-
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Kalibrieren einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren mit Leerhub, wobei jeder Kraftstoffinjektor eine justierbare Kalibrationsfeder aufweist, die eine Federkraft auf eine Düsennadel in Richtung einer Schließstellung derselben ausübt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren mit Leerhub.
-
1 zeigt einen Solenoid-Kraftstoffinjektor 100 mit Leerhub 114 zwischen Anker 104 und Düsennadel 106. Beim Anlegen einer Spannung an die Spule 102 (zum Zeitpunkt OPP0) wird durch elektromagnetische Kräfte der Anker 104 von der Hydro-Disc 108 weg in Richtung Polschuh (Pole-Piece) 112 bewegt. Durch mechanische Kopplung bewegt sich nach Überwinden des Leerhubs 114 (verursacht durch Feder 110) dann ebenfalls die Düsennadel 106 und gibt Einspritzlöcher zur Kraftstoffzufuhr frei. Der Zeitpunkt, zu dem die Nadelbewegung beginnt, wird OPP1 genannt. Anker 104 und Düsennadel 106 bewegen sich weiter gegen die Kräfte der Feder 110 und der Kalibrierungsfeder 132 bis der Anker 104 an den Polschuh 112 (zum Zeitpunkt OPP2) anschlägt (maximaler Nadelhub). Zum Schließen des Solenoid-Kraftstoffinjektors 100 wird die Erregerspannung (zum Zeitpunkt OPP3) abgeschaltet und somit baut sich die magnetische Kraft ab. Düsennadel 106 einschließlich Anker 104 wird durch die Federkraft (Feder 110 und Feder 132) in die Schließposition bewegt. Zuerst wird der Nadelhub (zum Zeitpunkt OPP4) überwunden, anschließend bewegt sich der Anker 104 durch die Kraft der Feder 110 von der Düsennadel 106 weg zur Hydro-Disc 108 und nimmt wieder (zum Zeitpunkt OPP5) seine Ruheposition ein. Der Beginn der Nadelbewegung (OPP1) ist der Beginn der Einspritzung, das Ende der Nadelbewegung (OPP4) ist das Ende der Einspritzung, das heißt, die hydraulische Dauer der Einspritzung ist durch die Zeiten OPP1 und OPP4 der Nadelbewegung bestimmt.
-
Bei kurzen Einspritzzeiten beginnt der Schließvorgang bereits bevor der Anker an den Polschuh anschlägt, die Nadelbewegung beschreibt somit eine ballistische Flugbahn.
-
Beim Vergleich mehrerer Injektoren durch Fertigungstoleranzen können sich Injektoröffnen (OPP0, OPP1, OPP2) und Injektorschließen (OPP3, OPP4, OPP5) trotz identischer elektrischer Ansteuerung zeitlich unterscheiden, die eingespritzten Kraftstoffmengen sind deshalb ebenfalls unterschiedlich.
-
Die Bestimmung von OPPs erfolgt im Betrieb basierend auf der wirbelstromgetriebenen Kopplung zwischen Mechanik (Anker und Injektornadel) und Magnetkreis (Spule), welche ein Feedbacksignal generiert, das auf der Bewegung der Mechanik beruht. Hierbei wird ein geschwindigkeitsabhängiger Wirbelstrom im Anker infolge der Bewegung der Düsennadel und des Ankers induziert, welcher ebenfalls eine Rückwirkung auf den elektromagnetischen Kreis verursacht. In Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit wird im Elektromagneten eine Spannung induziert, die dem Ansteuersignal überlagert ist. Die Ausnutzung dieses Effektes bedingt, dass die Überlagerung der elektrischen Grundgröße Spannung bzw. Strom mit der Signaländerung durch die Nadelbewegung geeignet separiert und dann weiterverarbeitet wird. Dabei wird die charakteristische Signalform im Spannungs- bzw. Stromsignal bzgl. des Zeitpunktes des Auftretens ausgewertet.
-
Das Gleichstellen der Mengengenauigkeiten erfolgt durch das Gleichstellen der zeitlichen Differenz des Öffnungs- und des Schließzeitpunktes. Hierfür müssen diese Zeitpunkte im Strom- bzw. Spannungssignal ermittelt werden.
