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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die elektrische Ansteuerung bzw. Erregung von Kraftstoffinjektoren bzw. Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen einer in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer elektrischen Ansteuerdauer einer elektrischen Ansteuerung eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum elektrischen Ansteuern eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm zum Durchführen dieser Verfahren.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen erfolgt die Zuführung von zu verbrennendem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine unter Verwendung von Einspritzventilen bzw. Kraftstoffinjektoren.
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Kraftstoffinjektoren können einen piezoelektrischen Antrieb oder einen Spulenantrieb aufweisen. Der Spulenantrieb eines Kraftstoffinjektors weist typischerweise eine elektrisch erregbare Spule und einen relativ zur Spule verschiebbar gelagerten magnetischen Anker auf. Beim Öffnen des Kraftstoffinjektors wird der magnetische Anker entgegen der rückstellenden Kraft einer Feder durch eine Magnetkraft bewegt, welche aus einer Bestromung der Spule resultiert.
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Um eine hohe Genauigkeit bzgl. der Menge an eingespritztem Kraftstoff zu gewährleisten, ist es erforderlich, Informationen über den tatsächlichen Bewegungsverlauf des magnetischen Ankers zu haben, um bei Abweichungen wie z.B. einer verzögerten oder verlangsamten Öffnung und/oder einer verzögerten oder verlangsamten Schließung des Kraftstoffinjektors die elektrische Ansteuerung des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors so zu modifizieren, dass diese Abweichung zumindest teilweise kompensiert wird. Informationen über den tatsächlichen Bewegungsverlauf können anhand der Auswertung von elektrischen Rückkopplungssignalen erlangt werden, die beispielsweise auf dem zeitlichen Verlauf einer Spannung basieren, welche bei der tatsächlichen Bewegung des magnetischen Ankers in der Spule induziert wird.
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Aus der
DE 10 2009 032 521 A1 ist ein Verfahren bekannt, wie der tatsächliche Schließzeitpunkt eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors basierend auf einer genauen Auswertung der Ansteuerspannung des Spulenantriebs bestimmt werden kann. Dieses Verfahren weist auf (a) ein Abschalten eines Stromflusses durch eine Spule des Spulenantriebs, so dass die Spule stromlos ist, (b) ein Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule induzierten Spannung, wobei die induzierte Spannung durch abklingende Wirbelströme in einem Magnetkreis des Spulenantriebs und durch eine Bewegung eines Magnetankers relativ zu der Spule erzeugt wird, (c) ein Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung, und (d) ein Bestimmen des Schließzeitpunktes basierend auf dem ausgewerteten zeitlichen Verlauf.
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Aus der
DE 10 2010 063 009 A1 ist bekannt, dass die Bewegung eines magnetischen Ankers eines Kraftstoffinjektors mittels einer Erfassung und Auswertung einer magnetischen Hysteresekurve charakterisiert werden kann. Dabei kann sowohl der Zeitpunkt des Beginns einer Bewegung eines Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors als auch der Zeitpunkt des Endes einer Bewegung des Spulenantriebs ermittelt werden.
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Aus der
DE 10 2011 076 363 A1 ist bekannt, wie ein Standardserien-Öffnungsverhalten eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors basierend auf einem Test-Öffnungsverhalten unter dem Einfluss eines Testpulses mit konstanter Spannung bestimmt werden kann. Dieses Verfahren weist auf (a) ein Beaufschlagen des Spulenantriebs mit einem Test-Spannungsprofil, welches innerhalb eines Test-Zeitfensters eine zumindest annähernd konstante Test-Spannung aufweist, so dass sich ein Magnetanker des Spulenantriebs von einer Schließposition in eine Öffnungsposition bewegt, (b) ein Messen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stroms, (c) ein Identifizieren eines charakteristischen Merkmals in dem gemessenen zeitlichen Verlauf der Stromstärke, (d) ein Ermitteln einer Zeitdifferenz zwischen dem Beginn des Test-Zeitfensters und dem Auftreten des charakteristischen Merkmals, und (e) ein Bestimmen des zeitlichen Öffnungsverhaltens des Kraftstoffinjektors, welches sich bei einer Beaufschlagung des Spulenantriebs mit einem Standardserien-Spannungsprofil ergibt, als Funktion der ermittelten Zeitdifferenz.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das tatsächliche Bewegungsverhalten eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors unter dem Einfluss einer elektrischen Ansteuerung zu charakterisieren und dadurch die elektrische Ansteuerdauer so zu bestimmen, dass eine hohen Genauigkeit bzgl. der tatsächlich eingespritzten Menge an Kraftstoff gewährleistet ist.
