DE102013206600A1

DE102013206600A1 - Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine und Regelverfahren für ein solches Einspritzsystem

Info

Publication number: DE102013206600A1
Application number: DE102013206600.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Matthias Ruße; Hans-Jörg Wiehoff
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-13
Also published as: DE102013206600B4; KR20150132575A; US20160053704A1; CN105074180A; WO2014167134A1; US9903294B2; CN105074180B; KR101778875B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem und ein Regelverfahren für ein Einspritzsystem mit mindestens einem Einspritzventil (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine (3), wobei in wiederkehrenden Einspritzzyklen ein Verschlusselement (6) des Einspritzventils (2) so bewegt wird, dass es in einem Ist-Öffnungszeitpunkt (OPP2) auf einem oberen Anschlag (9) auftrifft und/oder in einem Ist-Schließzeitpunkt (OPP4) in einer Schließposition (8) auftrifft und dadurch ein charakteristisches Signal eines Sensorelements (7) des Einspritzventils (2) auslöst, wobei ein zeitlicher Signalverlauf des Sensorelements (7) erfasst wird und ein in einem zeitlichen Suchfenster (F, F1, F2) des Einspritzzyklus enthaltener Teil des Signalverlaufs untersucht wird, wobei, sofern das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektiert wird, in nachfolgenden Einspritzzyklen ein Suchverfahren durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für ein Einspritzsystem mit mindestens einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Derartige Regelverfahren dienen dazu, das mindestens eine Einspritzventil eines Einspritzsystems in wiederkehrenden Einspritzzyklen so anzusteuern, dass in jedem dieser Einspritzzyklen das Einspritzventil so geöffnet und wieder geschlossen wird, dass ein unter Druck stehender Kraftstoff möglichst genau mit einem zuvor bestimmten zeitlichen Verlauf einer Einspritzrate in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Da die tatsächlichen zeitlichen Verläufe der Einspritzraten und damit auch die jeweils tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen insbesondere von den tatsächlichen Öffnungs- und Schließzeitpunkten der Einspritzventile abhängen, werden mit einem gattungsgemäßen Regelverfahren bzw. mit einem gattungsgemäßen Einspritzsystem die Öffnungszeitpunkte und/oder die Schließzeitpunkte der Einspritzventile mittels eines Sensorelementes gemessen und anschließend die gemessenen Öffnungszeitpunkte und/oder die gemessenen Schließzeitpunkte bei der Ansteuerung der Einspritzventile in den nachfolgenden Einspritzzyklen berücksichtigt, um Regelabweichungen einer oder mehrerer Regelgrößen des Einspritzverfahrens zu kontrollieren bzw. zu reduzieren. Beispielsweise können der Öffnungszeitpunkt wie auch der Schließzeitpunkt Regelgrößen des Regelverfahrens sein. Typischerweise wird der Soll-Öffnungszeitpunkt und/oder der Soll-Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von einer momentan geforderten Einspritzmenge und/oder in Abhängigkeit von einem momentan geforderten zeitlichen Verlauf der Einspritzrate bestimmt.
Ein Einspritzventil, häufig auch als Injektor bezeichnet, umfasst ein Verschlusselement, das beispielsweise als Düsennadel ausgestaltet sein kann, und einen Aktor, mit dem das Verschlusselement zwischen einer Schließposition und einem oberen Anschlag bewegt werden kann. Befindet sich das Verschlusselement in der Schließposition, ist der Injektor verschlossen und es erfolgt keine Kraftstoffeinspritzung. In der Schließposition sitzt das Verschlusselement typischerweise auf einem unteren Anschlag des Einspritzventils auf und verschließt alle Einspritzöffnungen des Einspritzventils. Zum Öffnen des Injektors wird das Verschlusselement mittels des Aktors ausgehend von der Schließposition angehoben, so dass auf diese Weise eine, mehrere oder jede der Einspritzöffnungen freigegeben wird bzw. werden und die Einspritzung des Kraftstoffs durch die freigegebenen Einspritzöffnungen erfolgt. Das Verschlusselement kann maximal bis zu dem genannten oberen Anschlag, der somit eine maximale Hubhöhe des Verschlusselements relativ zur Schließposition bzw. zum unteren Anschlag definiert, angehoben werden. Im Folgenden soll unter dem Öffnungszeitpunkt derjenige Zeitpunkt verstanden werden, in dem das Verschlusselement auf dem oberen Anschlag auftrifft (Erreichen des maximalen Nadelhubs) und unter dem Schließzeitpunkt derjenige Zeitpunkt, in dem das Verschlusselement in der Schließposition, also auf dem unteren Anschlag, auftrifft. Weitere charakterisierende Zeitpunkte eines Einspritzzyklus sind der Zeitpunkt, in dem das Verschlusselement die Schließposition verlässt, und derjenige Zeitpunkt, in dem das Verschlusselement den oberen Anschlag verlässt (Beginn der Schließbewegung bei maximaler Hubhöhe). Gemäß ihrer zeitlichen Abfolge werden diese Zeitpunkte mit OPP1, OPP2, OPP3 und OPP4 bezeichnet.
Um den Öffnungszeitpunkt und/oder den Schließzeitpunkt (OPP2 und/oder OPP4) messen zu können, umfasst das Einspritzventil ein Sensorelement, in dem durch das Auftreffen des Verschlusselements in der Schließposition oder auf dem oberen Anschlag charakteristische Signale ausgelöst werden. Um diese charakteristischen Signale, die entsprechend auch als Öffnungssignale oder als Schließsignale des Sensorelements bezeichnet werden, detektieren zu können, wird ein zeitlicher Signalverlauf des Sensorelements erfasst und ausgewertet. Dies umfasst in der Regel eine Zwischenspeicherung des zeitlichen Signalverlaufs. In der Regel weisen bekannte Einspritzsysteme bzw. Einspritzventile zu diesem Zweck Datenspeicher auf, deren Speicherkapazität typischerweise aber nicht dazu ausreicht, einen gesamten zeitlichen Verlauf von Ausgangssignalen des Sensorelements zu erfassen. Aus diesem Grund oder auch aus anderen Gründen, wie beispielsweise zur Beschleunigung und/oder Vereinfachung der nachfolgenden Datenauswertung, wird nicht der gesamte zeitliche Signalverlauf des Sensorelements gespeichert und anschließend auf das Vorhandensein der charakteristischen Signale hin untersucht, sondern nur Teile des zeitlichen Signalverlaufs, welche in einem oder in mehreren vorgegebenen zeitlichen Suchfenstern enthalten sind. Dabei sind diese Suchfenster so gewählt, dass sie den erwarteten Schließzeitpunkt und/oder den erwarteten Öffnungszeitpunkt eines gegebenen Einspritzzyklus beinhalten.
Falls nun jedoch für einen gegebenen Einspritzzyklus der tatsächliche Schließzeitpunkt bzw. der tatsächliche Öffnungszeitpunkt zeitlich außerhalb des jeweiligen Suchfensters liegt, ist es in der Regel nicht möglich, die zugehörigen charakteristischen Signale zu detektieren und den Öffnungszeitpunkt bzw. den Schließzeitpunkt zu ermitteln. Ein Nicht-Detektieren des charakteristischen Signals wird im Folgenden auch als Verlust des charakteristischen Signals oder des Schließsignals bzw. des Öffnungssignals oder kurz als Regelverlust bezeichnet. Ein solcher Regelverlust kann beispielsweise dazu führen, dass das Einspritzsystem anschließend nur noch in einem Notlaufmodus weiterbetrieben werden kann.
Es stellt sich somit die Aufgabe, die Zuverlässigkeit und die Robustheit bekannter Regelverfahren und Einspritzsysteme zu verbessern. Insbesondere soll die Messung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einspritzventile verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Regelverfahren und durch ein Einspritzsystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weiterentwicklungen und spezielle Ausführungsformen des Regelverfahrens und des Einspritzsystems ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren für ein Einspritzsystem mit mindestens einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Einspritzsystem hier vorgeschlagener Art, wird in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einem Ist-Wert einer Stellgröße (also der sogenannte Ist-Stellwert) des Einspritzventils mittels eines Aktors des Einspritzventils ein Verschlusselement des Einspritzventils bewegt. Das Verschlusselement trifft in einem Ist-Öffnungszeitpunkt auf einem oberen Anschlag des Einspritzventils auf und/oder trifft in einem Ist-Schließzeitpunkt in einer Schließposition (auf einem unteren Anschlag) des Einspritzventils auf. In dem Moment, in dem das Verschlusselement in der Schließposition oder auf den oberen Anschlag auftrifft, wird ein charakteristisches Signal durch ein Sensorelement des Einspritzventils ausgelöst.
