DE102015212119A1

DE102015212119A1 - Verfahren zum Ermitteln eines charakteristischen Zeitpunktes eines durch eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors verursachten Einspritzvorgangs

Info

Publication number: DE102015212119A1
Application number: DE102015212119.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Rapp; Bernd Wichert; Stefan Stein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-05
Also published as: CN107787401A; CN107787401B; KR20180022868A; WO2017001134A1; KR102469640B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines charakteristischen Zeitpunktes eines durch eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (110) einer Brennkraftmaschine (100) verursachten Einspritzvorgangs mittels eines Sensors (120), der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors (110) zu erfassen, wobei ein Signal (US) des Sensors (120) erfasst wird, wobei aus dem Signal (US) des Sensors (120) ein Korrektursignal (UK) gebildet und ein Beginn der Ansteuerung als zeitlicher Bezugspunkt für das Korrektursignal (UK) verwendet wird, wobei eine Signal-Differenz (U'S) zwischen dem Signal (US) des Sensors (120) und dem Korrektursignal (UK) gebildet wird, und wobei aus dieser auf den charakteristischen Zeitpunkt des Einspritzvorgangs geschlossen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines charakteristischen Zeitpunktes eines durch eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors verursachten Einspritzvorgangs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Moderne Brennkraftmaschinen verfügen über Kraftstoffinjektoren, mit denen Kraftstoff gezielt in Brennräume eingebracht werden kann. Für eine genaue Steuerung der Brennkraftmaschine müssen charakteristische Zeitpunkte der Einspritzvorgänge, insbesondere ein Öffnen und Schließen der Einspritzventile der Kraftstoffinjektoren, möglichst genau erfasst werden.
Bei Kraftstoffinjektoren, bei denen das Öffnen und Schließen direkt durch Magnetventile, Piezo-Aktoren oder dergleichen erfolgt, können zum Erfassen solcher charakteristischer Zeitpunkte oft die elektrischen Größen der Ansteuerung, d.h. im Wesentlichen Bestromung des Aktors, verwendet werden.
Bei Kraftstoffinjektoren, bei denen zunächst ein Servo-Ventil angesteuert wird, besteht hingegen kein direkter Zusammenhang zwischen den elektrischen Ansteuergrößen des Kraftstoffinjektors und den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten des Einspritzventils. Daher werden bei solchen Kraftstoffinjektoren zusätzliche Sensoren, die bspw. den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors erfassen, verwendet.
Ein System mit einem Sensor zum Erfassen von charakteristischen Zeitpunkten bei einem Einspritzvorgang bei den letztgenannten Kraftstoffinjektoren ist bspw. aus der DE 10 2010 000 827 A1 bekannt.
Weitere solche Systeme sind bspw. aus den noch nicht veröffentlichten Patentanmeldungen DE 10 2015 201 512 und DE 10 2015 201 514 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln eines charakteristischen Zeitpunktes eines durch eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors verursachten Einspritzvorgangs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln eines charakteristischen Zeitpunktes eines durch eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine verursachten Einspritzvorgangs mittels eines Sensors, der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors zu erfassen. Dabei wird ein Signal des Sensors erfasst, und aus dem Signal des Sensors ein Korrektursignal gebildet, um eine Auswirkung der Ansteuerung auf das Sensorsignal, insbesondere durch Übersprechen, zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Dabei wird ein Beginn der Ansteuerung als zeitlicher Bezugspunkt für das Korrektursignal, insbesondere als Beginn des Korrektursignals, verwendet und es wird eine Signal-Differenz zwischen dem Sensorsignal und dem Korrektursignal gebildet, aus der auf den charakteristischen Zeitpunkt des Einspritzvorgangs geschlossen wird.
Insbesondere kann aus und vorzugsweise beginnend mit derjenigen steigenden Flanke des Sensorsignals, die im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Ansteuerbeginn auftritt, das Korrektursignal gebildet werden. Der Ansteuerbeginn ist in der Regel bekannt, womit auch die entsprechende steigende Flanke des Sensorsignals bzw. dessen zeitliche Lage identifiziert werden kann. Sollte der Ansteuerbeginn nicht exakt bekannt sein, so kann bspw. die entsprechende steigende Flanke bzw. dessen zeitliche Lage bestimmt werden, indem nach der größten Steigung des Sensorsignals in einem vermuteten Zeitraum des Ansteuerbeginns gesucht wird.
In einem Kraftfahrzeug wird meist angestrebt, die Sensorleitung eines solchen Sensors zwischen Kraftstoffinjektor und Steuergerät sowie die üblicherweise miteinander verdrillten Ansteuerleitungen für den Kraftstoffinjektor mit geringem Abstand zueinander geometrisch parallel zu verlegen. Dadurch entstehen Koppelkapazitäten zwischen den Ansteuerleitungen und der Sensorleitung. Durch Überkopplungen beim Ansteuern der Kraftstoffinjektoren kann das Erkennen charakteristischer Zeitpunkte mittels der Sensoren jedoch gestört werden, wenn sich Schaltvorgänge im Steuergerät in zeitlicher Nähe zu diesen Zeitpunkten befinden. Solche Einkopplungen auf einem Signal des Sensors können dabei bspw. zu fehlerhaft erkannten Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten führen.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren können solche Überkopplungen bzw. Einkopplungen jedoch dadurch aus dem Signal des Sensors entfernt werden, dass ein geeignetes Korrektursignal gebildet wird, das möglichst dem Störsignal aufgrund der Überkopplungen entspricht und dann vom Signal des Sensors abgezogen wird. Insbesondere liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass beim Beginn der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors noch keine Spannungsänderung durch den Sensor selbst erzeugt werden kann, da ein Öffnen des Injektors zumindest leicht zeitverzögert zur Ansteuerung des Kraftstoffinjektors ist. Eine beim Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors im Signal des Sensors auftretende Signaländerung resultiert demnach aus den Einkopplungen von den Ansteuerleitungen und ist ein Störsignal. Somit kann aus diesem Störsignal auf dem Signal des Sensors ein Korrektursignal gebildet werden, mit dem das Störsignal aus dem Signal des Sensors herausgerechnet werden kann. Eine Erkennung eines charakteristischen Zeitpunktes ist somit exakter und vor allem störungsfrei möglich.
Vorzugsweise wird eine Amplitude des Korrektursignals aus einem ersten Wert des Sensorsignals vor und einem zweiten Wert des Sensorsignals nach dem Beginn der Ansteuerung bestimmt, vorzugsweise als Differenz dieser Werte. Insbesondere umfasst dabei der erste Wert einen Extremwert (Maximum oder Minimum), einen Mittelwert oder einen Medianwert des Signals in einem vorbestimmten ersten Zeitintervall vor dem Beginn der Ansteuerung und/oder der zweite Wert einen Extremwert (Maximum oder Minimum), einen Mittelwert oder einen Medianwert des Signals in einem vorbestimmten zweiten Zeitintervall nach dem Beginn der Ansteuerung. Auf diese Weise kann sehr einfach die Amplitude des Störsignals bzw. der Einkopplung auf das Signal des Sensors durch die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors ermittelt werden. Dementsprechend genau kann auch das Korrektursignal dem Störsignal nachgebildet werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Korrektursignal ein Rechtecksignal. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit der Nachbildung des Störsignals ohne großen Aufwand, da der Spannungsverlauf bei der Ansteuerung, die sog. Boost-Spannung, näherungsweise rechteckig verläuft.
Alternativ ist bevorzugt, wenn das Korrektursignal ein Trapezsignal umfasst mit einer Steigung, die der Steigung des Sensorsignals in einem vorbestimmten dritten Zeitintervall nach dem Beginn der Ansteuerung entspricht. Dies ermöglicht eine genauere Nachbildung des Störsignals und somit ein gutes Signal des Sensors, an dem ein charakteristischer Zeitpunkt erkannt werden kann.
Weiter alternativ ist bevorzugt, wenn ein Verlauf der steigenden Flanke des Sensorsignals ermittelt und als Verlauf einer steigenden Flanke des Korrektursignals und/oder invertiert als Verlauf einer fallenden Flanke des Korrektursignals verwendet wird. Dies stellt eine besonders genaue Möglichkeit der Nachbildung des Störsignals dar und ermöglicht daher eine sehr genaue Kompensation des Störsignals.
Es ist von Vorteil, wenn eine zeitliche Dauer des Korrektursignals unter Berücksichtigung einer vorbestimmten, insbesondere einer Boost-Dauer bei einer Ansteuerung des Kraftstoffinjektors entsprechenden, Zeitdauer festgelegt wird. Dies stellt eine sehr einfache Möglichkeit, die Dauer des Korrektursignals festzulegen, dar und erfordert wenig Aufwand bei der Bildung des Korrektursignals. Die Boost-Dauer bei einer Ansteuerung des Kraftstoffinjektors ist dabei in der Regel für jeden Ansteuervorgang im Wesentlichen gleich lang, sodass bspw. eine mittlere oder bspw. vorgegebene Boost-Dauer als Dauer für das Korrektursignal verwendet werden kann.
Vorzugsweise wird eine zeitliche Dauer des Korrektursignals unter Berücksichtigung einer fallenden Flanke des Sensorsignals nach dem Ansteuerbeginn und/oder einem Verlauf und/oder einem Schaltzeitpunkt einer Spannung für die Boost-Ansteuerung des Kraftstoffinjektors festgelegt. Diese Möglichkeiten stellen weitere Verbesserungen für eine möglichst gute Abstimmung der Dauer des Korrektursignals auf die Dauer des Störsignals dar. Bei der Berücksichtigung der fallenden Flanke des Signals, insbesondere dem Zeitpunkt mit dem steilsten Gefälle, kann das tatsächliche Ende des Störsignals berücksichtigt werden. Ebenso kann mit der Erfassung des Spannungssignals bei der Ansteuerung, bspw. direkt an einer entsprechenden Endstufe, die Dauer des Störsignals, das ja einer Überkopplung der Spannung für die Ansteuerung auf das Signal des Sensors entspricht, sehr genau erfasst werden. Sofern ein Schaltzeitpunkt bspw. einer Endstufe, die die Spannung für die Ansteuerung bereitstellt, abgegriffen werden kann, kann auch hieraus eine sehr genaue Dauer des Störsignals ermittelt werden.
Vorteilhafterweise umfasst der charakteristische Zeitpunkt ein Öffnen des Kraftstoffinjektors. Gerade die Boost-Spannung beim Ansteuerbeginn führt zu einem Störsignal im Signal des Sensors, welches zeitlich mit dem Öffnen des Kraftstoffinjektors und somit einer entsprechenden Spannungsänderung im Signal des Sensors überlappen kann. Bei weiteren charakteristischen Zeitpunkten wie einer Nadel-Umkehr im Kraftstoffinjektor oder einem Schließen des Kraftstoffinjektors sind solche Überlappungen in der Regel nicht oder kaum vorhanden. Zudem sind die Störsignale zu diesen Zeitpunkten auch deutlich geringer, sofern solche überhaupt vorhanden sind.
Es ist von Vorteil, wenn das Korrektursignal und/oder die Signal-Differenz digital nach einer Verarbeitung des Signals durch einen Analog-Digital-Wandler gebildet werden. Eine Bearbeitung eines Signals, wie dies oben beschrieben wurde, ist besonders einfach möglich, wenn das Signal digital vorliegt. Das Signal des Sensors kann dabei vor einer Weiterbearbeitung, bei der bspw. die oben genannten Parameter wie bspw. Amplitude und Dauer ermittelt werden, noch einen Tiefpassfilter durchlaufen. Damit können andere, nicht relevante Störsignale, entfernt werden.
Vorzugsweise wird als Sensor ein piezoelektrischer Sensor oder ein piezoresistiver Sensor oder ein induktiver Sensor verwendet. Bei piezoelektrischen Sensoren handelt es sich um üblicherweise in solchen Kraftstoffinjektoren verwendete Sensoren. Als Sensoren sind jedoch bspw. auch piezoresistive oder induktive Sensoren verwendbar. Während piezoelektrische Sensoren bei einer mechanischen Anregung aktiv Ladung abgeben, verändern piezoresistive Sensoren dagegen ihren ohmschen Widerstand.
Vorteilhafterweise umfasst der Kraftstoffinjektor ein Servo-Ventil, insbesondere ein Magnet-Servo-Ventil oder ein Piezo-Servo-Ventil. Wie bereits eingangs erwähnt, ist gerade bei Kraftstoffinjektoren, die mittels eines Servo-Ventils arbeiten, eine Erkennung von charakteristischen Zeitpunkten des Einspritzvorgangs schwierig. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hier jedoch eine bessere Erkennung ermöglicht. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist jedoch auch vorteilhaft bei einem Kraftstoffinjektor ohne Servo-Ventil anwendbar.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung für einen Kraftstoffinjektor mit Magnetspule und zugehörigem Sensor.
2a bis 2c zeigen Ersatzschaltbilder für einen Sensor und eine Sensorbeschaltung.
3 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung für einen Kraftstoffinjektor mit zugehörigem Sensor.
4a und 4b zeigen Ersatzschaltbilder für die Schaltungsanordnung gemäß 3.
5 zeigt Verläufe einer Spulenspannung und von Potentialen an High-Side und Low-Side bei einer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors Magnetspule.
6 zeigt Verläufe von Potentialen an High-Side und Low-Side und ein Signal des Sensors bei einer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors mit Magnetspule und zugehörigem Sensor.
7 zeigt Verläufe von Potentialen an High-Side und Low-Side und ein Signal des Sensors bei einer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors mit Magnetspule und zugehörigem Sensor sowie ein Korrektursignal gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist beispielhaft eine Schaltungsanordnung für einen ersten Kraftstoffinjektor 110 mit einer Magnetspule 115 und zugehörigem Sensor 120 gezeigt. Der Kraftstoffinjektor 110 ist einer Brennkraftmaschine 100 zugeordnet. Die Magnetspule 115 dient als Magnetspule zur Ansteuerung eines Servo-Magnet-Ventils in dem Kraftstoffinjektor 110.
Der Sensor 120 ist dabei in dem Kraftstoffinjektor 110 derart angeordnet, dass bspw. ein Druck in einem Steuerraum, der mittels des Servo-Magnet-Ventils geöffnet werden kann, erfasst werden kann.
Die Magnetspule 115 ist mit zwei Ansteuerleitungen, einer High-Side-Leitung HS und einer Low-Side-Leitung LS an eine Endstufe 155 einer als Motorsteuergerät 150 ausgebildeten Recheneinheit angebunden. Die High-Side-Leitung HS und die Low-Side-Leitung LS sind jeweils über einen Kondensator (bspw. mit Kapazitäten von 4,7 nF für Low-Side und einem ganzzahligen Vielfachen von 4,7 nF für High-Side) an Masse angebunden.
Der Sensor 120, bspw. ein piezoelektrischer Sensor mit einem Piezo-Element, ist über zwei Eingänge an das Motorsteuergerät 150 angebunden, wobei einer dieser Eingänge über das Gehäuse des Kraftstoffinjektors 110 und die Brennkraftmaschine 100 mit dem Minuspol einer Fahrzeugbatterie 105 bzw. mit Masse verbunden ist. In dem Motorsteuergerät 150 ist der Sensor 120 zu einer Eingangskapazität C_in parallel geschaltet, gefolgt von einer Eingangsbeschaltung 160, einer positiven Spannung von bspw. +5 V und einem Analog-Digital-Wandler 161.
Die Eingangsbeschaltung 160 kann, wie gezeigt Widerstände und eine Kapazität aufweisen. Jedoch ist die genaue Ausgestaltung dieser Eingangsbeschaltung für die vorliegende Erfindung nicht relevant und soll daher nicht detaillierter beschrieben werden.
Bei der in 1 gezeigten Anordnung bzw. Schaltung handelt es sich um eine solche, wie sie für herkömmliche Einspritzvorgänge und einer Erkennung von charakteristischen Zeiten solcher Einspritzvorgänge bereits genutzt wird.
In 2a ist auf der rechten Seite ein Ersatzschaltbild für den Sensor 120, der auf der linken Seite gezeigt ist, dargestellt. Der Sensor 120 kann demnach als Stromquelle i_Sens angesehen werden, die eine elektrische Ladung abgibt, die proportional zu einer Kraft F, die auf den Sensor 120 wirkt, ist. Der Wert des Stroms beträgt dabei bspw. i_sens = d₃₃·dF/dt. Dabei handelt es sich bei d₃₃ um den relevanten piezo-elektrischen Koeffizienten und bei dF/dt um die Zeitableitung der Kraft F auf den Sensor. Diese elektrische Ladung lädt einen Kondensator mit der Eigenkapazität C_sens des Sensors 120.
In 2b ist ein Ersatzschaltbild für den Sensor und die zugehörige Sensorbeschaltung, die bereits in 1 gezeigt ist, dargestellt. Gegenüber der Schaltungsanordnung von Sensor 120 und zugehöriger Eingangsbeschaltung 160 im Motorsteuergerät ist hier lediglich der Sensor 120 durch die in 2a gezeigte Ersatzschaltung ersetzt.
Durch die Eingangskapazität C_in wird eine Leerlaufspannung dieser gezeigten Schaltungsanordnung um einen Faktor C_sens/(C_sens + C_in) abgesenkt. Hierbei ist anzumerken, dass die Eingangskapazität C_in auch weggelassen werden kann. In diesem Fall wäre der Wert C_in für die gezeigte Schaltung einfach auf Null zu setzen.
In 2c ist eine weitere Vereinfachung des Ersatzschaltbildes aus 2b gezeigt. Die Stromquelle i_Sens ist in eine Spannungsquelle u₁ mit einem Innenwiderstand, der durch C₁ = C_sens + C_in gebildet wird, transformiert. Dabei gilt U₁ = d₃₃·F/(C_sens + C_in). Auf diese Weise ist die Schaltungsanordnung für den Sensor 120 leichter verständlich.
In 3 ist nun erneut die Schaltungsanordnung aus 1 gezeigt, wobei der Einfachheit halber anstatt des Kraftstoffsensors 110 nur noch die für die Schaltungsanordnung relevante Magnetspule 115 dargestellt ist.
Weiterhin sind nun Kapazitäten C_HS und C_LS eingetragen, die die Kopplung zwischen den High-Side- bzw. Low-Side-Leitungen HS bzw. LS und der Sensorleitung für den Sensor 120 darstellen. Diese Kopplungen kommen bspw. durch die nahe beieinander liegende und insbesondere üblicherweise parallele Verlegung der meist verdrillten High-Side- und Low-Side-Leitungen und der Sensorleitung zustande. Diese Kopplungen, die sich über die gesamte Leitungslänge ausbilden, lassen sich durch die beiden gezeigten Kapazitäten C_HS und C_LS in der Schaltungsanordnung darstellen.
In 4a ist ein Ersatzschaltbild für die aus der Schaltungsanordnung aus 3 für die Beschaltung des Sensors 120 relevanten Teile gezeigt. Dabei sind die Kapazitäten C_HS und C_LS jeweils mit einer zugehörigen Spannungsquelle U_HS und U_LS, welche die von der Endstufe 155 aufgebrachten Spannungen an der Magnetspule 115 darstellen, an die in 2c gezeigte Beschaltung angebunden.
Sowohl die Schaltungsanordnung aus 3 als auch das Ersatzschaltbild aus 4a zeigen, dass nun dem eigentlichen Sensorsignal des ersten Sensors 120, nämlich der Spannungsquelle U₁, Überkopplungen bzw. Störsignale aus den Potentialen U_HS und U_LS der High-Side- bzw. der Low-Side-Leitung gegen Masse überlagert sind.
Diese Potentiale können im Motorsteuergerät bspw. zwischen den Werten Null, einer Boost-Spannung (üblicherweise zwischen 40 V und 50 V) geschaltet werden. Zusätzlich kann u_HS auch den Wert der Batteriespannung annehmen. Durch diese Überkopplungen kann das Erkennen charakteristischer Zeitpunkte gestört werden, wenn sich Schaltvorgänge im Motorsteuergerät in zeitlicher Nähe zu diesen Zeitpunkten befinden. Dies ist insbesondere beim Öffnen des Servo-Ventils der Fall, da in großer zeitlicher Nähe hierzu das Boosten beendet wird und daher die Spannung u_HS von der Boost-Spannung, d.h. zwischen 40 V und 50 V auf Null oder auf Batteriespannung springt.
In 4b ist ein weiteres Ersatzschaltbild gezeigt, in dem die Kapazitäten C₁, C_HS und C_LS zu einer Kapazität C₂ = C₁ + C_HS + C_LS zusammengefasst sind. Ebenso sind die zugehörigen Spannungen U₁, U_HS und U_LS zu U₂ = d·F/C₂ + C_HS·U_HS/C₂ + C_LS·U_LS/C₂ zusammengefasst. Auf diese Weise kann die an den Eingängen des Analog-Digital-Wandlers 161 anliegende Spannung einfach dargestellt werden.
In 5 sind Verläufe einer Spulenspannung U_Sp in der Magnetspule und von Spannungen bzw. Potentialen U_HS an High-Side und U_LS an Low-Side bei einer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors Magnetspule wie er in 1 gezeigt ist, dargestellt. Dabei ist jeweils eine Spannung U in Volt gegen die Zeit t in ms aufgetragen.
Die Potentiale U_HS und U_LS werden dabei typischerweise von einer Endstufe, wie in 1 gezeigt, bei einer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors zur Einspritzung von Kraftstoff erzeugt. Die Spulenspannung U_Sp ist dabei die aus diesen Potentialen resultierende, an der Magnetspule anliegende Spannung.
Die gesamte Ansteuerdauer vom Ansteuerbeginn bei t = 0 ms beträgt dabei ca. 0,4 ms. Wie am Potential U_HS zu erkennen ist, wird zunächst für ca. 0,1 ms eine Boost-Spannung von ca. 40 V an die Spule angelegt. Anschließend wird durch Takten der Spulenspannung zwischen der Bordnetzspannung, die ca. 14 V beträgt, und der Spannung Null der Spulenstrom innerhalb eines Hysteresestrombandes geregelt. Die Ansteuerung der Magnetspule wird mit Anheben des Potentials U_LS auf die Boostspannung beendet, so dass der Spulenstrom schnell abgebaut wird und der Kraftstoffinjektor wieder schließt.
Charakteristische Zeitpunkte sind dabei bei ca. t = 0,1 ms ein Öffnen des Kraftstoffinjektors bzw. von dessen Nadel, bei ca. t = 0,55 ms eine Nadelumkehr und bei ca. t = 0,9 ms ein Schließen des Kraftstoffinjektors bzw. von dessen Nadel.
In 6 sind Verläufe der Potentiale U_HS und U_LS wie in 5 gezeigt. Weiterhin ist ein Signal U_S eines Sensors wie dem des Sensors 120 aus 1 bei Ansteuerung der Magnetspule mit den Potentialen U_HS und U_LS gezeigt. Dabei ist jeweils eine Spannung U in Volt gegen eine Zeit t in ms aufgetragen. Das Signal U_S kann dabei bspw. mittels der Eingangsbeschaltung 160 und des A/D-Wandlers 161 erfasst werden.
Dabei ist deutlich zu erkennen, dass insbesondere das Potential U_HS in der Zeit zwischen ca. t = 0 ms und t = 0,1 ms eine starke Einkopplung auf das Signal U_S bewirkt. Genau in diesem Zeitraum liegt auch das Öffnen des Kraftstoffinjektors bzw. dessen Servoventils.
Weiterhin ist auch zu erkennen, dass das Potential U_LS keine nennenswerten Einkopplungen auf dem Signal U_S verursacht. Weiterhin liegen auch in den übrigen relevanten Zeitbereichen, nämlich dem der Nadelumkehr und dem des Schließens keine relevanten Störsignale bzw. Einkopplungen vor.
In 7 sind die Verläufe der Potential U_HS und U_LS sowie des Signals U_S wie in 6 gezeigt, dargestellt. Weiterhin sind ein Korrektursignal U_K sowie ein korrigiertes Signal bzw. eine Signal-Differenz U'_S, welches einer Differenz aus dem Signal U_S und dem Korrektursignal U_K entspricht, gezeigt. Dabei ist jeweils eine Spannung U in Volt gegen die Zeit t in ms aufgetragen (die zu U_K gehörige Skala ist dabei an der rechten Seite, die der übrigen Signale an der linken Seite aufgetragen).
Wird nun das Signal U_S bspw. mittels des A/D-Wandlers 161 in ein digitales Signal umgewandelt, so kann es geeignet analysiert werden. In dem Bereich um den Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors bzw. dessen Magnetspule, welchem die steigende Flanke des Signals U_S bei t = 0 ms entspricht, kann die Amplitude des Störsignals ermittelt werden. Bspw. kann in einem Bereich von t = –0,05 ms und t = 0,05 ms das Signal U_S auf seinen geringsten und seinen höchsten Wert hin untersucht werden. Alternativ können beispielsweise auch in zwei Zeitintervallen vor und nach t = 0 die jeweiligen Mittelwerte oder die jeweiligen Medianwerte der Signalspannung ermittelt werden. Diese wären unabhängig von der verwendeten Methode vorliegend bspw. ca. 2,7 V und ca. 3,4 V.
Aus deren Differenz, die vorliegend somit ca. 0,7 V beträgt, kann auf die Amplitude des Störsignals im Signal U_S geschlossen werden. Dabei ist zu beachten, dass zu bzw. um den Zeitpunkt t = 0 ms, d.h. dem Ansteuerbeginn, eine Spannungsänderung im Signal U_S nicht aus einer Tätigkeit des Sensors und daher notwendigerweise aus einer Störeinkopplung resultiert.
Diese Differenz von 0,7 V kann nun als Amplitude für ein Korrektursignal U_K verwendet werden, welches durch geeignete Verarbeitung von dem Signal U_S abgezogen werden kann. Als zeitlicher Bezugspunkt, der einen Beginn des Korrektursignals kennzeichnet, wird der Ansteuerbeginn t = 0 ms verwendet. Als zeitliche Dauer des Korrektursignals U_K kann dabei die typische Dauer der Boost-Ansteuerung, die vorliegend bspw. 0,1 ms beträgt, verwendet werden. Daraus kann im einfachsten Fall ein Rechtecksignal geformt werden, wie dies als Signal U_K in 7 gezeigt ist.
Durch die Bildung einer Differenz von U_S und U_K ergibt sich somit eine Signal-Differenz U'_S, welche in guter Näherung zumindest in dem für das Öffnen des Kraftstoffinjektors relevanten Zeitbereich dem Signal des Sensors ohne die Störeinkopplung entspricht. Der verbleibende kleine Stör-Peak in der Signal-Differenz U'_S bei ca. t = 0,1 ms vermag die Merkmalsdetektion, bei der ein Öffnen erkannt wird, nicht mehr nennenswert zu beeinflussen.
Es versteht sich, dass die Form des Korrektursignals U_K auch noch genauer an die Störeinkopplung angepasst werden kann, wie dies in mehreren Varianten eingangs beschrieben wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010000827 A1 [0005]
DE 102015201512 [0006]
DE 102015201514 [0006]

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines charakteristischen Zeitpunktes eines durch eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (110) einer Brennkraftmaschine (100) verursachten Einspritzvorgangs mittels eines Sensors (120), der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors (110) zu erfassen, wobei ein Signal (U_S) des Sensors (120) erfasst wird, wobei aus dem Signal (U_S) des Sensors (120) ein Korrektursignal (U_K) gebildet wird, wobei ein Beginn der Ansteuerung als zeitlicher Bezugspunkt für das Korrektursignal (U_K) verwendet wird, wobei eine Signal-Differenz (U'_S) zwischen dem Signal (U_S) des Sensors (120) und dem Korrektursignal (U_K) gebildet wird, und wobei aus der Signal-Differenz (U'_S) auf den charakteristischen Zeitpunkt des Einspritzvorgangs geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zeitliche Bezugspunkt einen Beginn des Korrektursignals kennzeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Amplitude des Korrektursignals (U_K) aus einem ersten Wert des Signals (U_S) des Sensors (120) vor und einem zweiten Wert des Signals (U_S) des Sensors (120) nach dem Beginn der Ansteuerung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Wert einen Extremwert, einen Mittelwert oder einen Medianwert des Signals (U_S) des Sensors (120) in einem vorbestimmten ersten Zeitintervall vor dem Beginn der Ansteuerung und/oder der zweite Wert einen Extremwert, einen Mittelwert oder einen Medianwert des Signals (U_S) des Sensors (120) in einem vorbestimmten zweiten Zeitintervall nach dem Beginn der Ansteuerung umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Korrektursignal (U_K) ein Rechtecksignal umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Korrektursignal (U_K) ein Trapezsignal umfasst mit einer Steigung, die der Steigung des Signals (U_S) des Sensors (120) in einem vorbestimmten dritten Zeitintervall nach dem Beginn der Ansteuerung entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Verlauf einer steigenden Flanke des Signals (U_S) des Sensors (120) ermittelt und als Verlauf einer steigenden Flanke des Korrektursignals (U_K) und/oder invertiert als Verlauf einer fallenden Flanke des Korrektursignals (U_K) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine zeitliche Dauer des Korrektursignals (U_K) unter Berücksichtigung einer vorbestimmten, insbesondere einer Boost-Dauer bei einer Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (110) entsprechenden, Zeitdauer festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine zeitliche Dauer des Korrektursignals (U_K) unter Berücksichtigung einer fallenden Flanke des Signals (U_S) des Sensors (120) nach dem Beginn der Ansteuerung und/oder einem Verlauf und/oder einem Schaltzeitpunkt einer Spannung (U_HS) für eine Boost-Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (110) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der charakteristische Zeitpunkt ein Öffnen des Kraftstoffinjektors (110) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Korrektursignal (U_K) und/oder die Signal-Differenz (U'_S) digital nach einer Verarbeitung des Signals (U_S) durch einen Analog-Digital-Wandler (161) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Sensor (120) ein piezoelektrischer Sensor oder ein piezoresistiver Sensor oder ein induktiver Sensor verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoffinjektor (120) ein Servo-Ventil, insbesondere ein Magnet-Servo-Ventil oder ein Piezo-Servo-Ventil umfasst.
Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (150) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.