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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.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen einer in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer elektrischen Ansteuerdauer einer elektrischen Ansteuerung eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Bestimmen einer hydraulischen Öffnungsdauer basierend auf der einzuspritzenden Kraftstoffmenge unter Verwendung einer vorbekannten ersten Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, wobei die hydraulische Öffnungsdauer gegeben ist durch die Zeitspanne zwischen (i) dem Beginn einer Öffnungsbewegung eines Magnetankers des Spulenantriebs und (ii) dem Ende einer Schließbewegung des Magnetankers, (b) ein Messen einer Schließdauer der Schließbewegung des Kraftstoffinjektors basierend auf einem elektrischen Rückkopplungssignal des Spulenantriebs, wobei die Schließdauer der Schließbewegung gegeben ist durch die Zeitspanne zwischen (i) dem Ende der elektrischen Ansteuerung des Spulenantriebs und (ii) dem Ende der Schließbewegung des Magnetankers des Spulenantriebs, und (c) ein Bestimmen der elektrischen Ansteuerdauer basierend auf der bestimmten hydraulischen Öffnungsdauer unter Verwendung von (i) einer vorbekannten zweiten Korrelation zwischen der elektrischen Ansteuerdauer und der hydraulischen Öffnungsdauer und (ii) der gemessenen Schließdauer.
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Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Zusammenhang zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der elektrischen Ansteuerdauer dann besonders genau bestimmt werden kann, wenn dieser Zusammenhang (i) in eine hydraulische erste Korrelation und (ii) in eine elektrische zweite Korrelation zerlegt wird. Insbesondere können systematische Einflüsse eines bestimmten Kraftstoffinjektor-Systems, welches den Kraftstoffinjektor und eine elektrische Hardwarevorrichtung zum Bereitstellen der elektrischen Ansteuerung aufweisen kann, besonders gut dargestellt werden.
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Bei dem hier beschriebenen Verfahren stellt die hydraulische erste Korrelation einen Zusammenhang zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der hydraulischen Öffnungsdauer her und die elektrische zweite Korrelation stellt einen Zusammenhang zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer und der elektrischen Ansteuerdauer des Spulenantriebs her. Beide Korrelationen können für einen bestimmten Typ von Kraftstoffinjektor-System in einem geeigneten Teststand für ein Kraftstoff-Einspritzsystem experimentell bestimmt werden. Die gemessene Schließdauer, welche erfindungsgemäß für die Bestimmung der elektrischen Ansteuerdauer verwendet wird, kann individuell für jeden Kraftstoffinjektor gemessen werden. Damit können für einen bestimmten Typ von Kraftstoffinjektor Kraftstoffinjektor-individuelle Streuungen erfasst und bei der Bestimmung der elektrischen Ansteuerdauer berücksichtigt werden. Somit kann auf einfache und effektive Weise die Mengengenauigkeit von Kraftstoffinjektoren verbessert werden.
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Anschaulich ausgedrückt erfolgt bei dem hier beschriebenen Verfahren eine Trennung der hydraulischen Zeitskala von der elektrischen Zeitskala. Die erste Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge kann durch eine geeignete Kalibration eines bestimmten Typs von Kraftstoffinjektor insbesondere an einem Motorteststand durchgeführt werden. Die erste Korrelation ist dann (für einen bestimmten Typ von Kraftstoffinjektor) fest und wird bei der Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens nicht verändert. Damit hängt die bestimmte hydraulische Öffnungsdauer lediglich von einer variablen Größe, nämlich der einzuspritzenden Kraftstoffmenge (bzw. dem aktuellen Fahrerwunsch) ab.