Während mindestens eines (typischerweise während mehrerer oder sogar während eines jeden) der Einspritzzyklen wird ein zeitlicher Signalverlauf des Sensorelements erfasst und ein in einem zeitlichen Suchfenster des Einspritzzyklus enthaltener Teil des Signalverlaufs auf das Vorhandensein des charakteristischen Signals hin untersucht. Das zeitliche Suchfenster ist kürzer als der Einspritzzyklus und wird so gewählt, dass es einen erwarteten Öffnungszeitpunkt, in dem das Auftreffen des Verschlusselements auf dem Anschlag erwartet wird, und/oder einen erwarteten Schließzeitpunkt, in dem das Auftreffen des Verschlusselementes in der Schließposition erwartet wird, enthält. Wie weiter unten beschrieben wird, können pro Einspritzzyklus auch zwei (oder mehr) zeitlich voneinander getrennte Zeitfenster vorgesehen sein, von denen eines beispielsweise den erwarteten Öffnungszeitpunkt und ein weiteres den erwarteten Schließzeitpunkt beinhaltet.
Sofern das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs detektiert wird, wird auf Grundlage des charakteristischen Signals der Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder der Ist-Schließzeitpunkt dieses Einspritzzyklus ermittelt. Anschließend wird der Ist-Wert der Stellgröße des Einspritzventils für einen der nachfolgengend Einspritzzyklen in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Schließzeitpunkt bestimmt, typischerweise unter der Maßgabe der Reduzierung einer Regelabweichung. Unter der Formulierung „in Abhängigkeit“ kann beispielsweise „unter Verwendung“, „nach Auswertung von“ oder „auf Grundlage von“ verstanden werden. Typischerweise wird hierbei eine Größe der Bestimmung, Berechnung bzw. Ermittlung einer anderen Größe zugrunde gelegt.
Bei der genannten Stellgröße des Einspritzventils kann es sich beispielsweise um einen Ansteuerungszeitpunkt des Aktors, einen Ladebeginn des Aktors, ein Entladebeginn des Aktors, eine Ladedauer des Aktors, eine Stromstärke oder eine Spannung, mit der der Aktor bestromt oder angesteuert wird, handeln. Es ist aber auch möglich, dass die Stellgröße mehrdimensional ist, also durch einen Stellvektor gegeben ist, dessen Einträge durch einen oder mehrere der genannten Stellgrößen gegeben sind. Unter dem Ist-Wert des Steuervektors sind daher die Ist-Werte seiner Einträge zu verstehen.
Beispielsweise ist es möglich, dass der erwartete Öffnungszeitpunkt in Abhängigkeit von dem Ist-Öffnungszeitpunkt eines vorausgegangenen Einspritzzyklus ermittelt wird und/oder dass der erwartete Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Ist-Schließzeitpunkt eines vorausgegangenen Einspritzzyklus ermittelt wird. Wie eingangs beschrieben wurde, kann vorgesehen sein, dass der erwartete Öffnungszeitpunkt ein Soll-Öffnungszeitpunkt ist, dass der Öffnungszeitpunkt also eine Regelgröße darstellt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass der erwartete Schließzeitpunkt ein Soll-Schließzeitpunkt ist, dass also der Schließzeitpunkt eine Regelgröße darstellt. In diesen Fällen wird zur Reduzierung der Regelabweichung der Ist-Wert der Steuergröße so gewählt, dass der Ist-Öffnungszeitpunkt möglichst genau dem Soll-Öffnungszeitpunkt entspricht und/oder dass der Ist-Schließzeitpunkt möglichst genau dem Soll-Schließzeitpunkt entspricht, dass also entsprechende Regelfehler minimiert werden. In diesem Fall wird also die Abweichung zwischen dem Ist-Schließzeitpunkt und dem Soll-Schließzeitpunkt als Regelabweichung des Regelverfahrens verwendet bzw. die Abweichung des Ist-Öffnungszeitpunktes von dem Soll-Öffnungszeitpunkt. Dies bedeutet, dass in Abhängigkeit von der zu einem gegebenen Einspritzzyklus gehörenden Regelabweichung, also der Differenz zwischen der Ist-Schließzeit und der Soll-Schließzeit (bzw. der Ist-Öffnungszeit und der Soll-Öffnungszeit) der Ist-Wert der Steuergröße eines nachfolgenden Einspritzzyklus so korrigiert wird, dass die Regelabweichung reduziert wird.
Der Aktor des Einspritzventils kann beispielsweise als ein Piezoaktor ausgestaltet sein und ein Piezoelement als Antrieb aufweisen. Piezoaktoren, insbesondere direkt angetriebene Piezoaktoren, wie beispielsweise in EP 1 760 305 A1 beschrieben, eignen sich besonders gut für ein genaues und verzögerungsfreies Bewegen des Verschlusselements. Alternativ kann der Aktor auch einen magnetischen Antrieb aufweisen, der zu diesem Zweck beispielsweise eine Magnetspule und einen Permanentmagneten umfassen kann.
Vorzugsweise wird der Antrieb des Aktors, also beispielsweise das Piezoelement oder der magnetische Antrieb des Aktors, gleichzeitig auch als das Sensorelement verwendet. Im Fall eines Piezoelements können die genannten zeitlichen Signalverläufe beispielsweise am Piezoelement abgegriffene elektrische Stromsignale und/oder elektrische Spannungssignale sein. Entsprechend können im Fall eines magnetischen Antriebs induzierte Ströme und/oder induzierte Spannungen an der Spule als der zeitliche Signalverlauf dienen und entsprechend abgegriffen und ausgewertet werden. Es ist auch möglich, dass unter Verwendung des zeitlichen Signalverlaufs des Sensorelements zeitliche Verläufe weiterer (typischerweise elektrischer) Messgrößen ermittelt werden, die beispielsweise einen momentanen Zustand des Einspritzventils, des Aktors, des Antriebs des Aktors und/oder des Verschlusselementes charakterisieren. Hierbei kann es sich beispielsweise im Fall des Piezoelements um eine elektrische Kapazität, eine im Piezoelement gespeicherte elektrostatische Energie, eine Ladestromstärke, eine Entladestromstärke oder eine elektrische Spannung des Piezoelements handeln oder um eine aus diesen Messgrößen ermittelte weitere Größe. Beim Auftreffen des Verschlusselementes in der Schließposition bzw. auf den oberen Anschlag treten charakteristische Schwankungen in diesen Messgrößen auf, welche somit als die charakteristischen Signale zum Ermitteln des Schließzeitpunktes und/oder der Öffnungszeitpunktes des betreffenden Einspritzventils dienen können.
Für die vorliegende Erfindung ist es nun entscheidend, dass, sofern für einen gegebenen Einspritzzyklus das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs, der also in dem genannten Suchfenster enthalten ist, nicht detektiert wird, also ein Regelverlust aufgetreten ist, in nachfolgenden Einspritzzyklen ein im Folgenden beschriebenes Suchverfahren durchgeführt wird. Dieses Suchverfahren wird solange durchgeführt, bis das verlorene charakteristische Signal in einem dieser nachfolgenden Einspritzzyklen wiedergefunden worden ist (und das Regelverfahren wiederaufgenommen werden kann) oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist (und typischerweise ein Notlaufprogramm durchgeführt wird).
Zu Beginn des vorgeschlagenen Suchverfahrens wird zunächst ein Startwert für die Stellgröße bzw. für den Stellvektor (dann kann der Startwert ebenfalls ein Vektor sein) dieses Einspritzventils festgelegt. Der Ist-Wert der Stellgröße, mit dem der Aktor angesteuert wird, wird anschließend für einen jeden dieser nachfolgenden Einspritzzyklen des Suchverfahrens ausgehend von diesem Startwert verändert, indem zu dem Startwert ein Inkrementwert bzw. ein Inkrementvektor hinzuaddiert wird. Im Fall, dass es sich bei der Stellgröße um einen mehrdimensionalen Stellvektor handelt, ist typischerweise vorgesehen, dass nur eine Komponente dieses Stellvektors im Suchverfahren variiert wird, während die Ist-Werte der übrigen Komponenten des Stellvektors nicht verändert werden. Dementsprechend hat der Inkrementvektor dann genau einen nicht-verschwindenden Eintrag. Der Einfachheit soll hier sprachlich nicht immer zwischen dem eindimensionalen und mehrdimensionalen Fall unterschieden werden. Sofern also von Stellgröße, Ist-Wert, Startwert, Inkrementwert etc. die Rede ist, soll damit auch immer die jeweils korrespondierende vektorielle Größe bezeichnet bzw. erwähnt sein, also entsprechend der Stellvektor, dessen vektorieller Ist-Wert, der Startvektor, der Inkrementvektor etc.
