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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Injektoren in einer Brennkraftmaschine, bei welchem zur Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine der Injektor mittels eines Steuersignals mit einem festgelegten Startzeitpunkt sowie einer festgelegten Ansteuerdauer angesteuert wird und somit zumindest ein Schaltventil geöffnet und geschlossen wird, über welches eine Steuerung einer Düse des Injektors zur Zumessung des Kraftstoffs erfolgt.
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Eine große Anzahl moderner Dieselmotoren ist mit sogenannten Common-Rail-Systemen ausgestattet, welche eine kostengünstige, kraftstoffsparende und emissionsreduzierende Variante einer Kraftstoffeinspritzanlage darstellen. Common-Rail-Systeme sind in ihrer Einspritzmenge und -dauer unabhängig vom Kurbelwinkel einer Brennkraftmaschine elektronisch steuerbar und ermöglichen auch Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen des Kraftstoffs.
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Bei diesen Systemen werden beispielsweise bekannte Magnetventilinjektoren zur Einspritzung des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine eingesetzt. Diese Injektoren weisen u. a. ein Schaltventil und eine Düsennadel auf.
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Zur Realisierung einer Einspritzung einer dosierten Menge an Kraftstoff in den Verbrennungsraum werden dem Schaltventil (Aktor) für eine definierte Zeitdauer eine Spannung und/oder ein Strom zugeführt. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld, welches das Schaltventil in eine Hubbewegung versetzt. Die Druckentlastung im Steuerraum des Schaltventils in Kombination mit der hydraulischen Auslegung führen wiederum zu einer Hubbewegung der Düsennadel. Wenn das Schaltventil schließt, wird die Düsennadel durch den steigenden Druck im Steuerraum in eine Schließbewegung versetzt.
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Zur Ansteuerung der Magnetventilinjektoren ist ein zentrales Steuergerät vorgesehen, welches auch als Motorsteuerung bezeichnet wird. Die Motorsteuerung erzeugt die zeitlich definierten Steuersignale für alle Injektoren aller Zylinder einer Brennkraftmaschine.
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Alternativ zu diesem magnetisch arbeitenden Aktor kann auch ein nach dem Piezoeffekt arbeitender Aktor zum Einsatz kommen, welcher das Schaltventil in eine Hubbewegung versetzt. Auch in diesem Fall wird durch die gesteuerte Bewegung der Düsennadel der Injektor geöffnet und geschlossen.
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Üblicherweise sind das Schaltventil und die Düsennadel mittels eines hier nicht näher beschriebenen hydraulischen Systems miteinander gekoppelt.
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Weiterhin bekannt sind Verfahren zur Ermittlung von Korrekturfunktionen für druckwellenabhängige Ansteuerungen von Magnetventilinjektoren, bei welchen Nadelschließsensoren im Ablaufstutzen eingesetzt werden.
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Auch bekannt sind Verfahren zur dynamischen Korrektur der Ansteuerdauer bei bereits laufender Einspritzung bzw. gestarteter Bestromung des Aktors eines Injektors.
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Common-Rail-Injektoren (CRI) mit Servo-Prinzip weisen einen druckabhängigen Spritzbeginnverzug auf. Bei Mehrfacheinspritzungen wird durch die jeweils vorausgehenden Einspritzungen, welche Druckwellen verursachen, der Druck für die nachfolgende Einspritzung beeinflusst.
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Infolgedessen wird, abhängig vom Abstand der Einspritzungen, der Spritzbeginn zu früh oder zu spät erfolgen (sog. Mengenwelle). Der resultierende Mengenfehler kann mit einer Software (SW)-Funktion (QWC: Quantity Wave Correction) korrigiert werden. Diese Funktion wird für jedes Einspritzsystem, also für jede Applikation, individuell gemessen und im Steuergerät mittels eines entsprechenden Datensatzes hinterlegt. Auf diesen gespeicherten Datensatz wird bei der Korrektur des Mengenfehlers zurückgegriffen.