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Auch die zweite Korrelation zwischen der elektrischen Ansteuerdauer und der hydraulischen Öffnungsdauer kann durch eine geeignete Kalibration eines bestimmten Typs von Kraftstoffinjektor insbesondere an einem Motorteststand durchgeführt werden und ist damit (für einen bestimmten Typ von Kraftstoffinjektor) fest. Allerdings hängt erfindungsgemäß das Bestimmen der elektrischen Ansteuerdauer nicht nur von der bestimmten und damit variablen hydraulischen Öffnungsdauer und der für einen Typ von Kraftstoffinjektor fest vorgegebenen zweiten Korrelation sondern auch von der gemessenen Schließdauer ab. Damit kann während des Betriebs des betreffenden Kraftstoffinjektors die Abhängigkeit zwischen der bestimmten elektrischen Ansteuerdauer und der bestimmten hydraulischen Öffnungsdauer Injektor-individuell gelernt werden.
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Die beiden bevorzugt mittels einer Testreihe in einem Kraftstoffinjektor-Teststand ermittelten Korrelationen, nämlich die erste Korrelation und die zweite Korrelation, können von verschiedenen Parametern abhängen, welche den Betriebszustand des Kraftstoffinjektors und/oder den Betriebszustand der gesamten den Kraftstoffinjektor enthaltenen Brennkraftmaschine beschreiben. Je nach Anzahl der Parameter können die beiden Korrelationen jeweils ein bestimmtes Kennfeld definieren, dessen Dimension durch die Anzahl der berücksichtigten Parameter gegeben ist.
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Das Kennfeld der ersten Korrelation kann insbesondere eine Variation von zumindest einem der folgenden Parameter umfassen: (a) Temperatur des einzuspritzenden Kraftstoffs, (b) Dichte des einzuspritzenden Kraftstoffs, (c) Viskosität des einzuspritzenden Kraftstoffs, (d) Kraftstoffdruck in einem Kraftstoff-Zuführungssystem. Das Kennfeld der zweiten Korrelation kann insbesondere eine Variation von zumindest einem der folgend aufgeführten Parameter umfassen: (a) Temperatur des betreffenden Kraftstoffinjektors, (b) Kraftstoffdruck in einem Kraftstoff-Zuführungssystem, (c) Zeitlicher Abstand zwischen verschiedenen Teileinspritzungen bei einer Mehrfacheinspritzung, (d) Restmagnetisierung des Spulenantriebs (insbesondere von einer vorhergehenden Einspritzung von Kraftstoff. Insbesondere das erste Kennfeld und/oder das zweite Kennfeld können von dem mechanischen Design des Kraftstoffinjektors und dessen Toleranzen abhängen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Auflistung der verschiedenen Parameter, welche die erste Korrelation und/oder die zweite Korrelation bestimmen, nicht abschließend ist. Je nach spezieller Anwendung können auch noch andere Parametere für eine (noch genauere) Bestimmung der Kennfelder herangezogen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das elektrische Rückkopplungssignal der zeitliche Verlauf einer induzierten Spannung, die infolge einer Bewegung und/oder einer Bewegungsänderung des Magnetankers relativ zu einer Spule des Spulenantriebs erzeugt wird.