Für einen jeden der Einspritzzyklen während des Suchverfahrens wird nun der Ist-Wert der Stellgröße als die Summe diese Startwerts und eines zu genau diesem Einspritzzyklus gehörigen Inkrementwertes ermittelt. Die genannte Summe wird also gebildet aus dem festen Startwert, S_Start, und dem genau einen Inkrementwert, I_n, dieses Einspritzzyklus. Zu jedem der Einspritzzyklen des Suchverfahrens gehört also genau ein Inkrementwert I_n, wobei der Index n der Wert eines Iterators des Suchverfahrens ist. Der Iterator kann beispielsweise so definiert werden, dass sein Wert n, zu Beginn des Suchverfahrens bei „0“ oder „1“ startend, nach einem jeden Einspritzzyklus des Suchverfahrens um „1“ erhöht wird. Die Inkrementwerte I_n der Einspritzzyklen während des Suchverfahrens können daher auch als Funktionswerte eine Funktion des Wertes n des Iterators definiert werden. Mittels des Iterators kann außerdem ein Abbruchkriterium für das Suchverfahren als Überschreitung eines vorgegebenen Maximalwertes für den Iterator, n > n_max.
Für das vorgeschlagen Suchverfahren ist entscheidend, dass die Inkrementwerte I_n der Einspritzzyklen des Suchverfahrens so definiert werden, dass ihre Beträge im zeitlichen Verlauf des Suchverfahrens monoton oder sogar streng monoton anwachsen. Die Beträge der Inkrementwerte können daher als eine monoton oder streng monoton wachsende Funktion des Werts n des Iterators definiert werden.
Mittels des vorgeschlagenen Suchverfahrens wird erreicht, dass das verlorene Schließ- oder Öffnungssignal mit hoher Zuverlässigkeit und sehr schnell wiedergefunden und ein Notlaufprogramm des Einspritzsystems somit in den meisten Fällen vermieden werden kann. Nach dem Wiederauffinden des Öffnungssignals bzw. des Schließsignals kann das Regelverfahren vorteilhafterweise mit dem im Suchverfahren zuletzt ermittelten Ist-Wert der Steuergröße wieder aufgenommen und fortgesetzt werden. Dies wird im Folgenden auch als Wiederaufnahme des Regelverfahrens (nach einem vorausgegangenen Regelverlust) bezeichnet. Ein auf diese Weise erstmaliges erneutes Detektieren des Schließsignals nach dem Verlust des Schließsignals bzw. das Öffnungssignal nach dem Verlust des Öffnungssignals wird auch als Wiederfinden des charakteristischen Signals bzw. des Schließsignals bzw. des Öffnungssignals bezeichnet.
Ein Verlust des charakteristischen Signals, also ein Regelverlust, hat typischerweise seine Ursache darin, dass der Ist-Öffnungszeitpunkt bzw. der Ist-Schließzeitpunkt in dem betreffenden Einspritzzyklus zeitlich so weit von dem erwarteten Ist-Öffnungszeitpunkt bzw. Ist-Schließzeitpunkt entfernt ist, dass er außerhalb des bzw. der zeitlichen Suchfenster(s) dieses Einspritzzyklus liegt.
Vorteilhafterweise spielt für das vorgeschlagene Suchverfahren die technische Ursache des Regelverlusts im Allgemeinen nur eine untergeordnete Rolle. Technische Ursachen sind beispielsweise Alterungs- oder Verschleißprozesse des Einspritzventils, die das Öffnungs- und/oder das Schließverhalten typischerweise so verändern, dass sich der Schließzeitpunkt (bei gleicher Ansteuerung) zunehmend verfrüht. Aber auch neue Einspritzventile, welche also erst kürzlich in Betrieb genommen worden sind, beispielsweise nach Austausch eine defekten Einspritzventils oder bei erstmaliger Inbetriebnahme des Einspritzsystems oder der Brennkraftmaschine, weisen häufig ein starkes Driftverhalten in ihrer Öffnungs- und Schließcharakteristik auf. Ein weiterer Vorteil des Regelverfahrens besteht somit auch darin, dass es großzügigere Toleranzgrenzen bezüglich eines Referenzverhaltens für Einspritzventile erlaubt, insbesondere hinsichtlich ihres Driftverhaltens. Außerdem werden mit dem vorgeschlagenen Regelverfahren häufig auch größere Toleranzgrenzen für andere Komponenten des verwendeten Einspritzsystems möglich, insbesondere für Komponenten der Steuereinheit des Einspritzsystems, wie beispielsweise von Reglern und Endstufen zum Erzeugen von Steuersignalen.
Ein alternatives oder zusätzliches Abbruchkriterium kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass der Ist-Wert der Stellgröße, bzw. eine Komponente des vektoriellen Ist-Wertes des Stellvektors während des Suchverfahrens einen oberen Schwellwert überschreitet oder einen unteren Schwellwert unterschreitet.
In einer Weiterentwicklung, die ein besonders zuverlässiges Wiederauffinden des charakteristischen Signals erlaubt, ist vorgesehen, dass die Inkrementwerte im Verlauf des Suchverfahrens, ggf. also mit wachsendem Wert n des Iterators, fortlaufend ihr Vorzeichen wechseln. Dieses Wechseln des Vorzeichens des Inkrementwertes (bzw. der Komponenten des Inkrementvektors) kann beispielsweise so erfolgen, dass sich die Inkrementwerte zweier direkt aufeinanderfolgender Einspritzzyklen jeweils in ihrem Vorzeichen unterscheiden, dass sich das Vorzeichen der Inkrementwerte also nach jedem Einspritzzyklus des Suchverfahrens ändert. Es ist auch möglich, dass sich das Vorzeichen nicht in jedem Einspritzzyklus, sondern nur nach jedem zweiten Einspritz- oder allgemein ab jedem j-ten (j ist eine natürliche Zahl, wie etwa 1, 2, 3, ...) Einspritzzyklus ändert, dass also immer genau zwei direkt aufeinanderfolgende Einspritzzyklen Inkrementwerte mit gleichem Vorzeichen aufweisen, oder allgemein dass immer genau j aufeinanderfolgende Einspritzzyklen Inkrementwerte mit gleichem Vorzeichen aufweisen. Vorzugsweise ist j aber nicht größer als 5, vorzugsweise ≤ 3.
Durch das betragliche Vergrößern und das gleichzeitige Wechseln des Vorzeichens der Inkrementwerte wird die Stellgröße ausgehend von dem beschriebenen Startwert so variiert, dass ein Wiederauffinden des charakteristischen Signals vorteilhafterweise unabhängig davon funktioniert, ob der Ist-Schließzeitpunkt bzw. Ist-Öffnungszeitpunkt vor oder nach dem Suchfenster des Einspritzzyklus ist. Somit besteht insbesondere eine Unabhängigkeit von der Richtung der Drift der Öffnungs- und Schließcharakteristik eines gegebenen Einspritzventils, welche ihrerseits beispielsweise von der Art des Verschleißes oder der speziellen Ausführungsform des Einspritzventils abhängig sein kann.
