DE102015210230A1

DE102015210230A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors

Info

Publication number: DE102015210230A1
Application number: DE102015210230.0A
Authority: DE
Inventors: Vincent Dian
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-12-08
Also published as: WO2016192879A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors beschrieben. Bei dem Verfahren werden der Düsennadelöffnungszeitpunkt und die Düsennadelöffnungszeit des individuellen Injektors ermittelt, und die erhaltenen Werte werden mit entsprechenden Nennwerten verglichen. Durch Verschieben des Beginns der elektrischen Betätigung des Injektors und Ändern der ermittelten elektrischen Betätigungsdauer auf die entsprechenden Nennwerte wird der Injektor kalibriert. Das Verfahren ist besonders einfach durchführbar.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Bei einem Common-Rail-System ist es erforderlich, die abgegebene Kraftstoffmenge mit einer hohen Genauigkeit einzuspritzen. Typische Werte in Bezug auf den Toleranzbereich liegen dabei in einem Bereich von +/–0,3 mm³/stk. Standardmäßige servobetriebene Injektoren, wie sie heutzutage in der Serienproduktion hergestellt werden, stellen jedoch eine derartige Genauigkeit nicht zur Verfügung. Vielmehr liegt hier der Toleranzbereich auf signifikante Weise über dem vorstehend angegebenen Wert. Bei der Einspritzgenauigkeit handelt es sich jedoch um ein Schlüsselmerkmal eines Einspritzsystems, da hiervon das Emissionsverhalten, das Fahrverhalten und auch die Verbrennungsgeräusche direkt abhängig sind.
Ein typisches Verfahren, um die Einspritzgenauigkeit auf signifikante Weise zu verbessern, besteht darin, die individuellen Eigenschaften des Injektors während dessen Herstellung zu messen und in Abhängigkeit hiervon eine Reihe von Codes (oder einen sogenannten Datenmatrixcode) abzuleiten. Während der Herstellung des zugehörigen Fahrzeuges werden diese Codes in die Motorsteuereinheit des Fahrzeuges eingelesen. Mit diesen Informationen wird die Steuerung des Injektors angepasst, um die Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge zu reduzieren.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2007 018 627 A1 bekannt. Hierbei wird der Injektor bei einer Vielzahl von Betriebspunkten (Kombination aus Betätigungszeit und Raildruck) gemessen. Die Differenz zwischen der erwarteten Einspritzmenge und der gemessenen Einspritzmenge wird für jeden Messpunkt codiert. Diese Codes werden mit Korrelationsfaktoren multipliziert und dazu verwendet, um die Betätigungsdauer (elektrische Betätigungsdauer des Injektors) auf die einzuspritzende Menge abzustimmen.
Dabei wird insbesondere die individuelle Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors an mehreren Prüfpunkten innerhalb eines Prüfstandes erfasst. Die Abweichung der jeweiligen Einspritzmenge vom Sollwert wird ermittelt. Diese Daten werden bei der Injektorfertigung in geeigneter Form auf einem Injektor angebracht. Bei der Motormontage und/oder bei der Fahrzeugmontage werden die Daten über geeignete Systeme, beispielsweise über eine Diagnoseschnittstelle, in die Steuereinheit übertragen.
Problematisch bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch, dass keine Informationen über die Gründe erhalten werden, warum die eingespritzte Kraftstoffmenge von der Sollmenge abweicht. Hierfür können unterschiedliche Gründe maßgeblich sein, beispielsweise Abweichungen des Aktuators des Injektors, wie ein zu schwacher oder zu starker Aktuator, geometrische Abweichungen, beispielsweise ein zu kleiner oder zu großer Nadelsitzdurchmesser, oder hydraulische Abweichungen, wie beispielsweise verschiedene Drosselcharakteristika. Diese Abweichungen führen zu unterschiedlichen Auswirkungen in Bezug auf die Einspritzrate. Die fehlenden Informationen führen zu Ungenauigkeiten bei der hydraulischen Trennung zwischen zwei Einspritzvorgängen (die Informationen fehlen beim Öffnen und Schließen der Nadel), was zu erhöhten Toleranzen bei Mehrfacheinspritzungen führt.
Des Weiteren basiert das bekannte Verfahren auf Korrelationsfaktoren. Diese Korrelationsfaktoren müssen anhand einer repräsentativen Datenbasis von Injektoren (typischerweise etwa 100 Injektoren) optimiert werden und führen zu einem zusätzlichen Kalibrierungsaufwand.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das auf besonders einfache Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
Messen des Düsennadelöffnungszeitpunktes des Injektors;
Messen der mit dem Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge und hieraus Ermitteln der Düsennadelöffnungszeit und daraus der elektrischen Betätigungsdauer des Injektors;
Vergleichen der erhaltenen Werte mit entsprechenden Nennwerten;
Verschieben des Beginns der elektrischen Betätigung des Injektors zur Verschiebung des Düsennadelöffnungszeitpunktes auf den entsprechenden Nennwert; und
Ändern der ermittelten elektrischen Betätigungsdauer des Injektors auf den entsprechenden Nennwert.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf einen servobetriebenen Injektor. Durch das Verfahren kann das bekannte Injektorcodierungsverfahren ersetzt werden. Der physikalische Hintergrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Korrelation zwischen der elektrischen Betätigungszeit (oder Servoventilöffnungsdauer) und der Einspritzrate. In einem vereinfachten Injektormodell kann das Verhalten des Servoventils mit zwei Zuständen beschrieben werden: Offen oder geschlossen. Auch das Verhalten der Düsennadel kann mit zwei Zuständen wiedergegeben werden: Öffnen oder Schließen. Während dieser beiden Zustände ist die Nadelgeschwindigkeit konstant.
Während des offenen Zustandes des Servoventils beginnt die Düsennadel ihre Öffnungsphase mit einer vorgegebenen Verzögerung, die hauptsächlich von der Einlass/Auslassdrosselung und dem Nadelsitzdurchmesser abhängt. Wenn das Servoventil schließt, wird der Druck in der Steuerkammer erhöht und führt zum Beginn der Schließphase. Die hieraus resultierende eingespritzte Menge ist in Korrelation mit der Zeit, in der die Düsennadel geöffnet ist.
Durch Messen des Öffnungszeitpunktes der Düsennadel und durch Vergleich dieses Messwertes mit einem Nennwert kann die Betätigung des Servoventils kompensiert werden, um die Toleranz der individuellen Injektoren zu verringern. Die erste Korrekturstufe besteht hierbei darin, das Öffnen des Servoventils durch Verschieben der elektrischen Betätigung des Injektors zu verschieben. In einer zweiten Korrekturstufe wird die Betätigungsdauer zum Kompensieren der abweichenden Nadelöffnungsdauer angepasst. Auf der Basis dieses vereinfachten Injektormodells wird kein Korrelationsfaktor benötigt. Vielmehr wird die Öffnungszeitdifferenz (d T OPP1) direkt dazu verwendet, um den elektrischen Beginn der Einspritzung (d SOI) zu verschieben und die elektrische Betätigungsdauer (d TI) zu verändern. d T OPP1 = d SOI = d TI
Mit diesem Verfahren wird die eingespritzte Kraftstoffmenge korrigiert. Ferner wird die Phasenabfolge der Einspritzung korrigiert, und es muss keine weitere Kalibrierungsarbeit durchgeführt werden.
Die hier verwendete Bezeichnung „Düsennadelöffnungszeitpunkt“ sowie der zugehörige Nennwertvergleich sollen auch den entsprechenden Ansteuerzeitbeginn (Beginn der elektrischen Betätigung) des Injektors umfassen.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Messung des Düsennadelöffnungszeitpunktes und der eingespritzten Kraftstoffmenge vor dem Einbau des Injektors in ein Kraftfahrzeug durchgeführt und werden die gemessenen Werte beim Einbau des Injektors in ein Kraftfahrzeug in eine Motorsteuereinheit des Kraftfahrzeuges eingelesen, damit die Steuereinheit im Betrieb des Kraftfahrzeuges die entsprechende Verschiebung und Änderung der Werte durchführt.
Dabei wird die Messung am Injektor vorzugsweise bei einer vorgegebenen Anzahl von Betriebsdrücken durchgeführt, wobei typischerweise drei Drücke ausreichend sind.
Auf diese Weise wird eine Kalibrierung des entsprechenden Injektors durchgeführt, um die eingespritzte Kraftstoffmenge zu korrigieren, wobei die entsprechenden Messungen beispielsweise am Ende der Fertigung jedes Kraftstoffinjektors durchgeführt und hieraus die entsprechenden Korrekturdaten gewonnen werden können, die dann beispielsweise auch in einen entsprechenden Datenträger eingelesen werden können. Bei der ersten Initialisierung der Steuereinheit des zugehörigen Motors bzw. Kraftfahrzeuges können diese Daten dann in einen beschreibbaren Speicher der Steuereinheit eingelesen und im späteren Betrieb zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Düsennadelöffnungszeitpunkt vorzugsweise über eine Messung der Einspritzrate ermittelt.