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Das elektrische Rückkopplungssignal kann an den gleichen elektrischen Leitungen abgenommen oder erfasst werden, welche auch zur elektrischen Ansteuerung bzw. Erregung (der Spule) des Spulenantriebs verwendet werden. Der Zeitpunkt des Schließens des Kraftstoffinjektors, welcher Zeitpunkt mit dem Ende der Schließbewegung zusammenfällt, kann beispielsweise durch das Auftreten eines charakteristischen Merkmals in dem zeitlichen Verlauf des Rückkopplungssignals und/oder in der zeitlichen Ableitung des Rückkopplungssignals bestimmt sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Art und Weise wie die Schließdauer bzw. wie der Schließzeitpunkt des Kraftstoffinjektors anhand des elektrischen Rückkopplungssignals ermittelt wird, nicht im Fokus des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens steht. Vielmehr wird davon ausgegangen, dass dem Fachmann mehrere Möglichkeiten zum Ermitteln der Schließdauer bzw. des Schließzeitpunktes basierend auf dem elektrischen Rückkopplungssignal geläufig sind, so dass die Art und Weise der Ermittlung der Schließdauer bzw. des Schließzeitpunktes an dieser Stelle nicht im Detail erläutert wird. Lediglich beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die bekannten Verfahren verwiesen, die in den vorstehend genannten Druckschriften
DE 10 2009 032 524 A1 und
DE 10 2010 063 009 A1 im Detail beschrieben sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zusammenhang zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr gegeben durch Ti_hydr = Ti_electr + T_close – T_open, wobei T_close die gemessene Schließdauer und T_open eine Öffnungsdauer der Öffnungsbewegung des Kraftstoffinjektors ist, wobei die Öffnungsdauer der Öffnungsbewegung gegeben ist durch die Zeitspanne zwischen (i) dem Beginn der elektrischen Ansteuerung des Spulenantriebs und (ii) dem Beginn einer Öffnungsbewegung des Magnetankers.
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Damit wird zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr ein einfacher Zusammenhang hergestellt, welcher dazu beiträgt, dass das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auf einfache und zugleich zuverlässige Weise ausgeführt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung berücksichtigt ein der zweiten Korrelation zugeordnetes zweites Kennfeld die Öffnungsdauer T_open des betreffenden Typs von Kraftstoffinjektor. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, dass zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der elektrischen Ansteuerdauer lediglich eine Messgröße, nämlich die tatsächliche Schließdauer (basierend auf dem elektrischen Rückkopplungssignal des Spulenantriebs) gemessen werden muss. Dabei wird angenommen, dass die Öffnungsdauern der Öffnungsbewegungen von verschiedenen Kraftstoffinjektoren desselben Typs zumindest annähernd gleich sind. Da jedoch die Injektor-individuelle Streuung der Öffnungsdauer im Vergleich zu der Injektor-individuellen Streuung der Schließdauer wesentlich kleiner ist, ist diese Annahme in vielen Einspritzsystemen in guter Näherung sehr gut erfüllt und der Zusammenhang zwischen der in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der dazu erforderlichen elektrischen Ansteuerdauer der elektrischen Ansteuerung des Spulenantrieb des Kraftstoffinjektors kann auf relative einfache Weise bestimmt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Messen der Öffnungsdauer der Öffnungsbewegung des Kraftstoffinjektors basierend auf dem elektrischen Rückkopplungssignal des Spulenantriebs auf. Dabei erfolgt das Bestimmen der elektrischen Ansteuerdauer basierend auf der bestimmten hydraulischen Öffnungsdauer ferner unter Verwendung von der gemessenen Öffnungsdauer.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also nicht nur die Schließdauer sondern auch die Öffnungsdauer individuell für den betreffenden Kraftstoffinjektor gemessen und die Injektor-individuell resultierenden Werte werden bei der Bestimmung des Zusammenhangs zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der elektrischen Ansteuerdauer des Spulenantriebs berücksichtigt. Diese erfordert zwar einen gewissen messtechnischen Aufwand und einen Aufwand bei der Auswertung der gemessenen Werte, dafür kann der Zusammenhang zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der elektrischen Ansteuerdauer des Spulenantriebs besonders genau bestimmt werden. Dadurch kann die Mengengenauigkeit von Einspritzvorgängen weiter verbessert werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass auch die Art und Weise wie die Öffnungsdauer bzw. wie der Öffnungszeitpunkt des Kraftstoffinjektors anhand des elektrischen Rückkopplungssignals ermittelt wird, nicht im Fokus des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens steht. Vielmehr wird davon ausgegangen, dass dem Fachmann mehrere Möglichkeiten zum Ermitteln der Öffnungsdauer bzw. des Öffnungszeitpunkts basierend auf dem elektrischen Rückkopplungssignal geläufig sind, so dass die Art und Weise der Ermittlung der Öffnungsdauer bzw. des Öffnungszeitpunkts an dieser Stelle nicht im Detail erläutert wird. Lediglich beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Verfahren verwiesen, die in den vorstehend genannten Druckschriften
DE 10 2010 063 009 A1 und
DE 10 2011 076 363 A1 im Detail beschrieben sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Ansteuern eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Empfangen eines Signals, welches für die aktuelle in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge indikativ ist, (b) ein Durchführen des vorstehend beschrieben Verfahrens zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer elektrischen Ansteuerdauer für einen Spulenantrieb eines Kraftstoffinjektors, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge anhand des empfangenen Signals ermittelt wird, und (c) ein Ansteuern des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors mit der bestimmten elektrischen Ansteuerdauer.