Für die Bestimmung des Startwertes der Stellgröße zu Beginn des Suchverfahrens gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen ist es möglich, als Startwert des Suchverfahrens den Ist-Wert der Stellgröße eines der vorausgegangenen Einspritzzyklen dieses Einspritzventils zu verwenden, bei dem das charakteristische Signal detektiert worden ist, also vor dem Regelverlust. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ist-Werte der Stellgrößen gespeichert werden und beispielsweise der Ist-Wert der Stellgröße desjenigen der vorausgegangenen Einspritzzyklen verwendet wird, in dem zuletzt das charakteristische Signal detektiert werden konnte, also unmittelbar vor dem Regelverlust. Als zusätzliches oder alternatives Kriterium kann außerdem eine Übereinstimmung oder relative Entsprechung der Soll-Werte des Regelverfahrens herangezogen werden, wie beispielsweise eine entsprechender zeitlicher Verlauf der Einspritzrate, eine entsprechende Einspritzdauer, ein entsprechender Soll-Schließzeitpunkt, ein entsprechender Soll-Öffnungszeitpunkt etc. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Startwert des Suchverfahrens einer für dieses Einspritzventil fest vorgegebenen (und beispielsweise in einem entsprechenden Speicher abgelegten) Referenzkalibration des Einspritzventils entspricht. Hierbei ist es möglich, dass die Referenzkalibration in Form eines Referenzkennfeldes vorliegt und der Startwert somit von einem momentanen Arbeitspunkt des Einspritzventils (also dem/den momentanen Soll-Wert(en) der Regelgröße(n) des Regelverfahrens) abhängt. Beispielsweise kann, so etwa im Fall, dass der Schließzeitpunkt (OPP4) eine Regelgröße des Regelverfahrens ist (Schließzeitpunkt-Regler), ein zeitlicher Beginn und/oder ein zeitliches Ende des Suchfensters in Abhängigkeit von mehreren Parametern errechnet werden, die jeweils ein einem Kennfeld hinterlegt sein können und aus diesen ausgelesen werden, wie beispielsweise eine elektrische Einspritzdauer („TI-Kennfeld“), dem Sollwert des Schließzeitpunktes (OPP4-Sollwert-Kennfeld) und einem zeitlichen Abstand zwischen dem Sollwert des Schließzeitpunktes (OPP4) und dem zeitlichen Beginn und/oder Ende des Suchfensters. Die (elektrische) Einspritzdauer (TI bzw. T_C) kann beispielsweise als Ladedauer des (Piezo)-Aktors oder auch als der zeitliche Abstand zwischen der Ansteuerung des Aktors zum Öffnen des Einspritzventils und der Ansteuerung des Aktors zum Schließen des Einspritzventils definiert sein.
Typischerweise umfasst das Einspritzsystem mehrere Einspritzventile, wie beispielsweise vier, sechs, acht oder zwölf Einspritzventile, wobei jedes dieser Einspritzventile mit dem hier vorgeschlagenen Regelverfahren angesteuert und geregelt wird. Der Startwert des Suchverfahrens kann dann unter Berücksichtigung und in Abhängigkeit von den momentanen Ist-Werten der Stellgrößen der weiteren Einspritzventile des Einspritzsystems ermittelt werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Mittelwert dieser Ist-Werte zu bilden und den Startwert des Suchverfahrens auf Grundlage dieses Mittelwertes bzw. als diesen Mittelwert zu festzulegen.
Typischerweise wird im Fall, dass es sich bei der Stellgröße um einen mehrdimensionalen Stellvektor handelt, wie oben beschrieben, nur eine Komponente dieses Stellvektors im Suchverfahren variiert, während die Ist-Werte der übrigen Komponenten des Stellvektors nicht verändert werden. Beispielsweise wird im Suchverfahren nur die Ladestromstärke, nur die Ladedauer, nur der Ansteuerungszeitpunkt, nur der Ladebeginn, nur der Entladebeginn, nur die Ladespannung, nur der Steuerstrom oder nur die Steuerspannung variiert, während die übrigen Einträge bzw. Komponenten des Stellvektors konstant gehalten werden. Dabei kann vorgesehen, dass im Fall eines Verlust des Öffnungssignal eine andere Komponente des Steuervektors variiert wird als im Fall eines Verlust des Schließsignals. Bei dem Verlust des Schließsignals kann beispielsweise die (elektrische) Einspritzdauer (TI bzw. T_C) variiert werden, bei einem Verlust des Öffnungssignals kann beispielsweise die Ladestromstärke I_C variiert werden. Es ist natürlich auch möglich, dass mehrere oder sogar alle Stellgrößen variiert werden, beispielsweise wenn eine aus den Stellgrößen abgeleitete Größe variiert werden soll, wie beispielsweise eine (elektrische) Energie E des (Piezo-)Aktors. Wie bereits beschrieben wurde, wird das Öffnungssignal bei Prellen des Verschlusselements (der Nadel) in den oberen Anschlag detektiert. Der Zeitpunkt des Auftreffens ist insbesondere von der Energie E abhängig, die durch den Antrieb auf das Verschlusselement übertragen wird. Im Fall eines Piezo-Aktors mit der elektrischen Kapazität C kann für die übertragene Energie näherungsweise die elektrostatische Energie des Piezoaktors verwendet werden, für die näherungsweise der Zusammenhang E = 1/2·Q·U = 1/2·Q·Q/C = integral(I(t)·dt)²/(2C) gilt, wobei I(t) der zeitliche Verlauf der Ladestromstärke ist und das Integral typischerweise über die Ladedauer ausgeführt wird. Typischerweise wird zur Berechnung der elektrostatischen Energie die (diskrete) Näherung E = Summe(I(n)·∆t(n))²/(2C) herangezogen. Somit kann die Suche nach dem Öffnungssignal durch Variieren der Stellgröße (elektrische) Einspritzzeit bzw. Ladedauer (TI bzw. T_C), durch Variieren der Stellgröße Ladestrom I_C oder durch (gleichzeitiges) Variieren beider dieser Steuergrößen erfolgen.
Neben dem erstgenannten zeitlichen Suchfenster kann für einen jeden der Einspritzzyklen zusätzlich ein weiteres zeitliches Suchfenster vorgesehen sein, dass von dem erstgenannten Suchfenster zeitlich getrennt ist. Typischerweise ist das erstgenannte Suchfenster so gewählt, dass es den erwarteten Öffnungszeitpunkt des Einspritzzyklus umfasst, und ist das weitere Suchfenster so gewählt, dass es den erwarteten Schließzeitpunkt des Einspritzzyklus umfasst. Dann wird zusätzlich zu dem erstgenannten Teil des während dieses Einspritzzyklus erfassten zeitlichen Signalverlaufs des Sensorelementes außerdem ein weiterer Teil auf das Vorhandensein der charakteristischen Signale hin untersucht, wobei der genannte weitere Teil des zeitlichen Verlaufs in dem weiteren zeitlichen Suchfenster dieses Einspritzzyklus enthalten ist. Sofern die charakteristischen Signale in dem genannten weiteren Teil des zeitlichen Signalverlaufs detektiert werden, wird auf Grundlage und in Abhängigkeit dieser detektierten charakteristischen Signale der Ist-Schließzeitpunkt des betreffenden Einspritzventils für den jeweiligen Einspritzzyklus ermittelt.
So ist es also möglich, dass auf diese Weise sowohl der Ist-Öffnungszeitpunkt (auf Grundlage der detektierten charakteristischen Signale im erstgenannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs) und der Ist-Schließzeitpunkt (auf Grundlage der detektierten charakteristischen Signale im weiteren Teil des zeitlichen Signalverlaufs) ermittelt werden. Auf Grundlage dieser Informationen ist es beispielsweise möglich, sowohl den Öffnungszeitpunkt wie auch den Schließzeitpunkt als Regelgrößen des Regelverfahrens zu verwenden.
Sofern jedoch die charakteristischen Signale in dem genannten weiteren Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektiert werden, wird in nachfolgenden Einspritzzyklen ein weiteres Suchverfahren durchgeführt, welches der Beschreibung des erstgenannten Suchverfahrens entspricht. Insbesondere wird also für dieses weitere Suchverfahren ein weiterer Startwert für die Stellgröße dieses Einspritzventils festgelegt, wobei der Ist-Wert der Stellgröße für einen jeden dieser nachfolgenden Einspritzzyklen wiederum, wie beschrieben, als die Summe dieses weiteren Startwerts und eines zu diesem nachfolgenden Einspritzzyklus gehörigen weiteren Inkrementwertes ermittelt wird. Wie bereits in Zusammenhang mit dem erstgenannten Inkrementwerten erläutert, wachsen auch die Beträge der weiteren Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen im Verlauf des weiteren Suchverfahrens an und können außerdem ihr Vorzeichen alternierend wechseln. Ebenso können alle im Zusammenhang des erstgenannten Suchverfahrens beschriebenen Weiterentwicklungen und Ausführungsformen auch auf das weitere Suchverfahren übertragen werden.