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Bei diesem Verfahren können musterspezifische Abweichungen (Ex-Ex-Streuungen) der Einspritzsysteme nicht berücksichtigt werden. Somit können durch musterspezifische Abweichungen hervorgerufene Mengenfehler nicht vollständig korrigiert werden, was zu einer Erhöhung des Mengenfehlers führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine dynamische Anpassung der Ansteuerdauer AD eines Injektors infolge einer Prüfung einer zeitlichen Übereinstimmung zwischen einem tatsächlichen Zeitpunkt des Öffnens eines Schaltventils und dem durch das Steuersignal vorgegebenen Sollzeitpunkt zum Öffnen des Schaltventils erfolgt.
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Zu diesem Zweck wird beispielsweise mittels eines bekannten Nadelschließsensors (NCS) während eines aktuellen Einspritzvorgangs ein Zeitpunkt des Öffnens des Schaltventils mit der Bezeichnung „t_öffnen_MV_gemessen“ ermittelt. Dieser gemessene Ventilöffnungszeitpunkt wird mit einem festgelegten Startzeitpunkt für das Öffnen des Schaltventils, also einem Sollwert, mit der Bezeichnung „t_öffnen_MV_soll“ verglichen.
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Wird bei diesem Vergleich festgestellt, dass beide Ventilöffnungszeitpunkte übereinstimmen, wird die Ansteuerdauer AD des Injektors nicht geändert. In diesem Fall werden Mengenfehler bei der Einspritzung durch die für das jeweilige Einspritzsystem gemessenen und in der Motorsteuerung hinterlegten Korrekturdaten bestmöglich minimiert.
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Wird bei diesem Vergleich allerdings festgestellt, dass der gemessene Ventilöffnungszeitpunkt vom Sollwert abweicht, wird eine Korrektur der Ansteuerdauer AD und/oder des Ansteuerbeginns des Injektors beispielsweise für den nachfolgenden Einspritzvorgang vorgenommen, um den in diesem Fall auftretenden Mengenfehler zu verringern. Alternativ kann eine Anpassung der Ansteuerdauer AD bereits im gerade laufenden Einspritzvorgang vorgenommen werden.
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Eine Korrektur des Ansteuerbeginns stellt eine Verschiebung der Startflanke des den Injektor ansteuernden Steuersignals beispielsweise gegenüber dem festgelegten Startzeitpunkt dar.
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Diese Korrektur basiert auf der Kenntnis, dass der Beginn der Einspritzung, d. h. das Öffnen der Düse, bei kurzen Spritzabständen zwischen einzelnen Einspritzungen (hydraulischer Abstand zwischen 50 und 300 µs) sehr gut mit dem Öffnen des Schaltventils korreliert und so aus dem zeitlichen Verhalten des Schaltventils auf das der Injektordüse/-nadel geschlossen werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, eine Differenz der Werte des gemessenen Zeitpunkts des Öffnens des Schaltventils und des festgelegten Startzeitpunkts für das Öffnen des Schaltventils zu bilden und die Korrektur der Ansteuerdauer AD und/oder des Ansteuerbeginns in Abhängigkeit von der Differenz vorzunehmen.
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Zu diesem Zweck werden die Zeitpunkte jeweils in einen zur weiteren Verarbeitung geeigneten Wert, wie beispielsweise einen digitalen Wert, überführt. Aus diesen Werten kann dann mittels einer Arithmetik-Logik-Einheit eine Differenz erzeugt werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist, bei einer Differenz größer null die Ansteuerdauer AD zu vergrößern bzw. bei einer Differenz kleiner null die Ansteuerdauer AD zu verringern.