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Dem beschriebenen Ansteuerverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der elektrischen Ansteuerdauer der elektrischen Ansteuerung des Spulenantriebs verwendet werden kann, um den Kraftstoffinjektor so zu betreiben, dass eine besonders hohe Genauigkeit bzgl. der tatsächlich eingespritzten Mange an Kraftstoff gewährleistet werden kann. Dadurch können Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine reduziert und/oder die Laufruhe der Brennkraftmaschine erhöht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die vorbekannte zweite Korrelation zwischen der elektrischen Ansteuerdauer und der hydraulischen Öffnungsdauer für die aktuellen Betriebsbedingungen eines den Kraftstoffinjektor aufweisenden Einspritzsystems mittels einer Arbeitskurve beschrieben, bei der einigen Werten für die hydraulische Öffnungsdauer jeweils zwei Werte für die elektrische Ansteuerdauer zugeordnet sind. Dabei wird dem niedrigsten Wert für die hydraulische Öffnungsdauer, dem zumindest zwei Werte, ein unterer Wert und ein oberer Wert, für die elektrische Ansteuerdauer zugeordnet sind, entweder der untere Wert oder der obere Wert für die elektrische Ansteuerdauer zugeordnet.
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Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass auch dann, wenn die Arbeitskurve, bei der als Funktion der elektrischen Ansteuerdauer die hydraulische Öffnungsdauer aufgetragen ist, ein lokales Minimum und/oder einen Wendepunkt aufweist, für alle möglichen Werte der hydraulischen Öffnungsdauer stets eine eindeutige Zuordnung zu einer elektrischen Ansteuerdauer möglich ist. Dadurch kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit des beschriebenen elektrischen Ansteuerverfahrens gewährleistet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Motorsteuerung ist konfiguriert, um das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen.
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Der beschriebenen Motorsteuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vorstehend beschriebene Verfahren ohne zusätzliche Hardware wie beispielsweise besondere Sensoren oder Aktoren ausgeführt werden kann. Es ist lediglich erforderlich, eine ohnehin bereits vorhandene Motorsteuerung einer Brennkraftmaschine dahingehend zu modifizieren, dass diese eine Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens veranlasst. Die Modifizierung der Motorsteuerung kann beispielsweise mittels einer geeigneten Programmierung erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen einer in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer elektrischen Ansteuerdauer einer elektrischen Ansteuerung eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
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Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
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Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher / Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
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Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Motorsteuerung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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2 illustriert einen typischen Verlauf einer elektrischen Erregung einer Spule eines Kraftstoffinjektors in Form eines Spannungssignals U, das resultierende Stromsignal I sowie den resultierenden zeitlichen Verlauf des Nadelhubs des Kraftstoffinjektors.
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3 illustriert eine typische erste Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge MMF (mass fuel flow) sowie eine typische zweite Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr, wobei auf der Abszisse anstelle der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr eine sog. Differenzöffnungsdauer Ti_dif aufgetragen ist, welche die mit einen geeigneten Offsetwert modifizierte elektrische Ansteuerdauer Ti_electr ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Motorsteuerung 100 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Motorsteuerung 100 ist zum Durchführen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen des Zusammenhangs zwischen einer in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer elektrischen Ansteuerdauer einer elektrischen Ansteuerung eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors eingerichtet.
