromflusses 210b bis hin zu dem Spitzenstrom I_peak ist in 2 ebenfalls mit t_rise gekennzeichnet. Infolge des großen zeitlichen Abstandes zwischen den beiden elektrischen Ansteuerungen in den Zeitspannen Ti_ref sind die Verläufe der beiden Ströme 210a und 210b zumindest annähernd gleich. Gleiches gilt für die Verläufe der beiden resultierender Kraftstoffeinträge 220a und 220b, die ebenfalls zumindest annähernd gleich sind.
Zur Bestimmung der Schließdauer des Kraftstoffinjektors können verschiedene bekannte Verfahren angewendet werden. Bevorzugt wird jedoch ein Verfahren angewandt, welches lediglich auf einer Auswertung von elektrischen Signalen beruht, welche an der Spule anliegen. Wie bereits vorstehend erläutert, kann die Bestimmung des Schließzeitpunkts auf dem Effekt beruhen, dass nach dem Abschalten des Stromflusses bzw. des Ansteuerstromes die Schließbewegung eines Magnetankers und einer damit verbundenen Ventilnadel des Spulenantriebs zu einer geschwindigkeitsabhängigen Beeinflussung der an der Spule anliegenden Spannung (Injektorspannung) führt. Unmittelbar vor dem Aufschlag auf den Ventilsitz erreichen Magnetanker und Ventilnadel ihre maximale Geschwindigkeit. Mit dieser Geschwindigkeit vergrößert sich dann auch der Luftspalt zwischen einem Kern der Spule und dem Magnetanker. Aufgrund der Bewegung des Magnetankers und der damit einhergehenden Luftspalterhöhung führt der remanente Magnetismus des Magnetankers zu einer Spannungsinduktion in der Spule. Die maximal auftretende Bewegungs-Induktionsspannung kennzeichnet dann die maximale Geschwindigkeit der Magnetnadel und damit den Zeitpunkt des mechanischen Schließens des Ventils.
Basierend auf einer Kenntnis der tatsächlichen Schließdauer des Kraftstoffinjektors kann dann die Separationszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen Ti_ref bis auf eine minimale Separationszeit t_sep_min zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen Ti_ref verkürzt werden. Die minimale Separationszeit t_sep_min ist dabei noch gerade so lang, dass der Kraftstoffinjektor lediglich für einen kurzen Zeitpunkt vollständig geschlossen ist.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass nach Kenntnis des tatsächlichen Zeitpunkts des Schließens des Kraftstoffinjektors eine Zweifach- bzw. eine Mehrfacheinspritzung mit minimalster elektrischer Separationszeit t_sep_min eingestellt wird. Idealerweise kann hier ein angeforderter zeitlicher Strompuls (entspricht einem definierten angeforderten Kraftstoffmengeneintrag Q_soll) in zwei direkt hintereinander folgende zeitliche Pulse der jeweiligen Bestromungsdauer Ti_ref (entsprechendem Summeneintrag Q_soll) aufgeteilt werden um die verbrennungsmotorische Reaktionsänderung während der hier beschriebenen Adaption möglichst gering zu halten.
3 zeigt die elektrische Ansteuerung des Kraftstoffinjektors mit der minimalen Separationszeit t_sep_min und die resultierenden Kraftstoffeinträge. Ein erster Stromfluss 310a durch die Spule führt zu einem ersten Kraftstoffeintrag 320a. Ein zweiter Stromfluss 310b durch die Spule führt zu einem zweiten Kraftstoffeintrag 320b. Es ist ersichtlich, dass (aufgrund einer Restmagnetisierung des Ankers des Spulenantriebs) die (nun minimale) Anstiegszeit t_rise_min des zweiten Stromflusses deutlich kürzer ist als die Anstiegszeit t_rise des ersten Stromflusses 310a. Ebenfalls ist aus 3 ersichtlich, dass zum Ende der elektrischen Ansteuerung während Ti_ref das Restromniveau des ersten Stromflusses 310a deutlich größer ist als das Restromniveau des zweiten Stromflusses 310b. Ferner ist die Kurvenfläche unter dem Verlauf des ersten Kraftstoffeintrags 320a größer als die Kurvenfläche unter dem Verlauf des zweiten Kraftstoffeintrags 320b.
Bei dem hier beschriebenen Adaptionsverfahren ermittelt nun eine Stromregler Hardware oder ein separates zeitliches Strommessverfahren die sich bei dem Betriebszustand von 3 einstellende minimale Anstiegszeit t_rise_min des Stromes durch den Kraftstoffinjektor. Ziel ist es nun für alle weiteren Teileinspritzvorgänge diese gemessene minimale Anstiegszeit t_rise_min durch einen Regelalgorhythmus einzustellen.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel stellt dieser Regelalgorhythmus eine Vormagnetisierung ein. Dies erfolgt mit einer zeitlich unmittelbar vor der jeweiligen Boostphase gelegenen Pre-Charge-Phase. Die Pre-Charge-Phase kann zeitlich in der Länge und hinsichtlich ihrer Stromstärke geregelt werden. Die Vormagnetisierung des Kraftstoffinjektors darf jedoch nicht zu einer vorzeitigen Öffnung des Kraftstoffinjektors während der Pre-Charge-Phase führen.
