DE102016205268B3

DE102016205268B3 - Ermitteln von Einspritzparameterwerten für Kraftstoffinjektoren

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Publication number: DE102016205268B3
Application number: DE102016205268.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Denk; Nikolay Belyaev
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: WO2017167487A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines Wertes eines Einspritzparameters für einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetspulenantrieb. Das Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Vorladestrom (21, 41) während einer Vorladephase, um den beweglichen Anker in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel zu bringen, (b) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem ersten Spannungspuls (12) während einer ersten Boostphase bis die Stromstärke (22, 42) des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen ersten vorbestimmten Spitzenwert (IPK) erreicht, (c) Abwarten, dass die Stromstärke (23, 43) während einer ersten Freilaufphase einen ersten vorbestimmten Haltewert (IH) erreicht, (d) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem zweiten Spannungspuls (15) während einer zweiten Boostphase bis die Stromstärke (25, 45) des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen zweiten vorbestimmten Spitzenwert (IPK) erreicht, (e) Abwarten, dass die Stromstärke (16, 46) während einer zweiten Freilaufphase einen zweiten vorbestimmten Haltewert (IH) erreicht, und (f) Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters basierend auf zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke (20, 40) und/oder zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Spannung (10) während der ersten Boostphase, der ersten Freilaufphase, der zweiten Boostphase und der zweiten Freilaufphase.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln eines Wertes eines Einspritzparameters für einen Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker und eine bewegliche Düsennadel aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors, eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm.
Bei Betrieb von Kraftstoffinjektoren mit Magnetspulenantrieb (auch Spuleneinspritzinjektoren genannt) kommt es aufgrund von elektrischen und mechanischen Toleranzen zu unterschiedlichen zeitlichen Öffnungsverhalten der einzelnen Injektoren und somit zu Variationen in der jeweiligen Einspritzmenge.
Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Injektor zu Injektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten. Bisher waren diese relativen Mengenunterschiede klein und ohne praktische Bedeutung. Die Entwicklung in Richtung kleinere Einspritzmengen und -zeiten führt aber dazu, dass der Einfluss von den relativen Mengenunterschieden nicht mehr außer Betracht gelassen werden kann.
Die Injektoren werden für den Betrieb mit einem bestimmten zeitlichen Spannungs- bzw. Stromprofil beaufschlagt, das in Bezug auf den Öffnungsvorgang üblicherweise eine Boostphase, eine erste Haltephase und eine zweite (die eigentliche) Haltephase aufweist.
Der zeitliche Verlauf der Stromstärke während eines Öffnungsvorgangs des Kraftstoffinjektors (in dem der Magnetspulenantrieb mit einem Spannungspuls (Boostspannung) beaufschlagt wird) ist abhängig von der Induktivität des Magnetspulenantriebs. Zusätzlich zur sich ändernden Eigeninduktivität des Magnetspulenantriebs (aufgrund des nicht linearen ferromagnetischen Magnetmaterials) kommt ein Anteil Bewegungsinduktivität aufgrund der Ankerbewegung. Der Anteil der Bewegungsinduktivität beginnt mit Beginn der Öffnungsphase (Anker-/Nadelbewegung beginnt) und endet am Ende der Öffnungsphase (Anker-/Nadelbewegung endet).
Um die Einspritzmenge injektorindividuell genau einstellen zu können, müssen Werte von relevanten Einspritzparametern, wie zum Beispiel dem Zeitpunkt des Beginns der Düsennadelbewegung (OPP1), dem Zeitpunkt des Endes der Nadelbewegung (OPP2), Leerhub, Nadelhub etc. für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor ermittelt werden.
In der DE 10 2011 076 363 B4 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen des Spulenantriebs mit einem Test-Spannungsprofil, welches innerhalb eines Test-Zeitfensters eine zumindest annähernd konstante Test-Spannung aufweist, sodass sich ein Magnetanker des Spulenantriebs von einer Schließposition in eine Öffnungsposition bewegt, (b) Messen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stroms, (c) Identifizieren eines charakteristischen Merkmals in dem gemessenen zeitlichen Verlauf der Stromstärke, (d) Ermitteln einer Zeitdifferenz zwischen dem Beginn des Test-Zeitfensters und dem Auftreten des charakteristischen Merkmals, und (e) Bestimmen des zeitlichen Öffnungsverhaltens des Kraftstoffinjektors, welches sich bei einer Beaufschlagung des Spulenantriebs mit einem Standardserien-Spannungsprofil ergibt, als Funktion der ermittelten Zeitdifferenz.