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2 illustriert im oberen Teil einen typischen Verlauf einer elektrischen Erregung einer Spule eines Kraftstoffinjektors in Form eines Spannungssignals U und das daraus resultierende Stromsignal I. In dem unteren Teil von 2 ist der resultierende zeitliche Verlauf des Nadelhubs des Kraftstoffinjektors dargestellt.
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Wie aus 2 ersichtlich, beginnt gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die elektrische Erregung einer Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors mit einer elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr zu einem Zeitpunkt SOI und endet zu einem Zeitpunkt EOI. Zu Beginn der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr wird die Spule des Spulenantriebs mit einer sog. Boostspannung Ub beaufschlagt, was zu einem steilen Anstieg des Stroms durch die Spule führt. Sobald die Stromstärke dieses Spulenstroms einen Spitzenstrom Ip erreicht, wird die elektrische Spannungserregung für eine gewisse Zeitspanne ausgeschaltet. Als Folge dieses Ausschaltens nimmt der Spulenstrom aufgrund der Induktivität der Spule in bekannter Weise exponentiell ab, bis ein erster Haltestrom erreicht wird. Dann wird die Spannungserregung (mit einer im Vergleich zu der Boostspannung Ub deutlich kleineren Spannung wieder fortgesetzt. Danach wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel für eine kurze Zeitspanne die Spannungserregung mit einem negativen Spannungswert fortgesetzt. Innerhalb dieser kurzen Zeitspanne fällt der Spulenstrom wieder steil ab, bevor er, nach dem Wiederherstellen der positiven Spannungserregung, eine annähernd konstante Stromstärke eines zweiten Haltestroms annimmt. Zu dem Zeitpunkt EOI wird die Spule dann stromlos geschalten, so dass der Spulenstrom stark abnimmt und, insbesondere aufgrund von einer Selbstinduktion in der Spule eine negative Spannung in der Spule induziert wird, welche in bekannter Weise in guter Näherung exponentiell abklingt. Der Signalverlauf der elektrischen Spannung U nach dem Zeitpunkt EOI kann auch als elektrisches Rückkopplungssignal bezeichnet werden.
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In dem unteren Teil von 2 ist der sich aus der oben dargestellten elektrischen Erregung ergebende zeitliche Verlauf des Nadelhubs des Kraftstoffinjektors dargestellt. Dieser Verlauf kann beispielsweise in einem Kraftstoffinjektor-Teststand für einen bestimmten Typ von Kraftstoffinjektor experimentell bestimmt werden.
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Zu einem Zeitpunkt OPP1 beginnt der Kraftstoffinjektor sich zu öffnen. Zu einem Zeitpunkt OPP2 endet die Öffnungsbewegung. Der Kraftstoffinjektor ist vollständig geöffnet. Zu einem Zeitpunkt OPP3 beginnt der Kraftstoffinjektor sich zu schließen. Zu einem Zeitpunkt OPP4 endet die Schließbewegung. Das zeitliche Intergral über den Nadelhub als Funktion der Zeit ist ein direktes Maß für die Menge an Kraftsoff, die bei dem beschriebenen Nadelhubverlauf durch den Kraftstoffinjektor eingespritzt wird. Die Zeitspanne zwischen OPP1 und OPP4 ist die sog. hydraulische Öffnungsdauer Ti_hydr.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist der Zeitpunkt OPP1 im Vergleich zu dem Zeitpunkt SOI, welcher den Beginn der elektrischen Erregung beschreibt, nach hinten verschoben. Der zeitliche Abstand zwischen SOI und OPP1 wird als die sog. Öffnungsverzögerung oder Öffnungsdauer T_open bezeichnet. Ferner ist der Zeitpunkt OPP4 im Vergleich zu dem Zeitpunkt EOI, welcher das Ende der elektrischen Erregung beschreibt, nach hinten verschoben. Der zeitliche Abstand zwischen EOI und OPP4 wird als die sog. Schließverzögerung oder Schließdauer T_open bezeichnet.
