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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Anpassen eines Raildrucks.
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Stand der Technik
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Bei der Common-Rail-Einspritzung, die auch als Speichereinspritzung bezeichnet wird, ist vorgesehen, dass Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe auf ein hohes Druckniveau gebracht wird. Dieser unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, das in Betrieb ständig unter Druck steht und einen gemeinsamen Kraftstoff-Druckspeicher darstellt. Der Common-Rail-Einspritzung liegt eine vollständige Trennung der Druckerzeugung vom eigentlichen Einspritzvorgang zugrunde.
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Für den Einspritzvorgang werden Injektoren verwendet, die auch als Einspritzdüsen oder Einspritzventile bezeichnet werden. Es sind bspw. Magnetventile bekannt, bei denen das Ventil von einem Elektromagneten betätigt wird. Somit werden die Injektoren hydraulisch über Ventile gesteuert, die elektrisch angesteuert werden.
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Bei Injektoren mit einem druckausgeglichenen Magnetventil weisen diese konstruktionsbedingt ein temperaturabhängiges Verhalten des Ankers auf, der das Schaltventil, das verantwortlich für das Öffnen bzw. Schließen der Ablauf-Drossel zur Steuerung der Düsennadel ist, umfasst bzw. betätigt. Über die Ablaufdrossel wird der Ablauf vom Steuerraum in den Niederdruckbereich und somit die Auslegung des Injektors bzgl. seiner Schalteigenschaften, nämlich die Verzögerung zwischen elektrischer Betätigung und Öffnen der Düsennadel, definiert. Dieses temperaturabhängige Verhalten basiert auf der sich ändernden Viskosität des Kraftstoffs über der Temperatur und ist speziell bei tiefen Temperaturen ausgeprägt. Das temperaturabhängige Schaltverhalten des Ankers führt somit zu temperaturabhängigen Öffnungs- und Schließzeitpunkten der Einspritzdüsen.
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Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Injektoren mit sogenannten Langendrosselstellen bei sehr kalten Temperaturen und damit hoher Kraftstoffviskosität einen Kraftstoffsorten abhängigen, zum Teil deutlichen Einfluss des Druckabfalls vom Hochdruckanschluss bis hin zur Düsennadel aufweisen. Dies führt zu reduzierten Einspritzmengen, bedingt durch den geringen Einspritzdruck an der Düse als Funktion der Temperatur und damit der kraftstoffviskositätsbedingten Drosselverhalten in den Drosselspalten und den Zulaufstellen zur Düsennadel.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 000 321 A1 ist bekannt, einen Solldruck für einen Common-Raildruck basierend auf einer Eigenschaft, üblicherweise einer Viskosität, des Kraftstoffs einzustellen. Zur Bestimmung der Viskosität kann eine Druckschrankungsamplitude oder ein Viskositätssensor bzw. eine Viskositätsfühleinrichtung verwendet werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 019 280 A1 beschreibt eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften von Flüssigkeiten, die in Fahrzeugen eingesetzt werden. Dabei umfasst die Messvorrichtung ein rotationssymmetrisches Gefäß und eine Einrichtung, mit der die Flüssigkeit in Rotation versetzt wird. Mit dieser Messvorrichtung können verschiedene Eigenschaften der Flüssigkeit, bspw. auch deren Viskosität, bestimmt werden. Nach Bestimmung der Viskosität des Kraftstoffs kann weiterhin ein Raildruck bzw. Einspritzdruck angepasst werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Bislang ist eine Kompensation des Schaltverhaltens des Ankers bzw. des Schaltventils nur teilweise umgesetzt. Diese Kompensation sieht unter anderem eine Erhöhung der elektrischen Ströme und somit Steigerung der Magnetkräfte bei Injektoren mit druckausgeglichenem Schaltventil vor. Die noch ausstehende Kompensation der Einspritzmenge wird derzeit durch eine speziell für den Kaltbetrieb angepasste Ansteuerdauer bewerkstelligt. Der an der Düse unter diesen Bedingungen vorherrschende, zu geringe Einspritzdruck und die damit verbundene zu geringe Einspritzrate werden mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen nicht kompensiert. Es findet lediglich eine Gleichstellung der Einspritzmenge, allerdings mit anderen Einspritzraten und damit anderen Einspritzzeitpunkten, statt.