Die DE 10 2011 004 309 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunkts eines Magnetventils, bei dem während eines Abtastfensters zwischen einem Abtastbeginn und einem Abtastende eine Spulenspannung und/oder ein Spulenstrom abgetastet und auf Merkmale hin untersucht werden, die dem Schaltzeitpunkt entsprechen, wobei das Abtastfenster auf Grundlage zumindest eines vor dem Abtastzeitraum ermittelten Spulenstrom- bzw. Spulenspannungswerts festgelegt und/oder auf Grundlage während des Abtastfensters ermittelter Spulenstrom- bzw. Spulenspannungswerte plausibilisiert wird.
Aus der DE 10 2004 019 152 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils, insbesondere in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei zunächst eine erste Spannung an eine Spule des Magnetventils bis zu einem ersten Zeitpunkt und anschließend eine im Wert kleinere zweite Spannung angelegt wird, wobei der erste Zeitpunkt zeitlich vor dem Erreichen einer Endposition des Magnetventils liegt.
In der DE 38 43 138 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung und Erfassung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Schaltorgans mit einer Erregerspule vorgeschlagen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Zur Bewegung des Ankers in eine betätigbare Stellung wird ein Strom oder eine Spannung an die Erregerwicklung gelegt, der Strom oder die Spannung wird vor Beginn des Bewegungsankers über einen Wert angehoben, bei dem der Anker in der betätigten Stellung verbleibt, und vor Beendigung der Bewegung des Ankers auf eine definierten Wert gesenkt, der ausreicht, den Anker in der betätigten Stellung zu halten; schließlich werden die zeitlichen Änderungen des Stroms oder der Spannung nach Einstellung des definierten Werts zur Erkennung des Endes der Ankerbewegung erfasst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einspritzparameterwerte für einen einzelnen Kraftstoffinjektor in einfacher Weise präzise zu ermitteln.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Wertes eines Einspritzparameters für einen Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker und eine bewegliche Düsennadel aufweist. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Vorladestrom während einer Vorladephase, um den beweglichen Anker in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel zu bringen (ohne dass diese im Wesentlichen bewegt wird), (b) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem ersten Spannungspuls während einer ersten Boostphase bis die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen ersten vorbestimmten Spitzenwert erreicht, (c) Abwarten, dass die Stromstärke während einer ersten Freilaufphase einen ersten vorbestimmten Haltewert erreicht, (d) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem zweiten Spannungspuls während einer zweiten Boostphase bis die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen zweiten vorbestimmten Spitzenwert erreicht, (e) Abwarten, dass die Stromstärke während einer zweiten Freilaufphase einen zweiten vorbestimmten Haltewert erreicht, und (f) Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters basierend auf zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke und/oder zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Spannung während der ersten Boostphase, der ersten Freilaufphase, der zweiten Boostphase und der zweiten Freilaufphase.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Kraftstoffinjektor in einer Vorladephase in den Zustand (auch OPP1 genannt) gebracht werden kann, in dem der Anker die Düsennadel mechanisch kontaktiert, ohne dass die Düsennadel dabei aus ihrer Ruheposition (Schließposition) bewegt wird, so dass nachfolgende Ansteuerungen des Kraftstoffinjektors diesen Zustand als Startbedingung haben. Mit Kenntnis dieser Startbedingung können die Strom- und/oder Spannungsverläufe sowie von diesen abgeleiteten Größen (wie zum Beispiel der magnetische Fluss) analysiert werden, um einen Wert eines Einspritzparameters zu ermitteln.
In diesem Dokument bezeichnet „Boostphase” insbesondere eine Phase der Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, in welcher der Kraftstoffinjektor mit einer (gegenüber der Batteriespannung, die zum Beispiel typisch 12 V beträgt) erhöhten Spannung (zum Beispiel ca. 65 V) beaufschlagt wird. Die Boostphase dient dazu, eine schnelle Öffnung des Kraftstoffinjektors zu schaffen bzw. einzuleiten, und wird beendet, indem die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen vorbestimmten Spitzenwert (auch Peakstrom genannt) erreicht.