Das erfindungsgemäße Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine kann dazu eingerichtet bzw. ausgestattet sein, ein Regelverfahren hier vorgeschlagener Art durchzuführen. Ein Einspritzsystem hier vorgeschlagener Art umfasst mindestens ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine. Für das mindestens eine Einspritzventil gelten die bereits in Zusammenhang mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ausgeführten Beschreibungen. Das Einspritzsystem umfasst ferner eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, den Aktor des mindestens einen Einspritzventils in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einem Ist-Wert einer Stellgröße des Einspritzventils zum Bewegen des Verschlusselementes des Einspritzventils zwischen der Schließposition und dem oberen Anschlag anzusteuern, um das Einspritzventil wie beschrieben zu öffnen und zu schließen. Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, für einen jeden der Einspritzzyklen des jeweiligen Einspritzventils einen Teil eines zeitlichen Signalverlaufs des Sensorelements des Einspritzventils auf das Vorhandensein des charakteristischen Signals hin zu untersuchen, wie im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Regelverfahren beschrieben, wobei der genannte Teil des zeitlichen Signalverlaufs in einem zeitlichen Suchfenster dieses Einspritzzyklus enthalten ist. Für das zeitliche Suchfenster sei wiederum auf die entsprechenden Ausführungen in Zusammenhang mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren verwiesen. Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, auf Grundlage des charakteristischen Signals, sofern es in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs detektierbar ist, den Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder den Ist-Schließzeitpunkt dieses Einspritzzyklus zu ermitteln und in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Schließzeitpunkt den mindestens einen Ist-Wert der mindestens einen Stellgröße des Einspritzventils für einen nachfolgenden Einspritzzyklus zu ermitteln. Auch hier sei auf die Ausführungen zu dem vorgeschlagenen Regelverfahren verwiesen.
Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, sofern für dieses Einspritzventil die charakteristischen Signale in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektierbar sind, in nachfolgenden Einspritzzyklen das bereits oben in Zusammenhang mit dem hier vorgeschlagenen Regelverfahren beschriebene Suchverfahren durchzuführen und für dieses Suchverfahren einen Startwert für die Stellgröße dieses Einspritzventils festzulegen und den Ist-Wert der Stellgröße für einen jeden dieser nachfolgenden Einspritzzyklen als die Summe dieses Startwerts und eines zu diesem nachfolgenden Einspritzzyklus gehörigen Inkrementwertes zu ermitteln, wobei die Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen im Verlauf des Suchverfahrens betraglich anwachsen und, in einer speziellen Ausführungsform des Einspritzsystems, außerdem ihr Vorzeichen wechseln.
Auf diese Weise lassen sich die bereits in Zusammenhang mit dem hier vorgeschlagenen Regelverfahren beschriebenen Vorteile bewirken. Die im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Regelverfahren beschriebenen Weiterentwicklungen der Erfindung lassen sich entsprechend auch auf das Einspritzsystem übertragen. Insbesondere kann also das mindestens eine Einspritzventil einen als Piezoelement ausgestalteten Antrieb aufweisen. Das Sensorelement wiederum kann durch den Antrieb des Einspritzventils, also insbesondere durch das genannte Piezoelement im Fall eines Piezoaktors, gegeben sein.
Im Folgenden werden spezielle Ausführungsformen der Erfindung anhand der 1 bis 5 näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Einspritzsystem hier vorgeschlagener Art,
2 ein Flussdiagramm eines Regelverfahrens hier vorgeschlagener Art,
3 einen zeitlichen Signalverlauf, erzeugt mittels eines Sensorelements eines Einspritzsystems hier vorgeschlagener Art,
4 einen weiteren zeitlichen Signalverlauf, erzeugt mittels eines Sensorelements eines Einspritzsystems hier vorgeschlagener Art, und
5 Ist-Werte einer Steuergröße bei der Durchführung eines Suchverfahrens eines Regelverfahrens hier vorgeschlagener Art.
Wiederkehrende Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Merkmale.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Einspritzsystems hier vorgeschlagener Art, das dazu eingerichtet ist, eine spezielle Ausführungsform eines Regelverfahrens hier vorgeschlagener Art durchzuführen. Das Einspritzsystem umfasst eine Steuereinheit 1 und mehrere Einspritzventile 2 zum Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Brennkraftmaschine 3. Prinzipiell ist es möglich, dass es sich bei dem Einspritzsystem um ein Common-Rail-Einspritzsystem handelt. Bei dem Kraftstoff kann es sich beispielsweise um Diesel, und bei der Brennkraftmaschine beispielsweise um einen Dieselmotor handeln. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass es sich bei dem Kraftstoff um Benzin oder einen anderen Kraftstoff und bei der Brennkraftmaschine 3 beispielsweise um einen Ottomotor handelt. Die Brennkraftmaschine 3 kann beispielsweise der Antriebsmotor eines Fahrzeugs, beispielsweise eines PKW, sein.
Im gezeigten Beispiel sind die Einspritzventile 2 als Piezoinjektoren ausgestaltet, umfassen also jeweils einen Aktor 4 mit einem Piezoelement 5 als Antrieb zum Bewegen eines Verschlusselementes 6 des jeweiligen Einspritzventils 2. Die Piezoelemente 5 der Einspritzventile 2 dienen gleichzeitig als Sensorelemente 7, in denen charakteristische Signale ausgelöst werden, sobald das Verschlusselement 6 in einer Verschlussposition 8 (bzw. einem unteren Anschlag) oder an einem oberen Anschlag 9 des jeweiligen Einspritzventils 2 anschlägt. Im vorliegenden Beispiel sind die Einspritzventile als direkt angetriebene Piezoinjektoren ausgestaltet, könnten aber genauso gut als Servo-Injektoren ausgestaltet sein. Anstelle eines Piezoaktors könnten die Einspritzventile 2 aber auch mit magnetischen Aktoren ausgestattet sein, deren Antriebe beispielsweise jeweils eine Spule und einen Permanentmagneten als Antrieb umfassen. Auch dann könnte der Antrieb gleichzeitig als Sensorelement 7 dienen, wie oben beschrieben.
Die Steuereinheit 1 ist eingerichtet, die Injektoren 2 jeweils in wiederkehrenden Einspritzzyklen mittels Steuersignalen anzusteuern. Bei den Steuersignalen kann es sich um Ladeströme bzw. um Entladeströme mit vorgegebenen Stromstärken und vorgegebenen Ladedauern bzw. Entladedauern, und Ladebeginnzeitpunkten und Entladebeginnzeitpunkten. Bei diesen Größen handelt es sich somit um Steuergrößen, die in einem Steuervektor zusammengefasst sind. Die Erzeugung dieser Steuersignale erfolgt gemäß einer speziellen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Regelverfahrens, beispielsweise wie in dem in 2 gezeigten Flussdiagramm schematisch dargestellt.
Mittels der in 1 gezeigten Steuereinheit wird das Regelverfahren für jedes der Einspritzventile 2 durchgeführt. Die folgende Beschreibung bezieht sich somit auf ein jedes dieser Einspritzventile 2.
In Schritt S1 wird mittels einer Recheneinheit 10 der Steuereinheit 1 in Abhängigkeit von einer momentan geforderten Einspritzmenge und einem momentan geforderten zeitlichen Verlauf einer Einspritzrate (ROI, Rate of Injection, gemessen als Kraftstoffvolumen pro Zeiteinheit) charakteristische Zeitpunkte der hierfür benötigten Bewegung des Verschlusselements 6 ermittelt. Zu diesen Zeitpunkten gehört der Öffnungsbeginn (OPP1), in dem sich das Verschlusselement beginnt aus der Schließposition 8 heraus zu bewegen und Einspritzöffnungen (hier nicht dargestellt) des Einspritzventils 2 freizugeben, ggf. der bereits beschriebene Öffnungszeitpunkt (OPP2), in dem das Verschlusselement 6 auf den oberen Anschlag 9 auftrifft (sofern dies vorgesehen ist, vgl. 3 und 4), ggf. der Beginn der Schließbewegung (OPP3), in dem sich das Verschlusselement 6 von dem oberen Anschlag 9 aus zur Schließposition 8 zurückbewegt, und der bereits beschriebene Schließzeitpunkt (OPP4), in dem das Verschlusselement 6 wieder in der Schließposition 8 auftrifft. In 3 und 4 sind zwei verschiedene Beispiele möglicher geforderter zeitlicher Verläufe der Einspritzrate (ROI) schematisch dargestellt und die zugehörigen charakteristischen Zeitpunkte (OPP1 bis OPP4) eingetragen. In dem in 3 gezeigten Beispiel handelt es sich um eine sogenannte ballistische Einspritzung, bei der das Verschlusselement 6 nicht gegen den oberen Anschlag 9 prallt, sondern nur bis unterhalb des oberen Anschlags angehoben wird. In diesem Fall entfallen demnach die beiden Zeitpunkte OPP2 und OPP3, wobei der Schließzeitpunkt (OPP4) eine Regelgröße des Regelverfahrens darstellt.
In dem in 4 gezeigten Beispiel trifft das Verschlusselement 6 auf den oberen Anschlag 9 auf und wird dort für eine von OPP2 bis OPP3 andauernde Zeitspanne gehalten. Sowohl der Schließzeitpunkt OPP4, wie auch der Öffnungszeitpunkt OPP2 werden hierbei als Regelgrößen verwendet.