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Für den Fall, dass der Wert des gemessenen Ventilöffnungszeitpunkts größer ist als der Wert des vorgegebenen Ventilöffnungszeitpunkts, ergibt sich eine Differenz, welche größer als null ist. In diesem Fall wird die Ansteuerdauer AD der nachfolgenden Einspritzung vergrößert. Für den umgekehrten Fall, dass der Wert des vorgegebenen Ventilöffnungszeitpunkts größer ist, ergibt sich eine Differenz, welche kleiner als null ist. Für diesen Fall wird die Ansteuerdauer AD der nachfolgenden Einspritzung verkleinert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, die gebildete Differenz mit Faktoren zu gewichten.
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Beispielsweise kann eine Ansteuerdauer AD_soll_neu nach der Bildungsvorschrift AD_soll_neu = AD_soll + Faktor1·(t_öffnen_MV_gemessen – t_öffnen_MV_soll)^Faktor2 gebildet werden.
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Mit den hinzugefügten Faktoren 1 und 2 kann eine verbesserte Anpassung des Verfahrens erreicht werden.
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Auf diese Weise wird der vorgegebene Sollwert für das Bestromungsende des Injektors während des Betriebs der Brennkraftmaschine dynamisch angepasst.
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Zweckmäßigerweise können mittels eines speziell hierfür eingerichteten Computerprogramms, welches einen auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausführbaren Programmcode enthält, die Schritte des Verfahrens zur Ansteuerung von Injektoren in einer Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist, das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium zu speichern.
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Das Verfahren zur Ansteuerung von Injektoren in einer Brennkraftmaschine kann hierfür beispielsweise als Datenverarbeitungseinrichtung einen Prozessor zur Abarbeitung des Programmcodes umfassen. Zur Speicherung des Programmcodes ist die Vorrichtung mit einem nicht-flüchtigen Speichermittel, wie einem ROM (Read Only Memory), EPROM (Electrical Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable PROMs) oder Flash-EEPROM ausgestattet. Dieses Speichermittel ist zur Übertragung von Daten, wie z.B. einem Programmcode, mit dem Prozessor verbunden und beispielsweise in einer Motorsteuerung angeordnet.
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Vorteilhafterweise ist ein elektronisches Steuergerät, beispielsweise eine Motorsteuerung vorgesehen, welches die Schritte des Verfahrens umsetzen kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Darstellung von Spritzbeginnverschiebungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Mithilfe eines Sensors (NCS) für Dieselinjektoren kann auch das Schalten des Aktors (MV) selbst überwacht werden, da der Ventilraumdruck, abhängig vom Zustand des Schaltventils, welches offen oder geschlossen sein kann, variiert.
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Bei sehr kurzen Abständen zwischen den Einspritzungen (tdiff), beispielsweise kleiner als ca. 300 µs, elektrisch und hydraulisch ist der Spritzbeginn auch stark vom Zeitpunkt des Schaltens des Magnetventils abhängig. Öffnet das Magnetventil früher, öffnet auch die Düsennadel früher und umgekehrt.
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Der Zeitpunkt des Spritzbeginns, also das Öffnen der Düse, kann nicht direkt gemessen werden. Da der Zeitpunkt des Ventilöffnens, also ein Schalten des Magnetventils, bei kurzen Spritzabstanden gut mit dem Öffnen der Düsennadel korreliert, wie es schematisch in der Figur dargestellt ist, kann mithilfe des Zeitpunkts des Ventilöffnens die Ansteuerdauer AD der laufenden und/oder der folgenden Einspritzung im Sinne einer Vorsteuerung korrigiert werden, damit nicht zu viel oder zu wenig Menge an Kraftstoff eingespritzt wird.
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In der Figur ist in einem Diagramm die Spritzbeginnverschiebung für unterschiedliche Zeiten tdiff dargestellt.