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Bei dem vorgestellten Verfahren zum Anpassen eines Raildrucks unter Berücksichtigung einer Viskosität eines einzuspritzenden Kraftstoffs ist nunmehr vorgesehen, in einem ersten Schritt die Viskosität aus einem Schließdauerverhalten eines Ankers eines Einspritzventils zu berechnen. Zur Beschreibung des Schließdauerverhaltens ist die Zeit vom Ende der Bestromung des Ankers bis zum mechanischen Erreichen der Schließstellung des Ankers zu betrachten. Der zeitliche Verlauf des Schließvorgangs ist durch das Schließdauerverhalten geprägt. In der Regel ist es bei dem beschriebenen Verfahren ausreichend, die Zeitdifferenz zwischen Ende der Bestromung und Schließstellung zu betrachten. Das Verhalten kann daher bspw. mit schnell oder langsam beschrieben werden. Üblicherweise wird die ermittelte Zeitdifferenz kategorisiert.
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In einem weiteren Schritt wird die berechnete Viskosität in einem ersten Modell, das von verschieden Betriebsparametern des Verbrennungsmotors oder der Einspritzeinlagen abhängig ist, aktualisiert. Auf Grundlage der aktualisierten Viskosität kann der Raildruck geändert werden, bspw. bei kalten Temperaturen angehoben werden. Eine Zuordnung von Viskosität zu Raildruck bzw. zu erforderlicher Raildruckänderung ist dabei üblicherweise in einem Steuergerät abgelegt. Auf diese Weise kann der reale Verlauf des Einspritzdurchflusses einem idealen Verlauf, d. h. einem Verlauf unter idealen bzw. Normbedingungen, angepasst werden. Auf diese Weise können Auswirkungen durch einen beliebigen Kraftstofftyp, Verunreinigungen im Kraftstoff und geänderte Umgebungsbedingungen, wie bspw. die Temperatur, kompensiert werden.
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Bei dem vorgestellten Verfahren ist nunmehr in Ausgestaltung vorgesehen, den Einspritzratenverlauf durch eine auf Basis eines zweiten Modells, der FDV (fuel detection by valve closing), bei dem die Viskosität des Kraftstoffs auf Basis des Schaltverhaltens des Ankers ermittelt wird, ermittelte Kenngröße über einen Anpassung des Raildrucks unabhängig von der verwendeten Kraftstoffsorte und damit unabhängig von dessen Viskosität auf den Einspritzratenverlauf der Auslegung, insbesondere für den Kaltstart, zurückzuführen. Diese Erhöhung des Raildruck-Sollwerts durch das Injektormodell sollte bei der Berechnung der Ansteuerdauer berücksichtigt werden, d. h. die aus dem Einspritzratenverlauf bzw. Ansteuerdauerkennfeld berechnete Bestromungszeit, die Ansteuerdauer, des Injektors darf diese Druckerhöhung nicht berücksichtigen. Eine schlichte Erhöhung des Raildruck-Sollwerts zur Kompensation des Einflusses würde den Betriebspunkt des Injektors zur Interpolation der Ansteuerdauer verschieben und den Effekt der Druckerhöhung mit einer kürzeren Ansteuerdauer zur Mengengleichstellung kompensieren und stellt somit keine Lösung dar.
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Das vorgestellte Verfahren hat nunmehr, zumindest in einigen der Ausführungen, etliche Vorteile. So besteht ein Vorteil darin, dass unter sehr kalten Bedingungen die im Injektor auf dem Weg zum Hochdruckanschluss bis zur Düsennadel zusätzlich anfallenden Drosselverluste durch eine dynamische, dem aktuellen Betriebspunkt des Motors angepasste Erhöhung des Raildrucks als Funktion der Injektor und Kraftstoffeigenschaften kompensiert werden.
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Die Funktion stellt den Einspritzratenverlauf des Injektors und damit sowohl die Menge als auch das Einspritztiming bei Verwendung verschiedener Kraftstoffsorten bei tiefen bis geringen Temperaturen gleich. Es handelt sich hierbei nicht um eine Kompensation der temperaturabhängigen Dichte des Kraftstoffs, sondern um eine Kompensation auf Basis von Kraftstoffeigenschaften, wie bspw. der Viskosität, und damit um das Fließverhalten im weitesten Sinne.
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Die Berechnung des unter "normalen Bedingungen" bei ca. 40°C Kraftstofftemperatur am Motorprüfstand erstellten Ansteuerdauerkennfelds findet für die Dauer des Eingriffs der Funktion mit einem modellbasierten Raildrucks statt, der den Einspritzdruck analog dem Vorgehen bei der AD-KF-Bedatung an der Düse abbildet. Mit AD-KF wird das Ansteuerdauerkennfeld bezeichnet, d.h. die Streckenbeschreibung des Injektors, nämlich x-Achse Menge, y-Achse Druck und z-Achse Ansteuerdauer. Hiermit wird beschrieben, welche Ansteuerdauer benötigt wird, um bei einem definierten Druck eine gewünschte Menge darzustellen. Durch diese Maßnahme bedingt werden Störgrößen, die von den Komponenten erzeugt werden, über ein Modell, das diese Störgrößen abbildet, kompensiert. Eine Berücksichtigung des Verhaltens des Injektors bei sehr tiefen Temperaturen mit unterschiedlichen Kraftstoffen in der Applikation ist somit nicht mehr erforderlich. Dies bedeutet, dass man für den Kaltstart bzw. Kaltlauf weniger Auslegungsreserve zur Abdeckung der durch unterschiedliche Kraftstoffe entstehenden Abweichungen in den Einspritzzeitpunkten und Einspritzdauern benötigt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Umsetzung des beschriebenen Verfahrens.
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2 zeigt eine mögliche Ausführung des ersten Moduls 10 in 1.
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3 zeigt eine mögliche Ausführung des zweiten Moduls 14 in 1.
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4 zeigt in eine mögliche Ausführung des weiteren Moduls 16 in 1.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Einspritzanlage eines Kraftfahrzeugs.
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6 zeigt in einem Graphen Einspritzratenverläufe.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in einem Diagramm Module zur Raildruck-Sollwertberechnung und Raildruckmessung. Die in einem ersten Modul 10 berechnete Erhöhung des Raildrucks 12 findet Eingang in die Berechnung des Raildruck-Sollwerts in einem zweiten Modul 14 und wird einem weiteren Modul 16 zur Verfügung gestellt, um bei einer Berechnung des Istwerts für die unterschiedlichen Software-Module im Steuergerät berücksichtigt zu werden.
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Ausgegeben wird der Raildrucksollwert 11, der modelliert Raildruck 13, d.h. der über das Modell angepasste Raildruck, der gemessene Sensorwert des Raildrucks 15, der auch dem Raildruckregler als Wert 17 zur Verfügung gestellt wird und ein Wert 19 für den Injektor.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Raildruck-Erhöhungsmodells für den Injektor. Die Darstellung zeigt als Eingangsgrößen den aktuellen Betriebspunkt des Raildruck-Sollwerts 20 und die gemessene Ventil-Schließdauer 22 als Maß für die Viskosität, die einmalig vor dem Motorstart vorliegt. Mit diesen Eingangsgrößen erfolgt eine Initialisierung 24 einer Druckerhöhung 26.
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Das Aufwärmverhalten des Injektors bzw. des Systems wird von einem separaten Modell 32 bereitgestellt. Die Druckerhöhung 26 wird mit dem Aufwärmverhalten 30 bewertet und dem System zur Verfügung gestellt (Bezugsziffer 31).
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Weitere Eingangsgrößen sind die Motorumdrehung 34, die Anzahl der Einspritzungen 36, die Einspritzmenge 38 und weitere Eingangsparameter 40.
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Ausgangsgrößen sind die Raildruckerhöhung 31 gemäß der Erfindung, eine Ausgangsgröße 33. Der Block 35 begrenzt den Ausgangswert von 30 auf Werte zwischen 0 und 1.
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3 zeigt einen Eingriff in den Hochdruckregler zur Erhöhung des Sollwerts vor der Begrenzung. Dabei erfolgt eine Erhöhung des Raildrucks aufgrund eines ersten Modells 60 als Ausgangsgröße der 2, diese wird zum Raildruck-Sollwert 62 addiert und als gewichtete Größe 64 dem System zur Verfügung gestellt.
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4 zeigt die Rückrechnung der Raildrucksignale. Eingangsgröße 70 ist der gemessene Sensorwert des Raildrucks. Dieser wird als Ausgangsgröße 71 dem Hochdruckregler unverändert zur Verfügung gestellt. Vom gemessenen Sensorwert wird die Erhöhung 80, die der Erhöhung 31 in 2 und der Erhöhung 62 aus 3 entspricht, subtrahiert und der Berechnung der Ansteuerdauer zur Verfügung gestellt. Somit wird sichergestellt, dass die Druckerhöhung in einer Mengenerhöhung resultiert und nicht durch Anpassung des Betriebspunkts bei der AD-KF-Berechnung eliminiert wird.