-
Da insbesondere eine präzise Bestimmung der Öffnungszeit mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, wird es für Kraftstoffinjektoren ohne Leerhub ausgenutzt, dass für solche Kraftstoffinjektoren im ballistischen Betriebsbereich eine Korrelation zwischen Öffnungszeiten (OPP1) und Schließzeiten (OPP4) besteht, so dass die Öffnungszeit (OPP1) aus einer gemessenen Schließzeit (OPP4) bestimmte werden kann. Dieser Zusammenhang ermöglicht dann ein Gleichstellen der Einspritzmengen durch eine Regelung der Ansteuerzeit (das heißt die Zeitdauer der elektrischen Ansteuerung des Kraftstoffinjektors) .
-
Bei Kraftstoffinjektoren mit Leerhub ist eine solche Korrelation zwischen Öffnungszeit (OPP1) und Schließzeit (OPP4) nicht unmittelbar gegeben, da der Leerhub aufgrund von Fertigungstoleranzen von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffinjektor variiert. Folglich ist das oben erwähnte Regelungsverfahren nicht für Kraftstoffinjektoren mit Leerhub anwendbar.
-
DE 10 2015 219 383 B3 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines ersten Zeitpunktes, zu dem sich ein einen Magnetspulenantrieb aufweisender Kraftstoffinjektor in einem ersten vorbestimmten Öffnungszustand befindet. Das Verfahren weist folgendes auf: (a) Bestimmen eines zweiten Zeitpunktes, zu dem sich der Kraftstoffinjektor in einem zweiten vorbestimmten Zustand befindet, (b) Bestimmen eines Hubwertes einer beweglichen Komponente des Kraftstoffinjektors, welcher Hubwert einer Bewegungsstrecke der beweglichen Komponente entspricht, die bei einem Übergang des Kraftstoffinjektors zwischen dem ersten vorbestimmen Öffnungszustand und dem zweiten vorbestimmten Öffnungszustand zurückgelegt wird, und (c) Bestimmen des ersten Zeitpunktes, zu dem sich der Kraftstoffinjektor in dem ersten vorbestimmten Öffnungszustand befindet, basierend auf dem zweiten Zeitpunkt und dem Hubwert.
-
DE 103 19 329 A1 betrifft ein aus Düsenkörper und Ventilnadel gebildeter Doppelschalter, der aus einem Sitzkontaktschalter und einem Anschlagschalter besteht, welcher am ventilseitigen Ende der Ventilnadel und einer zugeordneten Anschlagfläche im Düsenkörper gebildet ist. Der parallel zum Sitzkontaktschalter geschaltete Anschlagschalter schließt den vom Sitzkontaktschalter unterbrochenen Stromkreis, sobald die Ventilnadel an der Anschlagfläche anschlägt, und unterbricht ihn wieder, sobald die Ventilnadel von der Anschlagfläche abhebt.
-
DE 101 30 239 A1 betrifft ein Brennstoffeinspritzvenil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfasst einen Aktor, eine mit dem Aktor in Wirkverbindung stehende und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder beaufschlagte Ventilnadel zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet, und eine Einstellhülse, die die Rückstellfeder mit einer Vorspannung beaufschlagt. Die Einstellhülse ist topfförmig geformt und weist in einem Boden eine exzentrische Bohrung auf, welche mit einer exzentrischen Bohrung in einem Boden einer ebenfalls topfförmigen, in die Einstellhülse einschiebbaren Innenhülse eine variable Überdeckung aufweist.