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In der vertikalen Dreiteilung des Diagramms ist in der oberen Darstellung der Ansteuerstrom des Injektors in Ampere zu verschiedenen Ansteuerzeitpunkten dargestellt. Die mittlere Darstellung zeigt die Einspritzrate in der Einheit Millivolt, während in der unteren Darstellung das Signal eines im Magnetventilinjektor angeordneten zugehörigen Nadelschließsensors, welcher das Ventilöffnen des Magnetventils überwacht, in Volt dargestellt ist. Alle drei Darstellungen verlaufen über einer gemeinsamen Zeitachse, welche mit der Einheit Millisekunden beschriftet ist. Das in dem Diagramm in der unteren Darstellung gezeigte Signal des Nadelschließsensors (NCS-Signal) wird für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt.
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Die Ansteuerdauer AD des Injektors wird mittels eines von einer Motorsteuerung erzeugten Schaltsignals vorgegeben. Bei einer Abweichung des vorgegebenen Ventilöffnungszeitpunkts vom tatsächlich realisierten Zeitpunkt des Öffnens der Düse des Injektors kommt es zu einer nicht mehr der vorgegebenen Ansteuerdauer AD einsprechenden Zeit des Einspritzens von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Diese Abweichung verändert ungewollt die Menge des zugemessenen Kraftstoffs. Durch eine dynamische Anpassung der Einspritzdauer bereits für die nachfolgende Einspritzung ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine zeitnahe Korrektur auftretender Abweichungen von der Sollvorgabe.
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Zur Anpassung der Ansteuerdauer AD kann beispielsweise nachfolgende Bildungsvorschrift genutzt werden: AD_soll_neu = AD_soll + (t_öffnen_MV_gemessen – t_öffnen_MV_soll)
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Nach dieser Vorschrift bleibt die Ansteuerdauer AD für den Fall der Übereinstimmung der Zeitpunkte „t_öffnen_MV_gemessen“ und „t_öffnen_MV_soll“ unverändert.
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Bei einem verzögerten oder verfrühten Öffnen des Magnetventils des Injektors wird die Ansteuerdauer AD für die Einspritzung sofort angepasst, indem die Ansteuerdauer AD vergrößert oder verkleinert wird.
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Eine derartige Anpassung der Ansteuerdauer AD kann sowohl für die gerade laufende als auch für die nachfolgende Einspritzung vorgenommen werden.
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In einer alternativen Bildungsvorschrift werden Faktoren zur Wichtung hinzugefügt, da in der Regel die Ansteuerdauer nicht 1:1 der Spritzdauer des Injektors entspricht. Eine derart erweiterte Bildungsvorschrift lautet beispielsweise: AD_soll_neu = AD_soll + Faktor1·(t_öffnen_MV_gemessen – t_öffnen_MV_soll)^Faktor2
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Eine weitere Anwendung des Verfahrens ist die Korrektur von unterschiedlichen Ventilöffnungszeiten, beispielsweise in Folge von Rücklaufgegendruckschwankungen, zur Reduzierung der Hub-Hub-Streuungen.
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Die Ansteuerdauer einer Einspritzung wird auf Basis der Betriebsgrößen des Einspritzsystems, z. B. Raildruck, und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge berechnet. Üblicherweise steht die Ansteuerdauer vor dem Beginn der Einspritzung fest und kann nicht mehr geändert werden. Bei zukünftigen Einspritzsystemen kann die Länge der Ansteuerdauer der bereits begonnenen Einspritzung adaptiert werden.
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Wenn es zu stochastischen Schwankungen im Ventilöffnen kommt, die z. B. durch hydraulische Effekte bedingt sein können (Rücklaufgegendruckschwankungen), wird auch der Spritzbeginn des Injektors diesen stochastischen Schwankungen unterliegen (Schuss-Schuss Mengenstreuung). Wird nun während der laufenden Einspritzung erkannt, dass das Schaltventil früher/später öffnet, als vom Sollwert vorgegeben, kann diese Abweichungen noch in der laufenden Einspritzung korrigiert werden. So können auch Schuss-Schuss-Streuungen der Einspritzmenge reduziert werden, sofern sie durch Schwankungen im Öffnen des Ventils bedingt sind.