In dem Verfahrensschritt S2 werden Regelabweichungen aus einem vorausgegangenen Einspritzzyklus bestimmt, wie beispielsweise die Differenz zwischen dem Soll-Schließzeitpunkt und dem gemessenen Ist-Schließzeitpunktes (Soll-OPP4 – Ist-OPP4) und ggf. die Differenz zwischen dem Soll-Öffnungszeitpunkt und dem gemessenen Ist-Öffnungszeitpunkt (Soll-OPP2 – Ist-OPP2).
Im Verfahrensschritt S3 wird in Abhängigkeit von den mittels der Recheneinheit 10 berechneten Regelabweichungen anschließend mit einem PI-Regler 11 der Steuereinheit 1 Korrekturwerte zu Vorsteuer-Werten des Steuervektors (Vorsteuervektor) ermittelt. Diese Vorsteuerwerte werden in Schritt S4 aus einem in einem Datenspeicher 12 der Steuereinheit 1 gespeicherten Vorsteuer-Kennfeld in Abhängigkeit insbesondere von den Sollwerten der Zeitpunkte OPP2 und/oder OPP4 ausgelesen. In Schritt S5 werden die genannten Korrekturwerte des PI-Reglers 11 mit der Recheneinheit 10 zu dem Vorsteuervektor addiert. Hieraus ergibt sich der Ist-Wert des Steuervektors für den momentanen Einspritzzyklus.
In dem in 3 gezeigten Beispiel kann dieser Steuervektor den Zeitpunkt des Ladebeginns T_C, die Ladedauer t_c, sowie die Stärke des Ladestroms I_C beinhalten. In dem in 4 gezeigten Beispiel kann der Steuervektor zusätzlich den Zeitpunkt des Entladebeginns T_DC sowie die Stärke des Entladestroms I_DC beinhalten.
In dem Verfahrensschritt S6 werden mittels einer Endstufe 13 der Steuereinheit 1 Steuersignale entsprechend des momentanen Ist-Wertes des Steuervektors erzeugt und auf den Aktor 4 des Einspritzventils übertragen. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird also zum Zeitpunkt T_C das Piezoelement 5 mit der Ladestromstärke I_C für die Ladedauer t_c aufgeladen und anschließend zum Zeitpunkt T_DC der Entladestromstärke I_DC für die Entladezeitdauer t_DC wieder entladen. Dieser Lade-/Entladevorgang führt zu einer Ausdehnung und einem Zusammenziehen des Piezoelements, wodurch die beschriebene Bewegung des Verschlusselements aus der Schließposition heraus und in diese wieder zurück ausgelöst wird.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Piezoelement 5 des Aktors 4 gleichzeitig als ein Sensorelement 7 verwendet, mit dem die Bewegung des Verschlusselements 6 erfasst und gemessen wird. Hierbei wird ausgenutzt, dass das Verschlusselement in dem Ist-Öffnungszeitpunkt (OPP2, siehe 4), in dem es auf den oberen Anschlag 9 auftrifft, und in dem Ist-Schließzeitpunkt (OPP4, siehe 3 und 4), in dem es in der Schließposition 9 auftrifft, in dem Sensorelement 5 ein charakteristisches Signal, also das Öffnungssignal bzw. das Schließsignal, auslöst.
Bei diesen charakteristischen Signalen kann es sich beispielsweise um Schwankungen einer oder mehrerer elektrischer Messgrößen handeln, welche den momentanen Zustand des Piezoelements 5 beschreiben. Bei diesen Messgrößen handelt es sich im vorliegenden Fall um eine an dem Piezoelement 5 bzw. dem Sensorelement 7 abgegriffene elektrische Spannung U und/oder eine am Piezoelement 5 bzw. dem Sensorelement 7 abgegriffene Stromstärke so wie im Beispiel 4 außerdem eine hieraus abgeleitete elektrische Kapazität C des Piezoelements 5 bzw. Sensorelements 7. Die zeitlichen Signalverläufe des Sensorelements 7, also die zeitlichen Verläufe dieser Messgrößen, werden wie im Folgenden beschrieben mittels der Steuereinheit 1 ausgewertet.
Mittels des Datenspeichers 12 werden zunächst Teile der zeitlichen Signalverläufe, die innerhalb eines von einem oder mehreren Suchfenstern F, F1, F1', F2 des Einspritzzyklus enthalten sind, gespeichert und anschließend mittels der Recheneinheit 10 auf das Vorhandensein der charakteristischen Signale hin untersucht. Im in 3 gezeigten Beispiel ist in jedem Einspritzzyklus genau ein solches zeitliches Suchfenster F vorgesehen, das so gewählt ist, dass es den Soll-Schließzeitpunkt (OPP4) enthält. In dem in 4 gezeigten Beispiel sind hingegen zwei zeitliche Suchfenster F1 und F2 vorgesehen, wobei das Suchfenster F1 den Soll-Öffnungszeitpunkt (OPP2) beinhaltet. (Alternativ könnte auch das ebenfalls in 4 dargestellte Öffnungszeitfenster F1' gewählt werden, welches außerdem den Soll-Zeitpunkt (OPP1) beinhaltet). Das zweite Suchfenster F2 ist von dem ersten Suchfenster F1 getrennt und beinhaltet den Soll-Schließzeitpunkt OPP4. Die Speicherung der genannten Teile der Signalverläufe und deren Auswertung erfolgen im Verfahrensschritt S7.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem charakteristischen Signal 14 insbesondere um eine Schwankung der an dem Sensorelement 7 abgegriffenen Spannung U, im gezeigten vereinfachten Beispiel in der Form eines lokalen Maximums. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den charakteristischen Signalen 14, 15 insbesondere um Schwankungen in der Kapazität C des Sensorelementes 7 bzw. des Piezoelements 5. In dem gezeigten vereinfachten Beispiel handelt es sich bei den charakteristischen Signalen im Suchfenster F2 um ein lokales Minimum 14 der Kapazität C und im Suchfenster F1 um ein lokales Maximum der Kapazität C, sowie im Fall des Suchfensters F1' außerdem um ein weiteres lokales Maximum 16 (charakteristisch für den Zeitpunkt OPP1).
Im nachfolgenden Verfahrensschritt S8 wird eine Fallunterscheidung vorgenommen, wobei das Verfahren mit dem Verfahrensschritt S9 fortgesetzt wird, falls die charakteristischen Signale (das charakteristische Signal 14 im in 3 gezeigten Beispiel bzw. die charakteristischen Signale 14 und 15 im in 4 gezeigten Beispiel) detektiert werden konnten. Andernfalls, also im Fall eines Regelverlusts) wird ein Suchverfahren durchgeführt, welches mit dem Verfahrensschritt X1 beginnt.
Im Verfahrensschritt S9 wird auf Grundlage des charakteristischen Signals 14 der Ist-Schließzeitpunkts (OPP4) dieses Einspritzzyklus ermittelt und außerdem, im Fall des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels, anhand des charakteristischen Signals 15 außerdem der Ist-Öffnungszeitpunkt (OPP2). Außerdem wird im Verfahrensschritt S9 ein Iterator n auf den Wert „0“ gesetzt. Die Funktion des Iterators n wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem Suchverfahren näher erläutert.
Anschließend wird der nächste Einspritzzyklus dieses Einspritzventils 2 mit dem Verfahrensschritt S1 begonnen. Hierbei kann auf den im Verfahrensschritt S9 ermittelten und in dem Datenspeicher 12 der Steuereinheit gespeicherten Ist-Schließzeitpunkt und dem eventuell ebenfalls ermittelten Ist-Öffnungszeitpunkt (OPP2) zurückgegriffen werden, insbesondere bei der Ermittlung der Regelabweichung und der Bestimmung des Ist-Wertes des Steuervektors in den nachfolgenden Verfahrensschritten S2 bis S5.
Im Fall, dass das Suchverfahren durchgeführt wird, wird im Verfahrensschritt X1 der Iterator n, welcher den Wert einer ganzen Zahl größer oder gleich „0“ annehmen kann, um 1 erhöht. Zu Beginn des Suchverfahrens wird der Iterator von dem Wert „0“ auf den Wert „1“ gesetzt. Im nachfolgenden Schritt X2 wird der Wert des Iterators n überprüft. Falls der Iterator n einen festgelegten Schwellwert n_max überschritten hat, dann ist damit ein Abbruchkriterium des Suchverfahrens bzw. des Regelverfahrens erfüllt, so dass der Verfahrensschritt X6 durchgeführt, welcher ein Notlaufprogramm des Einspritzsystems darstellt. Falls das Abbruchkriterium nicht erfüllt ist und der Iterator den Wert 1 aufweist, wird der Verfahrensschritt X3 durchgeführt, falls das Abbruchkriterium nicht erfüllt ist und der Iterator einen Wert größer als 1 aufweist, wird direkt nach dem Verfahrensschritt X2 der Verfahrensschritt X4 durchgeführt.