-
EP 1 847 705 A1 betrifft ein Steuerverfahren für ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Stapel, der mittels eines Ladestroms aufgeladen und mittels eines Entladestroms entladen wird, umfassend die Bestimmung einer erforderlichen Trennungszeit zwischen dem Ende eines elektrischen Einschaltsignals, das mit einem ersten Einspritzereignis verbunden ist, und dem Beginn eines elektrischen Einschaltsignals, das mit einem zweiten Einspritzereignis verbunden ist. Das Steuerungsverfahren umfasst auch die Berechnung einer Überlappungszeit zwischen der erforderlichen Trennungszeit und der Zeit, die erforderlich ist, um den piezoelektrischen Stapel unter Verwendung des Ladestroms auf einen ersten Referenzpegel aufzuladen; die Aufteilung der Überlappungszeit in eine erste und eine zweite Zeitperiode als Funktion des Lade- und Entladestroms; Anlegen des Ladestroms an den piezoelektrischen Stapel für eine Ladezeit, die auf der Basis der ersten Zeitperiode der Überlappungszeit berechnet wird; und Anlegen des Entladestroms an den piezoelektrischen Stapel für eine Entladezeit, um den Stapel auf einen zweiten Referenzpegel zu entladen, wobei die Entladezeit auf der Basis der zweiten Zeitperiode der Überlappungszeit berechnet wird.
-
DE 10 2004 060 531 A1 betrifft ein Verfahren zum Justieren von hydraulischen Ventilen bezüglich des dynamisch hydraulischen Durchflusses durch Einstellen der Federkraft der Ventilfeder ohne Messung des hydraulisch dynamischen Durchflusses. In mehreren Verfahrensschritten wird mit jeweils unterschiedlich eingestellter Federkraft der Ventilfeder der Hubverlauf der Ventilnadel gemessen und daraus die hydraulisch wirksame Öffnungszeit berechnet. Aus den Wertepaaren von Federkraft und hydraulisch wirksamer Öffnungszeit wird eine lineare Verstellkennlinie erzeugt und mittels der Federkennlinie die Federkraft für einen Zielwert der hydraulisch wirksamen Öffnungszeit bestimmt. Dieser Wert der Federkraft wird am Ventil eingestellt und erneut der Hubverlauf gemessen und daraus die hydraulisch wirksame Öffnungszeit berechnet.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichstellen der Einspritzmengen im ballistischen Betrieb von Kraftstoffinjektoren mit Leerhub in einfacher Weise zu ermöglichen, insbesondere ohne Messung von Öffnungszeiten während des Betriebs.
-
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 Kalibrieren einer Mehrzahl von Solenoid-Kraftstoffinjektoren mit Leerhub beschrieben, wobei jeder Kraftstoffinjektor eine justierbare Kalibrationsfeder aufweist, die eine Federkraft auf eine Düsennadel in Richtung einer Schließstellung derselben ausübt. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Durchführen eines im Wesentlichen identischen Ansteuervorgangs für jeden Kraftstoffinjektor der Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, (b) Erfassen einer jeweiligen Öffnungszeit und einer jeweiligen Schließzeit für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor während des entsprechenden Ansteuervorgangs und (c) Justieren der Kalibrationsfeder zumindest eines der Kraftstoffinjektoren derart, dass eine Reihenfolge der Schließzeiten umgekehrt zu einer Reihenfolge der Öffnungszeiten wird.
-
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass wenn die Kraftstoffinjektoren derart justiert werden, dass (bei identischer Ansteuerung) die Reihenfolge der Schließzeiten umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten ist, das heißt, dass Kraftstoffinjektoren mit frühem Öffnen ein spätes Schließen und Kraftstoffinjektoren mit spätem Öffnen ein frühes Schließen aufweisen, dann ist es auch für Kraftstoffinjektoren mit Leerhub möglich, die Einspritzmengen durch Regelung der Ansteuerzeit in Abhängigkeit von gemessenen Schließzeiten gleichzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird jeder Kraftstoffinjektor in der gleichen Art und Weise angesteuert, das heißt für eine vorbestimmte Zeitdauer mit einer erhöhten Spannung (Boostspannung) beaufschlagt, und die Zeitpunkte des Öffnens (Beginn der Nadelbewegung nach Überwindung des Leerhubs, OPP1) und des Schließens (Ende der Nadelbewegung, OPP4) werden erfasst. Nachdem diese Schritte für alle vorhandenen Kraftstoffinjektoren durchführt wurden, erfolgt das Justieren der Kalibrationsfeder so, dass der Kraftstoffinjektor mit dem ersten (das heißt frühsten) Öffnungszeitpunkt (OPP1) auch den letzten (das heißt spätesten) Schließzeitpunkt (OPP4) hat, so dass der Kraftstoffinjektor mit dem zweiten (nächstfrühsten) Öffnungszeitpunkt (OPP1) auch den vorletzten Schließzeitpunkt (OPP4) hat, usw. und so dass der Kraftstoffinjektor mit dem letzten (spätesten) Öffnungszeitpunkt (OPP1) auch den ersten (frühsten) Schließzeitpunkt (OPP4) hat.