In diesem Dokument bezeichnet „Freilaufphase” insbesondere eine auf eine Boostphase folgende Phase der Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, in welcher dem Kraftstoffinjektor keine weitere Energie zugeführt wird. Der Spulenstrom wird folglich während einer Freilaufphase reduziert (bis er einen vorbestimmten Wert (Haltewert) erreicht). Falls der Kraftstoffinjektor noch nicht während einer vorausgehenden Boostphase ganz geöffnet wurde, wird dies im Laufe der Freilaufphase eintreten.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einer Vorladephase, in welcher der bewegliche Anker des Kraftstoffinjektors in dem Sinne in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel gebracht wird, dass der Anker aus seiner Ruhelage ohne großen Impuls aus dem Leerhub heraus in die Stellung gebracht wird, bei der die hydraulisch wirksame Düsennadel verharrt. Mit anderen Worten wird der Kraftstoffinjektor während der Vorladephase in den sogenannten OPP1-Zustand gebracht. Dabei wird der Vorladestrom vorzugsweise so niedrig gehalten, dass der Anker sanft an dem Anker angelegt wird und dort bis auf weiteres verbleibt. Dies kann zum Beispiel durch eine Stromregelung erfolgen, wobei eine passend niedrige Spulenspannung abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird.
Nach der Vorladephase folgt eine erste Boostphase und eine erste Haltephase. Mit anderen Worten wird der Magnetspulenantrieb nun mit einem ersten (erhöhten) Spannungspuls beaufschlagt, der bis zum Erreichen einem ersten vorbestimmten Spitzenwert des Spulenstroms dauert, wonach die Spannung abgeschaltet wird, damit die Stromstärke während der ersten Freilaufphase auf den ersten vorbestimmten Haltewert abfallen kann.
Im Laufe der ersten Boostphase und der ersten Freilaufphase kann nun in Abhängigkeit von dem ersten vorbestimmten Spitzenwert der Stromstärke und einem gegebenenfalls vorhandenen hydraulischen Gegendruck grundsätzlich der Kraftstoffinjektor entweder geöffnet werden (das heißt, der Öffnungszustand OPP2 wird erreicht) oder geschlossen bleiben (das heißt, der Injektor verbleibt im Öffnungszustand OPP1).
Nach der ersten Boostphase und der ersten Freilaufphase folgt jetzt eine zweite Boostphase und eine zweite Freilaufphase, die prinzipiell (was die Ansteuerung als solche betrifft) in der gleichen Art und Weise wie die erste Boostphase und die erste Freilaufphase verlaufen. Mit anderen Worten wird der Magnetspulenantrieb mit einem zweiten (erhöhten) Spannungspuls beaufschlagt, der bis zum Erreichen einem zweiten vorbestimmten Spitzenwert (der vorzugsweise aber nicht notwendigerweise gleich dem ersten Spitzenwert ist) des Spulenstroms dauert, wonach die Spannung abgeschaltet wird, damit die Stromstärke während der zweiten Freilaufphase auf den zweiten vorbestimmten Haltewert (der vorzugsweise aber nicht notwendigerweise gleich dem ersten Haltewert ist) abfallen kann.
Erfindungsgemäß wird nun der Wert eines Einspritzparameters basierend auf zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke und/oder zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Spannung während der Boostphasen und/oder Freilaufphasen ermittelt. Der zeitliche Verlauf der Stromstärke sowie der zeitliche Verlauf der Spannung werden während der Boostphasen und Freilaufphasen aufgezeichnet, zum Beispiel durch regelmäßiges Abtasten und Abspeichern einzelner Werte.
In dem Falle, wo der Kraftstoffinjektor während der ersten Boostphase oder der ersten Freilaufphase geöffnet wurde, sind die zeitlichen Verläufe von Stromstärke und Spannung folglich (aufgrund der Bewegungsinduktion) von dem Eintreten der Öffnung (Nadelanschlag) beeinflusst. Der Kraftstoffinjektor bleibt während der nachfolgenden zweiten Boostphase und zweiten Freilaufphase offen. Folglich sind die entsprechenden zeitlichen Verläufe von Stromstärke und Spannung nicht von dem Öffnungsereignis beeinflusst. Diese Tatsache kann zusammen mit dem Wissen, dass der Kraftstoffinjektor sich am Anfang in dem Zustand OPP1 befand, für das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters verwendet werden.
In dem anderen Falle, wo der Kraftstoffinjektor während der ersten Boostphase oder der ersten Freilaufphase nicht geöffnet wurde, sind die zeitlichen Verläufe von Stromstärke und Spannung folglich auch nicht von dem Eintreten einer Öffnung beeinflusst. Der Kraftstoffinjektor kann sich dann auch nicht während der zweiten Boostphase und der zweiten Freilaufphase öffnen (insbesondere wenn der zweite Spitzenwert gleich dem ersten Spitzenwert ist), so dass hier unmittelbar keine weiteren Informationen zur Verfügung stehen. Wie ein Wert eines Einspritzparameters doch auch in diesem Falle bestimmt werden kann, geht aus einigen weiteren Ausführungsbeispiel hervor, die weiter unten beschrieben sind.