Die Regelung erfolgt gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine schrittweise Annäherung an t_rise_min mittels schrittweiser Änderung des Stromeffektivwertes und/oder der Dauer der Pre-Charge-Phase. Idealerweise erfolgt die zur Bestromung nötige Spannungsversorgung aus der Batterie des Systems. Es können jedoch auch andere Spannungen, beispielsweise eine spezielle Boostspannung für die Pre-Charge-Phase verwendet werden. Das System kann abhängig von der zeitlichen Lage der einzelnen Einspritzpulse die notwendige Pre-Charge-Phase erlernen und gegebenenfalls bei niedrigeren Kaltstartbedingungen einen neuen Wert für t_rise_min ermitteln und somit eine erneute Adaption des Stromverlaufs anstoßen.
Es ist ferner möglich die bereits adaptierte minimale Anstiegszeit t_rise_min weiter zu verkleinern (d.h. die Öffnungsdauer des Kraftstoffinjektors zu verkürzen) indem die Pre-Charge-Phase des zweiten Pulses (nach der hier beschriebenen Gleichstellung) schrittweise auf 0 gesetzt wird.
4 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Stromes I durch einen Spulenantrieb eines Kraftstoffinjektors, wobei durch adaptierte Pre-Charge-Phasen 430a und 430b vor der eigentlichen elektrischen Ansteuerung des Spulenantriebs eine Gleichstellung der einzelnen Teileinspritzvorgänge hinsichtlich der jeweiligen Kraftstoffeinträge erreicht ist. Ein erster Stromfluss 410a durch die Spule führt zu einem ersten Kraftstoffeintrag 420a. Ein zweiter Stromfluss 410b durch die Spule führt zu einem zweiten Kraftstoffeintrag 420b.
Aus 4 ist deutlich ersichtlich, dass (aufgrund der beiden unterschiedlichen adaptierten Pre-Charge-Phasen 430a und 430b die beiden Stromverläufe 410a und 410b und insbesondere deren Anstiegszeiten t_rise_min sowie deren Reststromniveaus am Ende der jeweiligen elektrischen Ansteuerung in der Zeitspanne Ti_ref zumindest annähernd identisch sind. Gleiches gilt für die resultierenden eingespritzten Kraftstoffmengen, welche sich aus dem Integral (Kurvenfläche) über den jeweiligen Verlauf des Kraftstoffeintrags 420a und 420b ergeben.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes / Motorsteuerung
102: Stromregelungseinrichtung
104: Datenverarbeitungseinheit
210a/b: Strom durch Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors
220a/b: resultierender Kraftstoffeintrag
I: Strom durch Kraftstoffinjektor
MFF: Kraftstoffeintrag
t: Zeit
I_peak: Spitzenstrom
t_rise: Anstiegszeit des Stromes durch den Kraftstoffinjektor
Ti_ref: Elektrische Ansteuerung des Spulenantriebs
t_sep: Separationszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen Ti_ref
∆t_close: Zeitspanne innerhalb welcher der Kraftstoffinjektor vollständig geschlossen ist
310a/b: Strom durch Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors
320a/b: resultierender Kraftstoffeintrag
t_sep_min: minimale Separationszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen Ti_ref
t_rise_min: minimale Anstiegszeit des Stromes durch den Kraftstoffinjektor
410a/b: Strom durch Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors
420a/b: resultierender Kraftstoffeintrag
430a/b: adaptierte Pre-Charge-Phasen

Claims

Verfahren zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist, das Verfahren aufweisend Beaufschlagen der Spule mit einem ersten elektrischen Erregungsverlauf (210a, 210b), welcher zu einer ersten Mehrfacheinspritzung führt, bei der zwei aufeinanderfolgende Teileinspritzvorgänge zeitlich so weit voneinander separiert sind, dass sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen vollständig schließt, Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der ersten Mehrfacheinspritzung, Berechnen, für eine zweite Mehrfacheinspritzung, einer minimal möglichen Separationszeit (t_sep_min) zwischen (i) dem Ende der elektrischen Erregung für einen ersten Teileinspritzvorgang und (ii) dem Beginn der elektrischen Erregung für einen darauffolgenden zweiten Teileinspritzvorgang, wobei sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen gerade noch vollständig schließt, Beaufschlagen der Spule mit einem zweiten elektrischen Erregungsverlauf (310a, 310b), welcher zu der zweiten Mehrfacheinspritzung mit zumindest dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang führt, Bestimmen der Anstiegszeit der Stromstärke während der Boostphase des zweiten Teileinspritzvorgangs der zweiten Mehrfacheinspritzung, Identifizieren der bestimmten Anstiegszeit als eine für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare minimale Anstiegszeit (t_rise_min) und Beaufschlagen der Spule mit einem dritten elektrischen Erregungsverlauf (410a, 410b), welcher zu einer dritten Mehrfacheinspritzung mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der dritte elektrische Erregungsverlauf (410a, 410b) für jeden Teileinspritzvorgang eine Pre-Charge-Phase (430a, 430b) aufweist, mittels welcher der Spulenantrieb vormagnetisiert wird, und wobei die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase (430a, 430b) so