-
Dabei erfolgt das Justieren der Kalibrationsfeder so, dass die Federkraft erhöht bzw. reduziert wird, um einen früheren bzw. späteren Schließzeitpunkt zu erreichen. Der Öffnungszeitpunkt wird von dem Justieren der Kalibrationsfeder nicht beeinflusst, sondern ist durch den Leerhub des einzelnen Kraftstoffinjektors festgelegt.
-
Das Verfahren wird vorzugsweise im Labor, gegebenenfalls direkt in Verbindung mit der Herstellung der Kraftstoffinjektoren durchgeführt.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner folgendes auf: (a) Durchführen eines erneuten Ansteuervorgangs für jeden Kraftstoffinjektor der Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, (b) Erfassen der jeweiligen Öffnungszeit und der jeweiligen Schließzeit für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor während des entsprechenden erneuten Ansteuervorgangs und (c) Überprüfen, dass die Reihenfolge der Schließzeiten umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten ist.
-
Mit anderen Worten wird es überprüft, ob das nach dem einleitenden Ansteuervorgang durchgeführtes Justieren der Kalibrationsfeder zu dem gewünschten Ergebnis geführt hat.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein erneutes Justieren der Kalibrationsfeder zumindest eines der Kraftstoffinjektoren auf, wenn die Reihenfolge der Schließzeiten nicht umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten ist.
-
Wird es mit anderen Worten bei dem Überprüfen der Reihenfolgen festgestellt, dass die Reihenfolge der Schließzeiten nicht umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten ist, dann wird/werden die relevante(n) Kalibrationsfeder erneut justiert.
-
Danach können weitere erneute Ansteuer- und Justiervorgänge beliebig oft durchgeführt werden, bis es bei dem Überprüfen festgestellt wird, dass die Reihenfolge der Schließzeiten tatsächlich umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten ist.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner folgendes auf: (a) Bestimmen einer Öffnungszeitdifferenz für zwei Kraftstoffinjektoren, deren jeweilige Öffnungszeiten benachbart sind, und (b) Justieren der Kalibrationsfeder zumindest eines der zwei Kraftstoffinjektoren, um eine Schließzeitdifferenz für die zwei Kraftstoffinjektoren zu erreichen, die im Wesentlichen gleich der bestimmten Öffnungszeitdifferenz ist.
-
Mit anderen Worten ist das Ziel des Justierens hier, dass die Differenz zwischen den Schließzeiten im Wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Öffnungszeiten für zwei Kraftstoffinjektoren mit unmittelbar benachbarten Öffnungszeiten wird. Ist die Differenz zwischen der frühsten Öffnungszeit und der nächstfrühsten Öffnungszeit zum Beispiel 50 ps, wird die Kalibrationsfeder von zumindest einem der beiden Kraftstoffinjektoren mit dem Ziel justiert, dass auch die Differenz zwischen den Schließzeiten möglichst nahe an 50 µs gebracht wird, wobei der Kraftstoffinjektor mit der früheren Öffnungszeit wie zuvor auch die späteren Schließzeit aufweisen soll.
-
Mit dieser zusätzlichen Justierung kann eine noch präzisere Gleichstellung der Einspritzmengen der kalibrierten Kraftstoffinjektoren erreicht werden.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Erfassen der jeweiligen Öffnungszeiten basierend auf (a) Feedback-Signalen in Ansteuerstrom und/oder Ansteuerspannung während der Ansteuervorgänge, (b) gemessenen Einspritzratenverläufen während der Ansteuervorgänge, oder (c) gemessenen Nadelbewegungen.