Wie es im Folgenden in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung erläutert wird, können die oben beschriebenen Zusammenhänge zur Ermittlung des Wertes von mehreren verschiedenen Einspritzparametern verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke während der ersten Boostphase und/oder der ersten Freilaufphase mit dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke während der zweiten Boostphase und/oder der zweiten Freilaufphase auf.
Durch Vergleichen der zeitlichen Verläufe der Stromstärke während der ersten und zweiten Boostphase und/oder während der ersten und zweiten Freilaufphase können Stromänderungen, die zum Beispiel auf einem Bewegungsereignis zurückzuführen sind und nur in entweder der ersten Boostphase oder in der zweiten Boostphase bzw. nur in der ersten Freilaufphase oder in der zweiten Freilaufphase auftreten, und dadurch das Eintreten des entsprechenden (das heißt die Stromänderung auslösenden) Ereignisses identifiziert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters folgendes auf: (a) Berechnen eines Zusammenhanges zwischen magnetischem Fluss und Stromstärke im Magnetspulenantrieb basierend auf dem zeitlichen Verlauf der Spannung und dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke, und (b) Bestimmen des Wertes des Einspritzparameters basierend auf dem berechneten Zusammenhang.
Der Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss Y und Stromstärke kann insbesondere mit der Formel Ψ = ∫(u(t) – i(t)R)dt berechnet werden, wobei u(t) den zeitlichen Verlauf der Spannung, i(t) den zeitlichen Verlauf der Stromstärke und R den elektrischen Widerstand der Magnetspule bezeichnen.
Mit Kenntnis des Zusammenhangs zwischen magnetischem Fluss und Stromstärke (auch magnetischen Phasenraum genannt) kann nun zum Beispiel die während des Öffnungsvorgangs geleistete Arbeit bzw. Hubarbeit (das heißt die mit dem Bewegen der Düsennadel vom OPP1 zu OPP2 verbundenen Arbeit) ermittelt werden.
Tritt zum Beispiel das Öffnen des Kraftstoffinjektors während der ersten Freilaufphase ein, das heißt, dass der Zustand OPP2 in der ersten Freilaufphase erreicht wird, dann kann diese Hubarbeit durch Integration des magnetischen Flusses im magnetischen Phasenraum entlang des der ersten Freilaufphase entsprechenden Kurvenabschnittes und entlang des der zweiten Freilaufphase entsprechenden Kurvenabschnittes und durch Subtraktion dieser beiden Integrationswerte berechnet werden. Mit Kenntnis der Federkonstante des Magnetspulenantriebs kann nun der Nadelhub des Kraftstoffinjektors ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung führt das Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit dem ersten Spannungspuls nicht zu einem Öffnen des Kraftstoffinjektors und das Verfahren weist ferner ein Abstellen des Vorladestroms nach der ersten Freilaufphase auf, um den beweglichen Anker vor Beginn der zweiten Boostphase zurück in seine Ausgangsposition zu bringen.
In diesem Falle reicht die maximale Stromstärke während der ersten Boostphase (das heißt der erste vorbestimmte Spitzenwert) nicht zum Öffnen des Kraftstoffinjektors aus. Dies kann zum Beispiel eintreffen, wenn ein hoher hydraulischer Gegendruck vorhanden ist, zum Beispiel im Betrieb. Hier wird der Anker erfindungsgemäß vor Anfang der zweiten Boostphase wieder losgelassen, indem der Vorladestrom abgestellt wird, und kehrt somit zu seiner Ausgangsposition bzw. Ruheposition zurück. Durch die Beschleunigung des Ankers am Anfang der zweiten Boostphase kann nun (gegebenenfalls mit dem zweiten Spitzenwert gleich dem ersten Spitzenwert) nun im Laufe der zweiten Boostphase oder der darauffolgenden zweiten Freilaufphase das Öffnen des Kraftstoffinjektors eintreten. Somit enthalten die zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung während der ersten Boostphase und der ersten Freilaufphase keine Bewegungseinflüsse. Solche Einflüsse sind aber dann in den zeitlichen Verläufen von Strom und Spannung während der zweiten Boostphase und der zweiten Freilaufphase zu finden. Insbesondere kann hier das Erreichen des Zustands OPP1 (wo Änderungen in der Bewegungsinduktion aufgrund des Zusammenstoßens des beweglichen Ankers und der Düsennadel auftreten) durch Vergleich mit den jeweiligen zeitlichen Verläufen während der ersten Boostphase und/oder Freilaufphase erkannt werden, da in diesen keine Bewegung vorkommt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem dritten Spannungspuls während einer dritten Boostphase bis die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen dritten vorbestimmten Spitzenwert erreicht, wobei die dritte Boostphase nach der zweiten Freilaufphase stattfindet, und (b) Abwarten, dass die Stromstärke während einer dritten Freilaufphase einen dritten vorbestimmten Haltewert erreicht, wobei das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ferner basierend auf zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke und/oder zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Spannung während der dritten Boostphase und der dritten Freilaufphase erfolgt.
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel kein Öffnen des Kraftstoffinjektors während der ersten Boostphase und der ersten Freilaufphase, sondern erst während der darauffolgenden zweiten Boostphase und zweiten Freilaufphase. Beim Anfang der dritten Boostphase ist der Kraftstoffinjektor folglich offen (das heißt im Zustand OPP2). Mit der dritten Boostphase und der dritten Freilaufphase wird folglich nun eine Bestromung des Magnetspulenantriebs durchgeführt, wobei der Kraftstoffinjektor offen verbleibt, so dass keine wesentlichen Änderungen in der Bewegungsinduktion zu erkennen sind.
Mit anderen Worten wird mit dem Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei Verläufe durchlaufen und die entsprechenden zeitlichen Verläufe von Stromstärke und Spulenspannung werden aufgezeichnet. Im ersten Verlauf (erster Boostphase und erster Freilaufphase) bleibt der Anker aufgrund der Vorladephase an der Düsennadel angelegt ohne weitere Bewegung. Im zweiten Verlauf (zweiter Boostphase und zweiter Freilaufphase) wird der ganze Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors durchgeführt, das heißt, dass der Leerhub zuerst überwunden wird, dann stößt der Anker auf die Düsennadel (OPP1, was zu einer entsprechenden Änderung der Bewegungsinduktion führt), nimmt diese mit und führt sie bis zum Anschlag beim Erreichen des Öffnungszustands OPP2 (wo wieder eine entsprechende Änderung der Bewegungsinduktion auftritt). Im dritten Verlauf (dritter Boostphase und dritter Freilaufphase) erfolgt wie im ersten Verlauf keine wesentliche Bewegung, die als eine Änderung in der Bewegungsinduktion zu erkennen wäre. Sowohl Anker als auch Düsennadel verbleiben in ihren jeweiligen Positionen.
Es folgt nun, dass der erste Verlauf als Referenz für eine Bestimmung des Eintretens des Zustands OPP1 und der dritte Verlauf als Referenz für eine Bestimmung des Eintretens des Zustands OPP2 verwendet werden können. Dies wird in der nachfolgenden Ausführungsform genutzt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke während der zweiten Boostphase und/oder der zweiten Freilaufphase mit dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke während der ersten Boostphase und/oder der ersten zweiten Freilaufphase auf, und/oder das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters weist ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke während der zweiten Boostphase und/oder der zweiten Freilaufphase mit dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke während der dritten Boostphase und/oder der dritten zweiten Freilaufphase auf.
Hier werden mit anderen Worten Stromänderungen, die im zweiten Verlauf aber nicht im ersten Verlauf auftreten, und/oder Stromänderung, die im zweiten Verlauf aber nicht im dritten Verlauf auftreten, durch Vergleich bestimmt. Dadurch kann der Zeitpunkt des Beginns der Nadelbewegung (OPP1) und/oder der Zeitpunkt des Endes der Nadelbewegung (OPP2) erkannt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Einspritzparameter ein Nadelhub des Kraftstoffinjektors oder ein Zeitpunkt, zu dem der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors beginnt oder endet.
Wie oben beschrieben, kann der Nadelhub insbesondere durch Integration im magnetischen Phasenraum ermittelt werden und die Zeitpunkte entsprechend Beginn und Ende des Öffnungsvorgangs (Anfang (OPP1) und Ende (OPP2) der Nadelbewegung) können durch Vergleich der jeweiligen Stromverläufe, insbesondere durch Differenzbildung, Ableitung und ähnliche mathematische Analysevorgänge, ermittelt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker und eine bewegliche Düsennadel aufweist. Das beschriebenen Verfahren weist folgendes auf: (a) Ermitteln eines Wertes eines Einspritzparameters für den Kraftstoffinjektor unter Verwendung des Verfahrens gemäß einem dem ersten Aspekt oder einer der oben beschriebenen Ausführungsformen, und (b) Ansteuern des Kraftstoffinjektors unter Berücksichtigung des ermittelten Wertes des Einspritzparameters.
Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung verwendet grundsätzlich ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele zum Ermitteln von einem oder mehrere Einspritzparameterwerte für einen Kraftstoffinjektor. Der oder die so bestimmte(n) Parameterwert(e) wird/werden dann zur präzise Ansteuerung des Kraftstoffinjektors verwendet.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet ist.
Diese Motorsteuerung ermöglicht es für jeden Kraftstoffinjektor im System (Fahrzeug) relevante Einspritzparameterwerte zu bestimmen und während der Ansteuerung zu verwenden, um somit in einfacher Weise (insbesondere ohne zusätzliche Hardware) präzise und ausgeglichene Einspritzmengen zu erzielen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen.
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.
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, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor 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 heruntergeladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d. h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d. h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d. h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
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.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
1 zeigt zeitliche Verläufe von Spannung, Stromstärke und einem Sensorsignal beim Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt zeitliche Verläufe von Stromstärke, Ankerposition und Düsennadelposition beim Durchführen eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Die 1 zeigt zeitliche Verläufe von Spannung 10, Stromstärke 20 und ein Sensorsignal (Körperschallsignal) 30 beim Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der zeitliche Verlauf der Spannung 10 besteht aus Abschnitten 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 und der zeitliche Verlauf der Strom 20 besteht aus Abschnitten 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28. Alle diese Abschnitte werden im Folgenden eingehend erläutert.
Das Verfahren beginnt mit einer Vorladephase, in welcher die Spannung 11 zwischen Batterie und Masse so geschaltet wird, dass der Magnetspulenantrieb mit einem vorbestimmten Vorladestrom 21 beaufschlagt wird. Diese Vorladephase 11, 21 dient dazu, den Anker des Magnetspulenantriebs sanft aus seiner Ruheposition bis zum Kontaktpunkt mit der Düsennadel zu bewegen. Der Kraftstoffinjektor befindet sich folglich nun in dem Zustand OPP1, in dem der bewegliche Anker den Leerhub überwunden hat.
Dann wird eine erste Boostphase damit eingeleitet, dass die Spannung 12 (zum Beispiel auf 65 V) erhöht wird, was einen schnellen Anstieg in dem Spulenstrom 22 mit sich führt. Die erste Boostphase endet, indem der Spulenstrom einen vorbestimmten Spitzenwert I_PK erreicht. Nach der ersten Boostphase folgt nun eine erste Freilaufphase, in welcher die Spannung 13 gleich Masse ist, so dass der Spulenstrom 23 entsprechend abnimmt. In diesem Ausführungsbeispiel tritt das Öffnungsereignis OPP2, wie aus dem Sensorsignal erkennbar, kurz nach Beginn der ersten Freilaufphase ein. Nach der ersten Freilaufphase folgt dann eine erste Haltephase, die beginnt, wenn der abklingende Spulenstrom einen vorbestimmten Haltewert erreicht hat.
Der erste Haltephase 14, 24 endet, indem eine zweite Boostphase 15, 25 eingeleitet wird. Diese erfolgt grundsätzlich wie die oben beschriebene erste Boostphase, das heißt, eine zweite Spannungspuls 15 wird eingeleitet und endet dann, wenn der Spulenstrom 25 den vorbestimmten Spitzenwert I_PK erreicht. Dann folgt eine zweite Freilaufphase 16, 26 und eine zweite Haltephase 17, 27. Letztere dauert bis zum Anfang des Schließvorgangs, der entlang der Kurvenabschnitte 18 und 28 verläuft. Wie es dem Sensorsignal 30 entnommen werden kann, wird keine Bewegung im Laufe der zweiten Boostphase oder der zweiten Freilaufphase detektiert.
Es folgt nun, dass der Zeitpunkt, zu dem der Zustand OPP2 erreicht wird, durch Vergleich der Stromverläufe 23 (mit dem OPP2-Ereignis) und 26 (ohne das OPP2-Ereignis oder andere Ereignisse) bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann die Differenz der beiden Stromverläufe 23 und 26 gebildet und analysiert werden, um den Zeitpunkt zu finden, zu dem die Differenz am größten ist. Mit anderen Worten wird das Maximum der Differenz bestimmt, zum Beispiel durch Ableitung.
Alternativ oder zusätzlich kann der Nadelhub bestimmt werden. Dazu wird der Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss und Stromstärke berechnet, das heißt der Fluss als Funktion der Strom wird bestimmt. Diese wird dann entlang der Abschnitte integriert, die jeweils der ersten und der zweiten Freilaufphase entsprechen. Durch Subtraktion der beiden Integrationswerte und mit Kenntnis der Federkonstante des Kraftstoffinjektors kann nun der Nadelhub berechnet werden.
Die 2 zeigt zeitliche Verläufe von Stromstärke 40, Ankerposition 60 und Düsennadelposition 70 beim Durchführen eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel fängt in der gleichen Art und Wiese an, wie das in Verbindung mit der 1 oben beschriebene Verfahren, nämlich mit einer Vorladephase, in welcher der Spulenstrom 40 auf einen vorbestimmten Wert I_H geregelt wird, vgl. Kurvenabschnitt 41. Dann folgen eine erste Boostphase, in der die Stromstärke entlang des Kurvenabschnitts 42 bis zum Erreichen des vorbestimmten Spitzenwertes I_PK ansteigt, eine erste Freilaufphase, in der die Stromstärke entlang des Kurvenabschnittes 43 bis zum Erreichen des Haltestromwertes I_H, der gleich der vorbestimmten Vorladestromwert ist, abfällt, und eine erste Haltephase, in der die Stromstärke auf dem Wert I_H gehalten wird.
Wie es der 2 entnommen werden kann, führt die Vorladephase dazu, dass der Anker den Leerhub bis zum Kontaktieren der Düsennadel durchläuft, das heißt sich um den Betrag X_AH bewegt, und dann in dieser Position verbleibt. Da die Düsennadel nicht bewegt wird, findet kein Öffnen des Kraftstoffinjektors während der ersten Boostphase oder der ersten Freilaufphase statt. Dies kann zum Beispiel daran liegen, dass ein hoher hydraulischer Gegendruck vorhanden ist.
Der Spulenstrom wird wieder abgeschaltet und es folgt nach einer gewissen Zeit eine zweite Boostphase, in der die Stromstärke entlang des Kurvenabschnitts 45 bis zum Erreichen des Spitzenwertes I_PK ansteigt, eine zweite Haltephase, in der die Stromstärke entlang des Kurvenabschnitts 46 wieder bis zum Erreichen des Haltestromwertes I_H abfällt, und eine zweite Haltephase, in der die Stromstärke auf dem Wert I_H gehalten wird. Diesmal wird der Kraftstoffinjektor geöffnet. Während der zweiten Boostphase trifft der Anker auf der Düsennadel (OPP1) und führt diese mit nach oben bis zum Erreichen des Offenen Zustand (OPP2) des Kraftstoffinjektors. Die Düsennadel durchläuft dabei den Nadelhub, das heißt sie bewegt sich um den Betrag X_NH. Der Kraftstoffinjektor verbleibt nun offen während einer nachfolgenden dritten Boostphase 48, einer dritten Haltephase 49 und einer dritten Haltephase 50. Danach wird der Einspritzvorgang beendet, indem der Schließvorgang nach Ausschalten der Haltespannung eingeleitet wird. Beginn der Nadel- und Ankerbewegung nach unten ist als Zustand OPP3 bezeichnet, das Erreichen der Ruheposition der Düsennadel ist als Zustand OPP4 bezeichnet und das Erreichen der Ruheposition des beweglichen Ankers ist als Zustand OPP5 bezeichnet.
Wie es aus dem Obigen sowie aus der 2 hervorgeht, entsprechen Stromverläufe 42 und 43 einer Ansteuerung ohne Bewegung, wobei der Anker in der Position verbleibt, in der er die Düsennadel kontaktiert. Der Kraftstoffinjektor befindet sich mit anderen Worten in dem Zustand OPP1. Die Stromverläufe 48 und 49 entsprechen andersherum einer Ansteuerung ohne Bewegung, wobei Anker und Düsennadel in den Positionen verbleiben, in denen der Kraftstoffinjektor offen ist. Nur die Stromverläufe 45 und 46 entsprechen einer Ansteuerung mit Bewegung, wobei Anker und Düsennadel zwischen dem Ausgangszustand OPP0 über den Zustand OPP1 zum Zustand OPP2 bewegt werden.
Durch Vergleichen der Stromverläufe 45 und 46 mit den Stromverläufen 42 und 43 und/oder mit den Stromverläufen 48 und 49, zum Beispiel durch Differenzbildung, können nun die Zeitpunkte bestimmt werden, zu denen die Zustände OPP1 und OPP2 erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung stellt somit mehrere einfache Verfahren bereit, die ohne zusätzliche Hardware in einfacher Art und Weise in einem Motorsteuergerät implementiert werden können, damit Werte relevanter Einspritzparameter, wie zum Beispiel Nadelhub, t(OPP1) und t(OPP2), ermittelt werden können.