Im Verfahrensschritt X3 des Suchverfahrens wird ein Startwert S_Start für die Stellgröße bzw. Startwerte für Komponenten des Stellvektors dieses Einspritzventils festgelegt. Für den Startwert S_Start kommen verschiedene Definitionen infrage. Beispielsweise kann als Startwert S_Start des Suchverfahrens der Ist-Stellwert S_Ist der Stellgröße eines vorausgegangenen Einspritzzyklus dieses Einspritzventils 2 verwendet werden, beispielsweise des letzten Einspritzzyklus dieses Einspritzventils 2, bei dem die charakteristischen Signale 14, 15 zuletzt detektiert worden sind (etwa im vorausgegangenen Verfahrensschritt S7 bei anschließender Speicherung im Verfahrensschritt S9 im Datenspeicher 12 der Steuereinheit 1). Es ist auch möglich, dass der Startwert des Suchverfahrens einer für dieses Ventil fest vorgegebenen Referenzkalibration des Einspritzventils 2 entspricht. Eine solche Referenzkalibration kann beispielsweise in dem Datenspeicher 12 der Steuereinheit 1 gespeichert sein. Bei dieser Referenzkalibration kann es sich um ein Referenzkennfeld handeln, aus dem der Startwert S_Start in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitspunkt des Einspritzventils 2 bzw. der Brennkraftmaschine 3 beispielsweise mittels der Recheneinheit 10 auslesbar ist. Es ist ferner möglich, dass der Startwert S_Start des Suchverfahrens unter Berücksichtigung und/oder in Abhängigkeit von Ist-Werten von Stellgrößen bzw. Stellvektoren der übrigen Einspritzventile 2 des Einspritzsystems ermittelt wird. Beispielsweise können diese Ist-Werte ebenfalls in dem Datenspeicher 12 gespeichert sein und beispielsweise zu vorausgegangenen Einspritzzyklen dieser weiteren Einspritzventile 2 gehören (typischerweise jeweils ermittelt in den Verfahrensschritten S7 und abgelegt in dem Datenspeicher 12 in dem Verfahrensschritt S9 der Regelkreise dieser Einspritzventile). Beispielsweise kann mittels der Recheneinheit 10 ein Mittelwert dieser Ist-Werte der Stellgrößen bzw. der betreffenden Komponenten der Stellvektoren dieser weiteren Einspritzventile 2 gebildet werden und der Startwert S_Start des Suchverfahrens auf Grundlage dieses Mittelwertes bestimmt werden, beispielsweise als dieser Mittelwert.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt X4 wird ein Inkrementwert (bzw. ein Inkrementvektor) I_n ermittelt, der im anschließenden Verfahrensschritt X5 zu dem Startwert S_Start hinzuaddiert wird. Diese Summe des Startwertes S_Start und des Inkrementwerts I_n dient im nachfolgenden Verfahrensschritt S9 als aktuelle Stellgröße S_Ist zum Ansteuern des Aktors 4 mittels der Endstufe 13 der Steuereinheit 1, wie bereits oben beschrieben. Es gilt also jeweils S_Ist = S_Start + I_n, vgl. 5. Im vorliegenden Fall, bei dem die Stellgröße einen mehrdimensionaler Stellvektor ist, ist vorgesehen, dass nur eine Komponente des Stellvektors im Suchverfahren variiert wird, während die Ist-Werte der übrigen Komponenten des Stellvektors nicht verändert werden. Dementsprechend hat der Inkrementvektor genau einen nicht-verschwindenden Eintrag. Beispielsweise handelt es sich bei dieser Komponente um die Ladestromstärke I_C, den Ladezeitpunkt T_C, den Entladezeitpunkt T_DC, die Ladedauer T_C oder die Entladedauer T_DC. Ferner ist vorgesehen, dass im Fall eines Verlusts des Öffnungssignals eine andere Komponente des Steuervektors variiert wird als im Fall eines Verlusts des Schließsignals. Somit unterscheidet sich das Suchverfahren im Fall des Verlusts des Öffnungssignals (erstes Suchverfahren) von dem Suchverfahren im Fall des Verlusts des Schließsignals (zweites Suchverfahren).
In einer alternativen Ausführungsform werden während des Suchverfahrens mehrere Komponenten des Stellvektors variiert, wie etwa die Ladestromstärke und die Ladedauer, wie weiter oben bereits beschrieben wurde. Dann hat der Inkrementvektor typischerweise zwei oder mehr nicht-verschwindende Komponenten.
Anschließend wird in Verfahrensschritt S7 und S8, wie oben beschrieben, überprüft, ob die charakteristischen Signale detektiert werden können und, falls dies der Fall ist, wird das Regelverfahren mit dem Verfahrensschritt S9 weitergeführt. Falls dies nicht der Fall ist, wird das Suchverfahren mit dem Verfahrensschritt X1 fortgesetzt.
Wie aus 5 zu erkennen ist, wird in jedem der Einspritzzyklen während des Suchverfahrens genau ein Inkrementwert (bzw. Inkrementvektor) I_n erzeugt und ausschließlich dieser jeweils zu dem Startwert hinzuaddiert. Die Beträge der Inkrementwerte I_n bzw. der (einzigen) nicht-verschwindenden Komponente des Inkrementvektors wachsen im gezeigten Beispiel streng monoton mit dem Wert n des Iterators n. Ferner wechseln die Inkrementwerte bzw. die (einzige) nicht-verschwindenden Komponenten der Inkrementvektoren ihre Vorzeichen gemäß (–1)ⁿ. Alternativ könnten diese Vorzeichenwechsel aber auch seltener erfolgen oder es könnte prinzipiell auch auf die Vorzeichenwechsel vollständig verzichtet werden, wie weiter oben beschrieben wurde. Auch könnte alternativ ein lediglich monotoner betraglicher Anstieg der Inkrementwerte bzw. der (einzigen) nicht-verschwindenden Komponenten der Inkrementvektoren vorgesehen sein.
In dem Verfahrensschritt X5 wird ferner als weiteres Abbruchkriterium überprüft, ob die Komponenten des Ist-Werts des Steuervektors bzw. ob die im Suchverfahren variierte Komponente des Ist-Werts des Steuervektors, wie beispielsweise die Ladestromstärke I_C, der Ladezeitpunkt T_C, der Entladezeitpunkt T_DC, die Ladedauer T_C oder die Entladedauer T_DC einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder einen vorgegebenen weiteren Schwellwert unterschreitet, siehe S_max und S_min in 5. Falls dies der Fall ist, wird der Verfahrensschritt X7 durchgeführt, der ein Notlaufprogramm beinhaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1760305 A1 [0014]

Claims

Regelverfahren für ein Einspritzsystem mit mindestens einem Einspritzventil (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine (3), – wobei in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einem Ist-Wert einer Stellgröße des Einspritzventils (2) mittels eines Aktors (4) des Einspritzventils (2) ein Verschlusselement (6) des Einspritzventils (2) bewegt wird, – wobei das Verschlusselement (6) in einem Ist-Öffnungszeitpunkt (OPP2) auf einem oberen Anschlag (9) auftrifft und/oder in einem Ist-Schließzeitpunkt (OPP4) in einer Schließposition (8) auftrifft, wobei das Verschlusselement (6), wenn es in der Schließposition (8) oder auf den oberen Anschlag (9) auftrifft, ein charakteristisches Signal eines Sensorelements (7) des Einspritzventils (2) auslöst, – wobei während mindestens eines der Einspritzzyklen ein zeitlicher Signalverlauf des Sensorelements (7) erfasst wird und ein in einem zeitlichen Suchfenster (F, F1, F2) des Einspritzzyklus enthaltener Teil des Signalverlaufs auf das Vorhandensein des charakteristischen Signals hin untersucht wird, – wobei das zeitliche Suchfensters dieses Einspritzzyklus so gewählt wird, dass es einen erwarteten Öffnungszeitpunkt (OPP2), in dem das Auftreffen des Verschlusselements auf dem Anschlag erwartet wird, oder einen erwarteten Schließzeitpunkt (OPP4), in dem das Auftreffen des Verschlusselements in der Schließposition erwartet wird, enthält, – wobei, sofern das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs detektiert wird, auf Grundlage des charakteristischen Signals der Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder der Ist-Schließzeitpunkt dieses Einspritzzyklus ermittelt wird, – wobei der Ist-Wert der Stellgröße des Einspritzventils (2) für einen nachfolgenden Einspritzzyklus in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Schließzeitpunkt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern für diesen Einspritzzyklus das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektiert wird, in nachfolgenden Einspritzzyklen ein Suchverfahren durchgeführt wird, wobei für dieses Suchverfahren ein Startwert für die Stellgröße dieses Einspritzventils (2) festgelegt wird, wobei der Ist-Wert der Stellgröße für einen jeden dieser nachfolgenden Einspritzzyklen als die Summe dieses Startwerts und eines zu diesem nachfolgenden Einspritzzyklus gehörigen Inkrementwertes ermittelt wird, wobei die Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen im Verlauf des Suchverfahrens betraglich anwachsen.
Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen im Verlauf des Suchverfahrens ihr Vorzeichen wechseln.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor des Einspritzventils (2) einen als Piezo-Element (5) ausgestalteten Antrieb aufweist.
Regelverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) des Einspritzventils (2) das Piezo-Element (5) des Aktors des Einspritzventils (2) ist.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Signal des Sensorelements (7) eine Schwankung einer elektrischen Messgröße ist.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße des Einspritzventils (2) ein Ansteuerungszeitpunkt des Aktors, ein Ladebeginn des Aktors, ein Entladebeginn des Aktors, eine Ladedauer des Aktors, eine Stromstärke oder eine Spannung ist oder eine Kombination mehrerer dieser Größen beinhaltet.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Startwert des Suchverfahrens der Ist-Wert der Stellgröße eines vorausgegangenen Einspritzzyklus dieses Einspritzventils (2) verwendet wird.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startwert des Suchverfahrens einer für dieses Einspritzventil (2) fest vorgegebenen Referenzkalibration des Einspritzventils (2) entspricht.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startwert des Suchverfahrens unter Berücksichtigung und in Abhängigkeit von Ist-Werten von Stellgrößen weiterer Einspritzventile des Einspritzsystems ermittelt wird.
Regelverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert der Ist-Werte von Stellgrößen der weiteren Einspritzventile gebildet wird und der Startwert des Suchverfahrens auf Grundlage dieses Mittelwertes bestimmt wird.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen jeden der Einspritzzyklen zusätzlich zu dem erstgenannten zeitlichen Suchfenster (F, F1, F2) ein weiteres zeitliches Suchfenster (F, F1, F2) vorgesehen ist, das von dem erstgenannten Suchfenster (F, F1, F2) zeitlich getrennt ist, wobei das erstgenannte Suchfenster (F, F1, F2) so gewählt wird, dass es den erwarteten Öffnungszeitpunkt des Einspritzzyklus umfasst, wobei das weitere Suchfenster (F, F1, F2) so gewählt wird, dass es den erwarteten Schließzeitpunkt des Einspritzzyklus umfasst, wobei außerdem ein weiterer Teil des während dieses Einspritzzyklus erfassten zeitlichen Signalverlaufs des Sensorelements (7) auf das Vorhandensein der charakteristischen Signale hin untersucht wird, wobei der genannte weitere Teil des zeitlichen Verlaufs in dem weiteren zeitlichen Suchfenster (F, F1, F2) dieses Einspritzzyklus enthalten ist, wobei, sofern die charakteristischen Signale in dem genannten weiteren Teil des zeitlichen Signalverlaufs detektiert werden, auf Grundlage dieses charakteristischen Signals der Ist-Schließzeitpunkt dieses Einspritzzyklus ermittelt wird, wobei der Ist-Wert der Stellgröße des Einspritzventils (2) für einen nachfolgenden Einspritzzyklus in Abhängigkeit von dem Ist-Schließzeitpunkt ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass, sofern die charakteristischen Signale in dem genannten weiteren Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektiert werden, in nachfolgenden Einspritzzyklen ein weiteres Suchverfahren durchgeführt wird, wobei für dieses weitere Suchverfahren ein weiterer Startwert für die Stellgröße dieses Einspritzventils (2) festgelegt wird, wobei der Ist-Wert der Stellgröße für einen jeden dieser nachfolgenden Einspritzzyklen als die Summe dieses weiteren Startwerts und eines zu diesem nachfolgenden Einspritzzyklus gehörigen weiteren Inkrementwertes ermittelt wird, wobei die weiteren Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen im Verlauf des weiteren Suchverfahrens betraglich anwachsen.
Regelverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Inkrementwerte ihr Vorzeichen alternierend wechseln.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erwartete Öffnungszeitpunkt in Abhängigkeit von dem Ist-Öffnungszeitpunkt eines vorausgegangenen Einspritzzyklus ermittelt wird und/oder dass der erwartete Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Ist-Schließzeitpunkt eines vorausgegangenen Einspritzzyklus ermittelt wird.
Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für der erwartete Öffnungszeitpunkt ein Soll-Öffnungszeitpunkt ist und/oder der erwartete Schließzeitpunkt ein Soll-Schließzeitpunkt ist, wobei Ist-Wert der Steuergröße so gewählt wird, dass der Ist-Öffnungszeitpunkt möglichst genau dem Soll-Öffnungszeitpunkt entspricht und/oder dass der Ist-Schließzeitpunkt möglichst genau dem Soll-Schließzeitpunkt entspricht.
Einspritzsystem, umfassend mindestens ein Einspritzventil (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzventil (2) ein Verschlusselement (6) zum Verschließen des Einspritzventils (2) und einen Aktor (4) zum Bewegen des Verschlusselement (6) zwischen einem oberen Anschlag und einer Schließposition des Verschlusselements umfasst, wobei das Einspritzsystem ein Sensorelement aufweist, in dem durch ein Auftreffen des Verschlusselements auf dem oberen Anschlag in einem Ist-Öffnungszeitpunkt (OPP2) und/oder durch ein Auftreffen des Verschlusselements in einer Schließposition in einem Ist-Schließzeitpunkt (OPP4) charakteristische Signale auslösbar sind, wobei das Einspritzsystem eine Steuereinheit (1) umfasst, die eingerichtet ist, den Aktor (4) des Einspritzventils (2) in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einem Ist-Wert einer Stellgröße des Einspritzventils (2) zum Bewegen des Verschlusselements anzusteuern, wobei die Steuereinheit (1) eingerichtet ist, für einen jeden der Einspritzzyklen des Einspritzventils (2) einen Teil eines zeitlichen Signalverlaufs des Sensorelements (7) auf das Vorhandensein des charakteristischen Signals hin zu untersuchen, wobei der genannte Teil des zeitlichen Signalverlaufs in einem zeitlichen Suchfenster (F, F1, F2) dieses Einspritzzyklus enthalten ist, wobei das zeitliche Suchfensters so gewählt ist, dass es außerdem einen erwarteten Öffnungszeitpunkt (OPP2) oder einen erwarteten Schließzeitpunkt (OPP4) enthält, wobei die Steuereinheit (1) eingerichtet ist, auf Grundlage des charakteristischen Signals, sofern das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs detektierbar ist, den Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder den Ist-Schließzeitpunkt dieses Einspritzzyklus zu ermitteln, wobei die Steuereinheit (1) ferner eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Öffnungszeitpunkt und/oder in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Schließzeitpunkt den mindestens einen Ist-Wert der mindestens einen Stellgröße des Einspritzventils (2) für einen nachfolgenden Einspritzzyklus zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) eingerichtet ist, sofern für dieses Einspritzventil (2) die charakteristischen Signale in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektierbar sind, in nachfolgenden Einspritzzyklen ein Suchverfahren durchzuführen und für dieses Suchverfahren einen Startwert für die Stellgröße dieses Einspritzventils (2) festzulegen und den Ist-Wert der Stellgröße für einen jeden dieser nachfolgenden Einspritzzyklen als die Summe dieses Startwerts und eines zu diesem nachfolgenden Einspritzzyklus gehörigen Inkrementwertes zu ermitteln, wobei die Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen im Verlauf des Suchverfahrens betraglich anwachsen.
Einspritzsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkrementwerte der nachfolgenden Einspritzzyklen alternierende Vorzeichen aufweisen.
Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) des Einspritzventils (2) einen als Piezo-Element (5) ausgestalteten Antrieb aufweist.
Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) des Einspritzventils (2) das Piezo-Element (4) des Aktors (5) des Einspritzventils (2) ist.
Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Signal des Sensorelements (7) eine Schwankung einer elektrischen Messgröße ist.
Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen.