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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Öffnungsverzugsdauer eines Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen fördern Kraftstoff vom Tank bis in die Brennkammer der Brennkraftmaschine. Ein solches Einspritzsystem umfasst üblicherweise, beginnend im Tank, ein Niederdrucksystem, aufweisend Niederdruckpumpe, Kraftstofffilter und Leitungen, gefolgt von einem Hochdrucksystem, aufweisend Hochdruckpumpe, Kraftstoffleitungen, Verteilerleisten und Einspritzventile bzw. Kraftstoffinjektoren, welche den Kraftstoff zeitlich und räumlich bedarfsgerecht der Brennkammer der Brennkraftmaschine zuführen.
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Bei modernen, zeitgesteuerten Einspritzsystemen übernimmt ein Steuergerät die Berechnung von Einspritzfunktionen und die Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren und anderen Stellgliedern zur Regelung des Systems und der Brennkraftmaschine.
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Um bspw. ein Magnet-Hochdruckeinspritzventil eines Direkteinspritzsystems zu öffnen, wird ein Magnet angesteuert bzw. bestromt, dessen Magnetkraft gegen eine Schließfeder und einen wirksamen Kraftstoffdruck die Ventilnadel aus ihrem Sitz bewegt, um den Einspritzquerschnitt zu öffnen. Um den Strombedarf möglichst niedrig zu halten, kann der Magnetanker mit einem sog. Ankerfreiweg an der Ventilnadel fixiert werden. Erfolgt eine Bestromung, so beschleunigt der Magnetanker zunächst und stößt anschließend nach einem geringen Hub auf die Ventilnadel. Zum Zeitpunkt des Anhebens der Ventilnadel wirkt somit neben der Magnetkraft auch noch ein mechanischer Impuls. Dadurch können eine maximal nötige Magnetkraft niedriger ausgelegt und der Strombedarf reduziert werden.
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Ein Einfluss der Nadeldynamik kann hier bspw. durch einen mechatronischen Ansatz, wie bspw. eine sog. Controlled Valve Operation, reduziert werden. Bei einer Controlled Valve Operation werden Ansteuerzeiten bzw. -dauern der Kraftstoffinjektoren im Sinne einer Regelung bspw. über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs hinweg angepasst. Dabei werden während und/oder nach der Ansteuerung Signale erfasst und aus diesen der Öffnungs- und Schließzeitpunkt, sowie die Offendauer der Ventilnadel ermittelt. Somit kann die tatsächliche Offendauer jedes Injektors errechnet und gegebenenfalls nachgeregelt werden. In der
DE 10 2009 002 593 A1 wird ein solches Verfahren zum Regeln einer Ist-Offendauer eines Ventils auf eine Soll-Offendauer beschrieben.
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Eine Möglichkeit, wie man bei einem elektromagnetischen Aktor wie bspw. einem Magnetanker mit Magnetspule eine Position und/oder eine Geschwindigkeit bestimmen kann, ist bspw. aus der
DE 10 2008 054 877 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Öffnungsverzugsdauer eines Kraftstoffinjektors 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.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Bestimmung einer Öffnungsverzugsdauer eines Kraftstoffinjektors, bei dem durch Ansteuerung einer Magnetspule mittels eines Magnetankers, insbesondere mit Ankerfreiweg, eine Ventilnadel geöffnet werden kann. Hierbei wird ein mathematisches Modell, welches als Eingangsgröße eine Ansteuerdauer der Magnetspule und als Ausgangsgröße eine zugehörige Öffnungsverzugsdauer hat, verwendet.
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Die Verwendung der Ansteuerverzugsdauer ermöglicht dabei eine besonders einfache und schnelle Bestimmung der Öffnungsverzugsdauer, da, wie erkannt wurde, die Ansteuerdauer bei Kraftstoffinjektoren mit Magnetspule, also Magnetventilen, einen direkten Einfluss auf die Öffnungsverzugsdauer hat. Durch ein geeignetes mathematisches Modell, in welches diese Ansteuerdauer eingeht, ist somit eine sehr einfache Bestimmung der Öffnungsverzugsdauer möglich.
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Vorteilhafterweise wird eine Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffinjektors durchgeführt, indem eine für eine mittels des Kraftstoffinjektors einzubringende Kraftstoffmenge nötige Offendauer des Kraftstoffinjektors unter Berücksichtigung einer Ansteuerdauer der Magnetspule, einer Öffnungsverzugsdauer und einer Schließverzugsdauer ermittelt wird, wobei die Öffnungsverzugsdauer unter Berücksichtigung des mathematischen Modells ermittelt wird. Wie bereits eingangs erwähnt, kann auf die beschriebene Weise eine nötige Kraftstoffmenge bereitgestellt werden. Durch die Verwendung des mathematischen Modells kann dies nun genauer erfolgen, wodurch auch Emissionswerte verbessert werden.
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Vorzugsweise wird das mathematische Modell an einen Kraftstoffinjektor, bei dem es verwendet werden soll, angepasst. Hierbei werden für wenigstens eine Ansteuerdauer der Magnetspule jeweils eine zugehörige Öffnungsverzugsdauer und/oder jeweils ein zugehöriger Strom- und/oder Spannungsverlauf in der Magnetspule ermittelt. Dies ist möglich, da die Bewegung des Magnetankers und damit auch das Erreichen des Anschlags an der Ventilnadel, durch die Änderung der Induktivität der Magnetspule charakteristische Strom- bzw. Spannungsverläufe verursacht. Das mathematische Modell wird so angepasst, dass sich aufgrund des mathematischen Modells aus wenigstens einen Ansteuerdauer die zugehörige Öffnungsverzugsdauer bzw. der zugehörige Strom- und/oder Spannungsverlauf ergibt. Zweckmäßigerweise kann dies erfolgen, indem Parameter des mathematischen Modells bzw. der Modellgleichung (Funktion) für den jeweiligen Kraftstoffinjektor angepasst werden. Als Modellgleichung bezeichnet man das formelle mathematische Modell eines Systems in Form einer Funktion.
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Diese Modellanpassung kann dabei beispielsweise über eine minimale Ansteuerdauer erfolgen, bei welcher die Ventilnadel gerade noch öffnet. Alternativ oder ergänzend sind auch Informationen aus dem Verhalten des Kraftstoffinjektors bei noch geringeren Ansteuerdauern verwendbar, die bspw. aus Strom- oder Spannungsverläufen der Magnetspule ermittelt werden. Auf diese Weise kann ein für bspw. einen bestimmten Typ eines Kraftstoffinjektors ermitteltes mathematisches Modell sehr einfach an einen später in einer Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffinjektor dieses Typs angepasst bzw. angeglichen werden. Während der allgemeine Zusammenhang zwischen Ansteuerdauer und Öffnungsverzugszeit nur von einem allgemeinen Aufbau des Kraftstoffinjektors abhängt, können sich spezifische Abweichungen durch gewisse Fertigungstoleranzen oder Alterungserscheinungen ergeben, an die das mathematische Modell dann, wie erwähnt, einfach angepasst werden kann. Eine Anpassung kann auch bspw. bei geänderter Kraftstoffviskosität oder geänderten anderen, das Bewegungsverhalten des Magnetankers beeinflussende Faktoren erfolgen.
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Zweckmäßigerweise wird zur Ermittlung der minimalen Ansteuerdauer die Ansteuerdauer schrittweise, beginnend von einer Ansteuerdauer, bei der die Ventilnadel nicht öffnet, erhöht. Mit der Ansteuerdauer, bei welcher die Ventilnadel dann erstmals, wenn auch nur minimal, öffnet, also der minimalen Ansteuerdauer, kann dann das mathematische Modell angepasst werden. Unter einer solchen Anpassung kann bspw. die Verwendung eines Korrekturfaktors oder eines Offsets verstanden werden.
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Weiter alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn das mathematische Modell an einen Kraftstoffinjektor, für den es verwendet werden soll, angepasst wird, indem ein oder mehrere Öffnungsverzugsdauern unter Berücksichtigung eines Druckverlaufs in einem zugehörigen Kraftstoffverteilungssystem, bspw. einem Hochdruckspeicher, bei maximalem Hub der Ventilnadel ermittelt werden. Der maximale Hub bzw. der Vollhub der Ventilnadel bezeichnet dabei eine Position der Ventilnadel im geöffneten Zustand, bei dem der maximale Kraftstoffdurchfluss möglich ist. Diese Position wird zwar im erwähnten ballistischen Betrieb in der Regel nicht oder nur kurzzeitig erreicht, jedoch kann diese Position, die bei anderen Ansteuervorgängen auch für längere Zeit anliegen kann, speziell für die Anpassung des mathematischen Modells verwendet werden. Bspw. kann die Öffnungsverzugsdauer aus einer Zeitdifferenz zwischen Ansteuerbeginn und beobachtetem Druckabfalls in der Kraftstoffverteilung festgestellt werden und damit ein Abgleich des mathematischen Modells erreicht werden.
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Vorteilhafterweise wird das mathematische Modell ermittelt, indem für verschiedene Ansteuerdauern der Magnetspule jeweils eine zugehörige Öffnungsverzugsdauer ermittelt, und ein Zusammenhang zwischen den Ansteuerdauern der Magnetspule und den zugehörigen Öffnungsverzugsdauern dann als mathematisches Modell bzw. als Bestimmungsvorschrift verwendet wird.
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Die Öffnungsverzugsdauer gibt hierbei einen Zeitversatz zwischen dem Beginn der Ansteuerung (d.h. Bestromung) des Kraftstoffinjektors bzw. dessen Magnetspule und dem tatsächlichen Öffnen der Ventilnadel, d.h. der Freigabe einer Durchflussöffnung für Kraftstoff, an. Dieser Zeitversatz resultiert aus der Zeitdauer, bis nach Beginn der Ansteuerung bzw. Bestromung der Magnetspule eine magnetische Kraft aufgebaut wird, um den Magentanker in Bewegung zu versetzen. Zudem benötigt auch der Magnetanker eine gewisse Zeit, um von seiner Ruheposition aus den Ankerfreiweg zu durchlaufen und an der Ventilnadel bzw. einem daran ausgebildeten Anschlag anzuschlagen, um die Ventilnadel zu öffnen.
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Durch die Trägheit des Aufbaus des Magnetfeldes und der beteiligten Komponenten ergeben sich, insbesondere bei insgesamt kurzen Ansteuerdauern, unterschiedliche Beschleunigungen des Magnetankers in Abhängigkeit von der Ansteuerdauer. Da sich die Offendauer des Kraftstoffinjektors aus der Ansteuerdauer ergibt, indem eine Schließverzugsdauer addiert und die Öffnungsverzugsdauer abgezogen wird, trägt die Öffnungsverzugsdauer wesentlich zur Offendauer bei. Die Schließverzugsdauer gibt dabei einen Zeitversatz an, bis die Ventilnadel nach dem Ende der Ansteuerung der Magnetspule tatsächlich schließt.
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Das auf diese Weise ermittelte mathematische Modell basiert nun auf den physikalischen Eigenschaften des Kraftstoffinjektors und ermöglicht eine einfache und vor allem sehr genaue Ermittlung bzw. Berechnung der Offendauer, bspw. im Rahmen der eingangs erwähnten Controlled Valve Operation, da die zu einer bestimmten Ansteuerdauer gehörige Öffnungsverzugsdauer bereits im Voraus berücksichtigt werden kann. Der Zusammenhang kann dabei bspw. im Rahmen mehrerer Messungen ermittelt werden. Während die Ansteuerdauer, während welcher die Magnetspule angesteuert wird, ohnehin vorgegeben wird, entspricht die Öffnungsverzugsdauer der Zeitdifferenz zwischen Beginn der Ansteuerung und Erreichen des Anschlags der Ventilnadel durch den Magnetanker bzw. das Öffnen der Ventilnadel. Das Öffnen der Ventilnadel kann bspw. durch einen Druckabfall in einem zugehörigen Hochdruckspeicher festgestellt werden.
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Besondere Vorteile ergeben sich gerade bei sehr kleinen abzugebenden Kraftstoffmengen, da dort einerseits eine sehr kurze Offendauer des Kraftstoffinjektors nötig ist, bei der sich Fehler bzw. Ungenauigkeiten in der Öffnungsverzugsdauer stark auswirken, und andererseits bei sehr kurzen Offendauern auch ein sog. ballistischer Betrieb auftritt, bei dem die Öffnungsverzugsdauer sehr stark von der Ansteuerzeit abhängt, da die Ventilnadel nur kurz angehoben wird und nicht den Anschlag erreicht, sondern nach dem Anheben wieder in den Sitz zurückfällt.
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Vorzugsweise wird aus dem Zusammenhang zwischen den Ansteuerdauern der Magnetspule und den zugehörigen Öffnungsverzugsdauern eine, insbesondere parametrierbare, Funktion, die die Öffnungsverzugsdauer in Abhängigkeit von der Ansteuerdauer der Magnetspule angibt, ermittelt bzw. abgeleitet und als mathematisches Modell hinterlegt. Zweckmäßigerweise wird die Funktion dabei aus entsprechenden Zusammenhängen für mehrere baugleiche Kraftstoffinjektoren ermittelt. Auf diese Weise ist das mathematische Modell, das dann für einen bestimmten Kraftstoffinjektor verwendet werden kann, genauer. Bei Verwendung einer solchen Funktion kann dann sehr schnell und einfach für eine, zumindest in einem gewissen Bereich, beliebige Ansteuerdauer die zugehörige Öffnungsverzugsdauer ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise wird die Funktion als ein oder mehrere Kennfelder und/oder ein oder mehrere Kennlinien als mathematisches Modell verwendet. Zweckmäßigerweise wird dazu die Funktion mittels der ein oder mehreren Kennfelder und/oder der ein oder mehreren Kennlinien approximiert. Ohne Verwendung der Funktion können bspw. bestimmte, oft benötigte Ansteuerdauern und zugehörige Öffnungsverzugsdauern paarweise in Kennfeldern bzw. Kennlinien hinterlegt werden. Kennfelder bzw. Kennlinien lassen sich dann auch sehr einfach bspw. in einer ausführenden Recheneinheit, bspw. einem Steuergerät, hinterlegen, so dass bei der Ermittlung einer Offendauer sehr schnell und einfach auf benötigte Werte zugegriffen werden kann.
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Vorzugsweise wird in dem mathematischen Modell eine Abhängigkeit der Öffnungsverzugsdauer von einem Druck, mit dem ein Kraftstoff für den Kraftstoffinjektor bereitgestellt wird, mittels einer Abhängigkeit der Ansteuerdauer von dem Druck berücksichtigt. Bei dem Druck handelt es sich bspw. um einen in einem Hochdruckspeicher, über den der Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgt wird, vorherrschenden Druck. An sich ist der Zusammenhang zwischen Öffnungsverzugsdauer und Ansteuerdauer nicht vom Druck abhängig, da der Magnetanker druckausgeglichen, d.h. von den beiden in den Bewegungsrichtung liegenden Seiten mit dem gleichen Druck beaufschlagt ist. Der Druck wirkt sich damit nicht auf die für die Öffnungsverzugsdauer relevante Bewegung des Magnetankers von seiner Ruheposition bis zu dem Anschlag an der Ventilnadel aus. Bei höheren Drücken ist jedoch die zum Öffnen der Ventilnadel, d.h. nach Erreichen des Anschlags durch den Magnetanker, nötige Kraft höher. Hierzu ist eine längere Ansteuerdauer nötig, was sich jedoch auch wieder auf die Öffnungsverzugsdauer auswirkt. Somit kann sich der Druck zumindest mittelbar und geringfügig auch auf die Öffnungsverzugszeit auswirken. Durch die Berücksichtigung des Drucks kann also die Genauigkeit des mathematischen Modells erhöht werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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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.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a bis 1f zeigen schematisch jeweils einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg, mittels welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform durchführbar ist, in verschiedenen Positionen beim Betrieb.
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2 zeigt Verläufe von Magnetanker- und Ventilnadelhub bei einem in den 1a bis 1f gezeigten Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg.
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3 zeigt verschiedene Magnetankerhubverläufe bei einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt einen Zusammenhang zwischen Öffnungsverzugsdauer und Ansteuerdauer, wie er mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelbar ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1a ist schematisch ein Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor 100 gezeigt. Eine Ventilnadel 110 ist dazu vorgesehen, im Ruhezustand den Kraftstoffinjektor 100 zu verschließen, sodass kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor 100 in eine Brennkraftmaschine gelangt. Hierzu verschließt die Ventilnadel 110 einen Ventilsitz 170, indem die Ventilnadel 110 mittels einer Schließfeder 150 mit Kraft beaufschlagt wird.
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Zusätzlich wirkt in Richtung der Federkraft der Schließfeder 150 bei einem typischen Kraftstoffinjektor 100 durch entsprechende Bauart auch ein Kraftstoffdruck eines Kraftstoffs, welcher sich im Kraftstoffinjektor 100 und insbesondere auch an der Oberseite der Ventilnadel 110 befindet
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Weiterhin sind eine Magnetspule 140 und ein Magnetanker 130 vorgesehen. Die Magnetspule 140 ist ortsfest im Kraftstoffinjektor 100 angeordnet, während der Magnetanker 130 in Längsrichtung der Ventilnadel 110 beweglich ist. Dazu ist im Magnetanker 130 bspw. ein Loch mit einem Durchmesser, der leicht größer als der Durchmesser der Ventilnadel 110 ist, vorgesehen. Die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 100 und damit der Magnetspule 140 kann durch eine Recheneinheit 190, bspw. ein Motorsteuergerät, erfolgen.
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Im Ruhezustand liegt der Magnetanker 130 auf einer fest mit der Ventilnadel verbundenen Anschlaghülse 160 auf. Sobald die Magnetspule 140 bestromt bzw. angesteuert wird, wird der Magnetanker 130 aus seiner Ruheposition durch eine Magnetkraft in Richtung der Magnetspule 140 bewegt, wie dies mittels eines Pfeiles in 1a angedeutet ist. Der Magnetanker 130 durchläuft somit zunächst einen sog. Ankerfreiweg.
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An der Ventilnadel 110 ist ein Anschlag 120 ausgebildet. Der Anschlag 120 kann dabei bspw. integral mit der Ventilnadel 110 oder als mit der Ventilnadel 110 fest verbundenes Anbauteil ausgebildet sein. Der Durchmesser des Anschlags 120 ist dabei größer als der Durchmesser des Lochs im Magnetanker 130. In Ruheposition des Magnetankers 130 ist dabei zwischen der Oberkante des Magnetankers 130 und der Unterkante des Anschlags 120 ein Spalt vorgesehen, der bereits erwähnte sog. Ankerfreiweg.
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Sobald der Magentanker 130 während der Ansteuerung der Magnetspule 140 den Anschlag 120 erreicht, wie in 1b zu sehen, wird die Ventilnadel 110 zusammen mit dem Magnetanker 130 in Öffnungsrichtung entgegen der Kraft der Schließfeder 150 bewegt. Dies ist durch einen zusätzlichen Pfeil an der Ventilnadel 110 angedeutet.
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Erreicht der Magnetanker 130 die Magnetspule 140 (bzw. ein die Magnetspule 140 umgebendes Gehäuse oder einen anderen Anschlag), bewegt sich der Magnetanker 140 nicht weiter, während die Ventilnadel 110 sich noch etwas weiter nach oben bewegt, wie in 1c dargestellt.
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Anschließend trifft die Ventilnadel 110 nach einer kurzen Bewegung in Schließrichtung mit dem Anschlag 120 auf den Magnetanker 130 auf, wie in 1d zu sehen ist. Nach dem Ende der Ansteuerung der Magnetspule 140 bewegt sich der Magnetanker 130 aufgrund der nun fehlenden Magnetkraft in Schließrichtung. Ebenso bewegt sich die Ventilnadel 110 in Schließrichtung.
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Schließlich erreicht die Ventilnadel 110, wie in 1e zu sehen, den Ventilsitz 170 und verschließt diesen. Der Magnetanker 130 durchläuft den Ankerfreiweg wie durch einen Pfeil angedeutet in Richtung der Anschlaghülse 160. Anschließend liegt der Magnetanker 130 an der Anschlaghülse 160 auf und befindet sich wieder in Ruheposition, wie in 1f zu sehen. Dabei ist es möglich, dass der Magnetanker 130 an der Anschlaghülse 160 ein oder mehrmals prellt und dabei hydraulisch gedämpft wird.
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In 2 sind die Verläufe von Magnetankerhub hM und Ventilnadelhub hV bei einem üblichen Einspritzvorgang mit Durchlaufen der in den 1a bis 1f gezeigten Positionen schematisch über der Zeit t dargestellt. Hierzu sind mit den Bezugszeichen a bis f Zeitabschnitte gezeigt, in welchen jeweils die entsprechende, in den 1a bis 1e dargestellte Position liegt.
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Zu Beginn der Bestromung bzw. Ansteuerung der Magnetspule 140 bewegt sich der Magnetanker 130 von der Ruheposition hM,0 in Richtung Anschlag 120. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Magnetanker 130 die Ventilnadel 110 ab der Ruheposition hV,0 des Anschlags der Ventilnadel in seiner Aufwärtsbewegung mit, was zum Öffnen der Ventilnadel 110 und damit zum Einspritzvorgang führt.
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Zum Ende des Zeitabschnitts b erreicht der Magnetanker 130 die Magnetspule 140 und damit einen Maximalhub hP. Die Ventilnadel 110 hingegen bewegt sich noch etwas weiter und fällt zurück. Zum Ende des Zeitabschnitts c erreicht die Ventilnadel 110 den Magnetanker 130 und liegt auf diesem auf.
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Zum Ende des Zeitabschnitts d endet sodann die Ansteuerung der Magnetspule 140 und damit die Ansteuerdauer ΔtA. Nach einer kurzen Zeit des Klebens an der Magnetspule 140 beginnen sich der Magnetanker 130 und mit ihm die Ventilnadel in Schließrichtung zu bewegen. Zum Ende des Zeitabschnitts e hat die Ventilnadel 110 den Ventilsitz erreicht, während der Magnetanker noch prellt.
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In 3 sind verschiedene Magnetankerhubverläufe hM,1 bis hM,7 über der Zeit t bei einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg, wie er bspw. in den 1a bis 1f gezeigt ist, bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
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Die Magnetankerhubverläufe hM,1 bis hM,7 entsprechen dabei Ansteuerdauern, die, beginnend beim Index 1 bis hin zum Index 7, immer weiter zunehmen. Allen Magnetankerhubverläufen ist dabei gemeinsam, dass erst nach einer gewissen Zeitdauer, hier ab dem Zeitpunkt t0, sich der Magnetanker zu heben beginnt. Zuvor verbleibt der Magnetanker durch hydraulische Kräfte in seiner Ruheposition (sog. "Ankerkleben").
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Bei den Magnetankerhubverläufen hM,1 und hM,2 ist zu sehen, dass zwar der Magnetanker den Anschlag der Ventilnadel, d.h. die Ruheposition hV,0 des Anschlags der Ventilnadel, erreicht, die Ventilnadel jedoch noch nicht angehoben wird.
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Erst mit der dem Magnetankerhubverlauf hM,3 bzw. der zugrundeliegenden Ansteuerdauer wird die Ventilnadel geöffnet. Der Zeitpunkt t1, zu dem die Ventilnadel öffnet, legt so die zu der zu dem Magnetankerhubverlauf hM,3 gehörigen Ansteuerdauer gehörige Öffnungsverzugsdauer ΔtO fest. Mit höheren Ansteuerdauern ergeben sich höhere Magnetkräfte und kürzere Öffnungsverzugsdauern.
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Weiterhin ist zu sehen, dass mit dem Magnetankerhubverlauf hM,6 bzw. der zugehörigen Ansteuerdauer die minimale Öffnungsverzugsdauer, die bis zum Zeitpunkt t2 andauert, erreicht ist. Bei dem Magnetankerhubverlauf hM,7 ergibt sich bereits keine kürzere Öffnungsverzugsdauer mehr, obwohl hier bereits der sog. Vollhub, d.h. die maximale Öffnung der Ventilnadel erreicht wird.
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4 zeigt einen Zusammenhang zwischen Öffnungsverzugsdauer ΔtO und Ansteuerdauer ΔtA, wie er mit einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform ermittelbar ist.
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Gemäß den in 3 gezeigten Magnetankerhubverläufen bzw. deren zugehörigen Ansteuerdauern können bspw. für verschiedene Ansteuerdauern (entsprechend verschiedenen Magnetankerhubverläufen) jeweils zugehörige Öffnungsverzugsdauern ermittelt werden. Dabei kann es sich bspw. um die durch die Magnetankerhubverläufe hM,3 und hM,2 dargestellten Ansteuerdauern handeln.
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Daraus ergibt sich ein Zusammenhang zwischen Öffnungsverzugsdauer ΔtO und Ansteuerdauer ΔtA, wie er hier mittels der Linie bzw. Funktion f veranschaulicht ist. Insbesondere sind hierbei die zu Zeit t1 gemäß 3 gehörige Ansteuerdauer ΔtA,1 mit Öffnungsverzugsdauer und die zu Zeit t2 gemäß 3 gehörige Ansteuerdauer ΔtA,2 mit Öffnungsverzugsdauer gezeigt. Während erstere dem erstmaligen Öffnen der Ventilnadel entspricht, gibt letztere die minimal auftretende Öffnungsverzugsdauer an. Die Funktion f kann dabei aus einzelnen Messpunkten bspw. durch geeignete Interpolation ermittelt werden.
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Die auf diese Weise ermittelte Funktion f kann nun als mathematisches Modell für eine Ermittlung einer Offendauer eines Kraftstoffinjektors verwendet werden, wie dies eingangs beschrieben wurde.
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Dieses so gewonnene mathematische Modell kann nun individuell an einen bestimmten Kraftstoffinjektor angepasst werden. Hierzu kann bspw. gemäß den in 3 gezeigten Magnetankerhubverläufen hM,1 bis hM,3 für den bestimmten Kraftstoffinjektor die minimale Ansteuerdauer ermittelt werden, bei der die Ventilnadel öffnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009002593 A1 [0005]
- DE 102008054877 A1 [0006]