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Der Zeitpunkt OPP4 fällt zeitlich mit einem kleinen charakteristischen Merkmal M in dem elektrischen Rückkopplungssignal U (nach dem Zeitpunkt EOI) zusammen. Aufgrund der in 2 oben gewählten Skalierung ist dieses Merkmal M praktisch nicht zu erkennen. Allerdings kann im realen Betrieb des Kraftstoffinjektors durch eine geeignete hochgenaue Signalauswertung der Zeitpunkt des Auftretens dieses Merkmals M in dem elektrischen Rückkopplungssignal U detektiert und so der tatsächliche Zeitpunkt des Schließens des Kraftstoffinjektors bestimmt werden.
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Es ist leicht zu verstehen, dass für die Abgabe einer genauen Kraftstoffmenge MFF in den Brennraum einer Brennkraftmaschine also weniger die elektrische Ansteuerdauer Ti_electr als vielmehr die hydraulische Öffnungsdauer Ti_hydr maßgeblich ist. Um einen Kraftstoffinjektor hydraulisch zu öffnen, ist jedoch ein elektrisches Ansteuersignal notwendig, das für die Zeit Ti aktiviert wird. Dieses Ansteuersignal öffnet aufgrund des resultierenden Stromflusses durch die Spule des Spulenantriebs den Kraftstoffinjektor.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist der Zusammenhang zwischen der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr und der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr durch folgende Gleichung gegeben: Ti_hydr = Ti_electr + T_close – T_open
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Der Zusammenhang zwischen hydraulischer Öffnungsdauer Ti_hydr des Kraftstoffinjektors und der abgesetzten Kraftstoffmenge MFF ist durch das mechanische Design des Kraftstoffinjektors und dessen Toleranzen gegeben. Dieser Zusammenhang kann in einem Motorteststand für einen bestimmten Typ von Kraftstoffinjektor bestimmt werden. Individuelle Toleranzen des magnetischen Spulenantriebs des jeweiligen Kraftstoffinjektors beeinflussen den Zusammenhang zwischen der elektrischen Ansteuerung und insbesondere der elektrischen Ansteuerdauer mit der hydraulischen Öffnungsdauer. Durch eine erfindungsgemäße Zerlegung des Gesamtzusammenhangs zwischen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge MFF und einer elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr (a) in eine hydraulische erste Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und (b) in eine elektrische zweite Korrelation zwischen der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr und der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr lassen sich Injektor-individuelle Streuungen zwischen verschiedenen Kraftstoffinjektoren desselben Typs genauer darstellen. Dies ermöglicht dann durch eine Injektor-individuelle adaptierte elektrische Ansteuerung des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors eine hohe Mengengenauigkeit der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge zu realisieren.
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3 illustriert auf der linken Seite eine typische hydraulische erste Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge MMF (mass fuel flow). Diese Korrelation ist in sehr guter Näherung linear, wobei die Steigung der entsprechenden Kennlinie von bestimmten Rahmenbedingungen des gesamten Injektorsystems abhängen kann wie z.B. (a) der Temperatur des einzuspritzenden Kraftstoffs, (b) der Dichte des einzuspritzenden Kraftstoffs, (c) der Viskosität des einzuspritzenden Kraftstoffs, und/der (d) dem Kraftstoffdruck in einem Kraftstoff-Zuführungssystem für die Brennkraftmachine.
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Auf der rechten Seite von 2 ist eine typische elektrische zweite Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr aufgetragen. Allerdings ist auf der Abszisse nicht die elektrische Ansteuerdauer Ti_electr direkt sondern eine sog. Differenzöffnungsdauer Ti_dif aufgetragen, welche die mit einen geeigneten Offsetwert Ti_0 modifizierte elektrische Ansteuerdauer Ti_electr ist. Der Offsetwert Ti_0 ist dabei die minimale elektrische Ansteuerdauer, die gerade zu einer infinitesimal geringen Öffnung des Kraftstoffinjektors führt. Folglich gilt: Ti_electr = Ti_0 + Ti_dif
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Wie aus dem rechten Diagramm von 3 ersichtlich, wird die zweite Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr durch eine nichtlineare Arbeitskurve 310 beschrieben. Genauer ausgedrückt weist die nichtlineare Arbeitskurve 310 ausgehend von Ti_dif = 0 zunächst einen steilen Anstieg und dann ein lokales Maximum 311 auf, welchem ein Wendepunkt 312 folgt. Nach dem Wendepunkt 312 zeigt die Arbeitskurve 310 zunächst noch einen kleinen Abfall und dach wieder einen charakteristischen Anstieg.
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Das Vorhandensein des lokalen Maximums 311 führt dazu, dass bestimmten Werte von Ti_hydr nicht eindeutig genau ein Wert von Ti_dif sondern mehrdeutig zwei Werte von Ti_dif zugeordnet sind. Dies spiegelt sich in der Arbeitskurve 310 durch einen sog. "S-Schlag" wider. In einem entsprechenden ausgewählten Wertebereich von Ti_hydr, welcher in 3 mit dem Bezugszeichen 313 gekennzeichnet ist, ist die zweite Korrelation zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr also nicht eindeutig.
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Um trotzdem eine eindeutige Zuordnung zwischen der hydraulischen Öffnungsdauer Ti_hydr und der elektrischen Ansteuerdauer Ti_electr zu gewährleisten, kann gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein ausgewählter Werteberich 314 für Ti_dif, welcher im Bereich des vorstehend genannten S-Schlags liegt, bei der zweiten Stufe der Bestimmung der geeigneten elektrischen Ansteuerdauer in Abhängigkeit der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ausgespart werden.
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Dies bedeutet anschaulich, dass ausgehend von Ti_hydr = 0 mit steigendem Ti_hydr die entsprechende Differenzöffnungsdauer Ti_dif zunächst ansteigt. Wenn dann am Beginn des Bereichs des "S-Schlages" Ti_hydr weiter ansteigt, dann springt Ti_dif sprunghaft auf einen größeren Wert. Damit wird der S-Schlag der Arbeitskurve 310 ausgespart und im Ergebnis wird eine mit einem geraden Teilstück 315 modifizierte Arbeitskurve verwendet. Dadurch kann auf einfache Weise stets eine eindeutige Zuordnung zwischen Ti_hydr und Ti_dif gewährleistet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Motorsteuerung
- 310
- Arbeitskurve
- 311
- lokales Maximum
- 312
- Wendepunkt
- 313
- ausgewählter Wertebereich für Ti_hydr
- 314
- ausgewählter Wertebereich für Ti_dif
- EOI
- Ende der Einspritzung (End of Injection)
- Ip
- Spitzenstrom
- M
- charakteristisches Merkmal im elektrischen Rückkopplungssignal
- OPP1
- Beginn der Öffnungsbewegung des Kraftstoffinjektors
- OPP2
- Ende der Öffnungsbewegung des Kraftstoffinjektors
- OPP3
- Beginn der Schließbewegung des Kraftstoffinjektors
- OPP4
- Ende der Schließbewegung des Kraftstoffinjektors
- SOI
- Beginn der Einspritzung (Start of Injection)
- Ti_0
- Offsetwert / minimale elektrische Ansteuerdauer, die zueiner (geringfügigen) Öffnung des Kraftstoffinjektors führt
- Ti_dif
- Differenzöffnungsdauer
- Ti_electr
- elektrische Ansteuerdauer
- Ti_hydr
- hydraulische Öffnungsdauer
- T_close
- Schließverzögerung / Schließdauer
- T_open
- Öffnungsverzögerung / Öffnungsdauer
- Ub
- Boostspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009032521 A1 [0005]
- DE 102010063009 A1 [0006, 0020, 0026]
- DE 102011076363 A1 [0007, 0026]
- DE 102009032524 A1 [0020]