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Das vorgestellt Verfahren baut somit in Ausgestaltung auf dem zweiten Modell auf, welches das Schließdauerverhalten des Ankers in der Steuergeräteinitialisierung bewertet, bspw. auf FDV (fuel detektion by value closing). Die Ausgangsgröße der FDV lässt sich in einer Ersatzgröße, welche die Kraftstoffviskosität charakterisiert, umrechnen.
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Diese auf solche Weise berechnete Viskosität wird nun in einem Modell abhängig vom Motorbetrieb unter bspw. Berücksichtigung der Einspritzmenge, der Anzahl der Einspritzungen, der Motordrehzahl, der Außentemperatur, der Stellung der Kühlerjalousie, der Fahrgeschwindigkeit usw. sowie der Aufheizung vom Motor und Kraftstoff aktualisiert und findet Eingang in die Erfindung. Mit Hilfe dieser Viskosität wird nun der Raildruck abhängig vom Motorbetriebspunkt angehoben, um einen Düsendurchfluss am Injektor analog des bedateten Ansteuerdauerkennfelds zu erzeugen. Die Erhöhung des Raildruck-Sollwerts für den Raildruckregler ist bei der Absetzung der Einspritzung sowie der Verrechnung des Ansteuerdauerkennfelds zu berücksichtigen. Eine generelle Berücksichtigung im Raildruck, wie in 1 angedeutet ist, darf nicht erfolgen.
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In 5 ist stark vereinfacht in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 100 gezeigt, das einen Verbrennungsmotor 102 und eine Einspritzanlage 104 umfasst. In der Einspritzanlage 104 ist ein Injektor 106 dargestellt, der wiederum einen Anker 108 aufweist. Zur Steuerung der Abläufe ist ein Steuergerät 110 vorgesehen.
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6 zeigt in einem Graphen 200 Einspritzratenverläufe, wobei an einer Abszisse 202 die Zeit und an einer Ordinate 204 der Durchfluss eines eingespritzten Kraftstoffs aufgetragen ist. Eine erste Kurve 206 zeigt einen zeitlichen Mengenbzw. Durchflussverlauf bei einer Einspritzung unter Normbedingungen. Dieser entspricht dem Verlauf eines bekannten Kraftstoffs bei Normbedingungen, d. h. bei einer Normtemperatur, woraus sich eine Normviskosität des Kraftstoffs ergibt.
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Weichen die realen Bedingungen von den Normbedingungen ab, bspw. bei Wahl eines anderen Kraftstoffs und/oder einer abweichenden Temperatur, wodurch die reale Viskosität nicht mehr der Normviskosität entspricht, so ändert sich der Einspritzratenverlauf. Ein solcher Verlauf unter realen Bedingungen ist mit einer weiteren Kurve 208 gezeigt. Weiterhin kann ein Beginn der Einspritzung zu einem ersten Zeitpunkt 210 und ein Ende der Einspritzung zu einem zweiten Zeitpunkt 212 durch geänderte Bedingungen variieren, wie mit Doppelpfeilen 214 und 216 verdeutlicht ist. Damit ändert sich die Einspritzdauer.
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Der Einspritzratenverlauf ist somit eine Beschreibung des Verlaufs der Einspritzung und daher eine Beschreibung der Form der in 6 gezeigten Kurven 206 und 208.
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Durch Anpassung des Raildrucks kann nunmehr der reale Verlauf 208 dem Normverlauf 206 angepasst werden, wie durch Doppelpfeil 220 verdeutlicht ist. Zusätzlich können Einspritzbeginn und Einspritzende und damit die Einspritzdauer beeinflusst werden, so dass erreicht werden kann, dass der reale Verlauf 208 dem Normverlauf weiter angeglichen wird.
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Bei dem vorgestellten Verfahren wird somit kein Einspritzratenverlauf berechnet, sondern eine Raildruckänderung, bspw. eine Raildruckerhöhung bewirkt, so dass der zeitliche Durchflussverlauf der Einspritzung dem Verlauf der Einspritzung unter Normbedingungen entspricht.
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Das verwendete Modell stellt eine Zuordnung von Viskosität, die über das Schließdauerverhalten des Ankers ermittelt wird, zu Raildruckerhöhung, bereit. Diese Zuordnung wird üblicherweise vorab im Prüfstand ermittelt und im Steuergerät abgelegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006000321 A1 [0006]
- DE 102007019280 A1 [0007]