Bezugszeichenliste

10: Spannungsverlauf
11: Kurvenabschnitt
12: Kurvenabschnitt
13: Kurvenabschnitt
14: Kurvenabschnitt
15: Kurvenabschnitt
16: Kurvenabschnitt
17: Kurvenabschnitt
18: Kurvenabschnitt
20: Stromverlauf
21: Kurvenabschnitt
22: Kurvenabschnitt
23: Kurvenabschnitt
24: Kurvenabschnitt
25: Kurvenabschnitt
26: Kurvenabschnitt
27: Kurvenabschnitt
28: Kurvenabschnitt
30: Sensorsignalverlauf
40: Stromverlauf
41: Kurvenabschnitt
42: Kurvenabschnitt
43: Kurvenabschnitt
44: Kurvenabschnitt
45: Kurvenabschnitt
46: Kurvenabschnitt
47: Kurvenabschnitt
48: Kurvenabschnitt
49: Kurvenabschnitt
50: Kurvenabschnitt
60: Ankerposition
70: Nadelposition
I_PK: Spitzenwert
I_H: Haltewert
t: Zeitachse
i(t): Strom
x(t): Position
OPP0: Zustand
OPP1: Zustand
OPP2: Zustand
OPP3: Zustand
OPP4: Zustand
OPP5: Zustand

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Wertes eines Einspritzparameters für einen Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker und eine bewegliche Düsennadel aufweist, das Verfahren aufweisend Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Vorladestrom (21, 41) während einer Vorladephase, um den beweglichen Anker in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel zu bringen, Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem ersten Spannungspuls (12) während einer ersten Boostphase bis die Stromstärke (22, 42) des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen ersten vorbestimmten Spitzenwert (I_PK) erreicht, Abwarten, dass die Stromstärke (23, 43) während einer ersten Freilaufphase einen ersten vorbestimmten Haltewert (I_H) erreicht, Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem zweiten Spannungspuls (15) während einer zweiten Boostphase bis die Stromstärke (25, 45) des durch die Magnetspule fließendenStromes einen zweiten vorbestimmten Spitzenwert (I_PK) erreicht, Abwarten, dass die Stromstärke (16, 46) während einer zweiten Freilaufphase einen zweiten vorbestimmten Haltewert (I_H) erreicht, und Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters basierend auf zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke (20, 40) und/oder zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Spannung (10) während der ersten Boostphase, der ersten Freilaufphase, der zweiten Boostphase und der zweiten Freilaufphase.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke während der ersten Boostphase und/oder der ersten Freilaufphase mit dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke während der zweiten Boostphase und/oder der zweiten Freilaufphase aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters aufweist: Berechnen eines Zusammenhanges zwischen magnetischem Fluss und Stromstärke im Magnetspulenantrieb basierend auf dem zeitlichen Verlauf der Spannung und dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke, und Bestimmen des Wertes des Einspritzparameters basierend auf dem berechneten Zusammenhang.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit dem ersten Spannungspuls nicht zu einem Öffnen des Kraftstoffinjektors führt, das Verfahren ferner aufweisend Abstellen des Vorladestroms nach der ersten Freilaufphase, um den beweglichen Anker vor Beginn der zweiten Boostphase zurück in seine Ausgangsposition zu bringen.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem dritten Spannungspuls während einer dritten Boostphase bis die Stromstärke (48) des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen dritten vorbestimmten Spitzenwert (I_PK) erreicht, wobei die dritte Boostphase nach der zweiten Freilaufphase stattfindet, und Abwarten, dass die Stromstärke (49) während einer dritten Freilaufphase einen dritten vorbestimmten Haltewert (I_H) erreicht, wobei das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ferner basierend auf zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke und/oder zumindest einem Teil des zeitlichen Verlaufs der Spannung während der dritten Boostphase und der dritten Freilaufphase erfolgt.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke während der zweiten Boostphase und/oder der zweiten Freilaufphase mit dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke während der ersten Boostphase und/oder der ersten zweiten Freilaufphase aufweist, und/oder wobei das Ermitteln des Wertes des Einspritzparameters ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke während der zweiten Boostphase und/oder der zweiten Freilaufphase mit dem zeitlichen Verlauf der Stromstärke während der dritten Boostphase und/oder der dritten zweiten Freilaufphase aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einspritzparameter ein Nadelhub des Kraftstoffinjektors oder ein Zeitpunkt ist, zu dem der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors beginnt oder endet.
Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker und eine bewegliche Düsennadel aufweist, das Verfahren aufweisend Ermitteln eines Wertes eines Einspritzparameters für den Kraftstoffinjektor unter Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und Ansteuern des Kraftstoffinjektors unter Berücksichtigung des ermittelten Wertes des Einspritzparameters.
Motorsteuerung für ein Fahrzeug, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.