dimensioniert ist, dass die Anstiegszeiten innerhalb des dritten elektrischen Erregungsverlaufs (410a, 410b) für die Boostphasen der zumindest zwei Teileinspritzvorgänge der dritten Mehrfacheinspritzung zumindest annähernd gleich der identifizierten minimalen Anstiegszeit (t_rise_min) sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der dritte elektrische Erregungsverlauf (410a, 410b) für jeden Teileinspritzvorgang eine gleich lange elektrische Ansteuerung (Ti_ref) aufweist, welche mit dem Beginn der jeweiligen Boostphase beginnt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase (430a, 430b) ferner so dimensioniert ist, dass zum Zeitpunkt des Endes der für jeden Teileinspritzvorgang gleich langen elektrischen Ansteuerung (Ti_ref) für jeden Teileinspritzvorgang ein gleich hohes Reststromniveau des Verlaufs des Stromes durch die Spule gegeben ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 3, wobei der die Separationszeit zwischen zwei aufeinander folgenden gleich langen elektrischen Ansteuerungen (Ti_ref) in dem dritten elektrische Erregungsverlauf gleich der für die zweite Mehrfacheinspritzung berechneten minimal mögliche Separationszeit ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang mittels einer Auswertung von elektrischen Signalen erfolgt, welche an der Spule anliegen.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Erregung während der jeweiligen Pre-Charge-Phase (430a, 430b) eine Beaufschlagung der Spule mit einer von einer Batterie des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Spannung aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Erregung zumindest während des Beginns der jeweiligen Pre-Charge-Phase (430a, 430b) eine Beaufschlagung der Spule mit einer Boostspannung aufweist, welche im Vergleich zu der von einer Batterie des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Spannung erhöht ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Beaufschlagen der Spule mit dem ersten elektrischen Erregungsverlauf zum Beginn eines Fahrzykluses des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Bestimmen des Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der dritten oder einer weiteren Mehrfacheinspritzung, und falls der bestimmte Schließzeitpunkt des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der dritten oder einer weiteren Mehrfacheinspritzung früher liegt als der bestimmte Schließzeitpunkts des Kraftstoffinjektors für den ersten Teileinspritzvorgang der ersten Mehrfacheinspritzung, Berechnen, für eine nachfolgende Mehrfacheinspritzung, einer aktualisierten minimal möglichen Separationszeit zwischen (a) dem Ende der elektrischen Erregung für einen ersten Teileinspritzvorgang und (b) dem Beginn der elektrischen Erregung für einen darauffolgenden zweiten Teileinspritzvorgang, bei sich der Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Teileinspritzvorgängen gerade noch vollständig schließt, Beaufschlagen der Spule mit einem nachfolgenden elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu der nachfolgenden Mehrfacheinspritzung mit zumindest dem ersten Teileinspritzvorgang und dem zweiten Teileinspritzvorgang führt, Bestimmen einer aktualisierten Anstiegszeit der Stromstärke während der Boostphase des zweiten Teileinspritzvorgangs der nachfolgenden Mehrfacheinspritzung, Identifizieren der bestimmten aktualisierten Anstiegszeit als eine für den betreffenden Kraftstoffinjektor erreichbare aktualisierte minimale Anstiegszeit und Beaufschlagen der Spule mit einem weiteren nachfolgenden elektrischen Erregungsverlauf, welcher zu einer weiteren nachfolgenden Mehrfacheinspritzung mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der weitere nachfolgende elektrische Erregungsverlauf für jeden Teileinspritzvorgang eine weitere nachfolgende Pre-Charge-Phase aufweist, mittels welcher der Spulenantrieb vormagnetisiert wird, und wobei die elektrische Erregung während der jeweiligen weiteren nachfolgenden Pre-Charge-Phase so dimensioniert ist, dass die Anstiegszeiten innerhalb des weiteren nachfolgenden elektrischen Erregungsverlaufs für die Boostphasen der zumindest zwei Teileinspritzvorgänge der weiteren nachfolgenden Mehrfacheinspritzung zumindest annähernd gleich der identifizierten aktualisierten minimalen Anstiegszeit sind.
Vorrichtung zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist, die Vorrichtung (100) aufweisend eine Stromregelungseinrichtung (102) (a) zum Beaufschlagen der Spule mit einer Spannung und (b) zum Regeln des durch die Spule fließenden Stromes, und eine Datenverarbeitungseinheit (104), welche mit der Stromregelungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Stromregelungseinrichtung und die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet sind, das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die Motorsteuerung aufweisend eine Vorrichtung (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes.
Computerprogramm zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.