Wie bereits angedeutet, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise in einer ersten Korrekturstufe der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel durch Verschiebung der elektrischen Betätigung des Injektors verschoben und wird in einer zweiten Korrekturstufe die Dauer der elektrischen Betätigung zur Kompensation der abweichenden Düsennadelöffnungszeit angepasst.
Die Detektion der Öffnung des Servoventils kann beispielsweise so durchgeführt werden, wie dies in der DE 10 2013 223 750 B3 beschrieben ist.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art umfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 in zwei Diagrammen die vereinfachte Darstellung einer Injektorfunktion in einem Vergleich zwischen einem Nenninjektor und einem Injektor mit frühem Öffnungszeitpunkt, wobei im oberen Diagramm die Funktion des Servoventils und im unteren Diagramm der Nadelhub in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind;
2 eine entsprechende Darstellung wie 1, hier jedoch mit kompensiertem Einspritzbeginn; und
3 eine entsprechende Darstellung wie 1 und 2 mit kompensiertem Einspritzbeginn und kompensierter Betätigungszeit.
Die Figuren zeigen den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 zeigt den Hub der Düsennadel des entsprechenden individuellen Injektors, der vom Hub eines Nenninjektors durch den Düsennadelöffnungszeitbeginn und die Düsennadelöffnungszeit abweicht. Der individuelle Injektor besitzt einen früheren Nadelöffnungszeitpunkt als der Nenninjektor und eine längere Düsennadelöffnungszeit. Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Kalibrierung soll eine Anpassung an den Nadelhub des Nenninjektors erfolgen.
Dabei werden nach Fertigstellung des Injektors beispielsweise in einem Prüfstand der Düsennadelöffnungszeitpunkt und die mit dem Injektor eingespritzte Kraftstoffmenge gemessen. Aus dem letztgenannten Wert werden die Düsennadelöffnungszeit und hieraus die elektrische Betätigungsdauer des Injektors ermittelt. Der entsprechende Verlauf des Nadelhubes für diesen individuellen Injektor ist in 1 dargestellt.
Es werden dann die erhaltenen Werte mit den entsprechenden Nennwerten (des in 1 dargestellten Nenninjektors) verglichen. Dann wird der Beginn der elektrischen Betätigung des Injektors verschoben, um den Düsennadelöffnungszeitpunkt auf den entsprechenden Nennwert zu verschieben. Dieser Zustand ist in 2 dargestellt. Ferner wird weiterhin die ermittelte elektrische Betätigungsdauer des Injektors auf den entsprechenden Nennwert gebracht, wie in 3 dargestellt. 3 zeigt daher das Endstadium der Kalibrierung, wobei sich der Verlauf des Nadelhubes des individuellen Injektors mit dem des Nenninjektors deckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007018627 A1 [0004]
DE 102013223750 B3 [0020]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors mit den folgenden Schritten: Messen des Düsennadelöffnungszeitpunktes des Injektors; Messen der mit dem Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge und hieraus Ermitteln der Düsennadelöffnungszeit und daraus der elektrischen Betätigungsdauer des Injektors; Vergleichen der erhaltenen Werte mit entsprechenden Nennwerten; Verschieben des Beginns der elektrischen Betätigung des Injektors zur Verschiebung des Düsennadelöffnungszeitpunktes auf den entsprechenden Nennwert; und Ändern der ermittelten elektrischen Betätigungsdauer des Injektors auf den entsprechenden Nennwert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Düsennadelöffnungszeitpunktes und der eingespritzten Kraftstoffmenge vor dem Einbau des Injektors in ein Kraftfahrzeug durchgeführt wird und die gemessenen Werte beim Einbau des Injektors in ein Kraftfahrzeug in eine Motorsteuereinheit des Kraftfahrzeuges eingelesen werden, damit die Steuereinheit im Betrieb des Kraftfahrzeuges die entsprechende Verschiebung und Änderung der Werte durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung am Injektor bei einer vorgegebenen Anzahl von Betriebsdrücken durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelöffnungszeitpunkt über eine Messung der Einspritzrate ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Korrekturstufe der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel durch Verschiebung der elektrischen Betätigung des Injektors verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Korrekturstufe die Dauer der elektrischen Betätigung zur Kompensation der abweichenden Düsennadelöffnungszeit angepasst wird.
Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.