-
Es können also verschiedene Techniken zur Erfassung der Öffnungszeiten eingesetzt werden. Durch Messen der Stromstärke des während der Ansteuerung durch die Injektorspule laufenden Stromes und Analysieren des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Stromstärke, zum Beispiel um ein charakteristisches Merkmal zu identifizieren, kann in bekannter Weise die Öffnungszeit bestimmt werden. Alternativ kann die Einspritzrate während der Ansteuerung gemessen werden und die Öffnungszeit dann als der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem eine Einspritzrate größer als Null gemessen wird. Als eine weitere Alternative kann die Nadelbewegung zum Beispiel mittels eines Tasters (mechanisch) oder eines Lasers (optisch) direkt gemessen werden. Hierzu muss die Konstruktion des Kraftstoffinjektors gegebenenfalls angepasst werden, um einen Zugang zur Düsennadel während der Kalibration zu ermöglichen. Dieser Zugang muss danach entfernt werden, um die Dichtheit des Kraftstoffinjektors sicherzustellen.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Erfassen der jeweiligen Schließzeiten basierend auf (a) Feedback-Signalen in Ansteuerstrom und/oder Ansteuerspannung während der Ansteuervorgänge, (b) gemessenen Einspritzratenverläufen während der Ansteuervorgänge, oder (c) gemessenen Nadelbewegungen.
-
Es können also auch verschiedene Techniken zur Erfassung der Schließzeiten eingesetzt werden. Durch Messen der elektrischen Spannung über die Injektorspule und Analysieren des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Spannung, zum Beispiel um ein charakteristisches Merkmal zu identifizieren, kann in bekannter Weise die Schließzeit bestimmt werden. Alternativ kann die Einspritzrate während der Ansteuerung gemessen werden und die Schließzeit dann als der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem eine Einspritzrate gleich Null wieder gemessen wird. Als eine weitere Alternative kann die Nadelbewegung zum Beispiel mittels eines Tasters (mechanisch) oder eines Lasers (optisch) direkt gemessen werden. Hierzu muss die Konstruktion des Kraftstoffinjektors gegebenenfalls angepasst werden, um einen Zugang zur Düsennadel während der Kalibration zu ermöglichen. Dieser Zugang muss danach entfernt werden, um die Dichtheit des Kraftstoffinjektors sicherzustellen.
-
Gemäß der vorliegenden Offenbarung erfolgt das Justieren der Kalibrationsfeder durch Einpressen oder Rücknahme eines Justierelements, damit die Federkraft der Kalibrationsfeder erhöht oder reduziert wird.
-
Als Justierelement kann insbesondere ein Filter verwendet werden, dass mechanisch mit der Kalibrationsfeder gekoppelt ist.
-
Das Justierelement kann manuell von einem Laborarbeiter betätigt werden. Alternativ kann das Justierelement automatisch von einem Roboter betätigt werden.
-
Gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die im Wesentlichen identischen Ansteuervorgänge zum ballistischen Betreiben der Kraftstoffinjektoren eingerichtet.
-
Mit anderen Worten werden die Kraftstoffinjektoren so angesteuert, dass Anker und Düsennadel einer im Wesentlichen parabelförmigen Flugbahn folgen. Damit erreicht weder der Ankerhub noch der Nadelhub seinen maximalen Wert.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Mehrzahl von Solenoid-Kraftstoffinjektoren mit Leerhub beschrieben, wobei jeder Kraftstoffinjektor eine justierbare Kalibrationsfeder aufweist, die eine Federkraft auf eine Düsennadel in Richtung einer Schließstellung derselben ausübt. Die beschriebene Vorrichtung weist folgendes auf: (a) ein Mittel zum Durchführen eines im Wesentlichen identischen Ansteuervorgangs für jeden Kraftstoffinjektor der Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, (b) ein Mittel zum Erfassen einer jeweiligen Öffnungszeit und einer jeweiligen Schließzeit für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor während des entsprechenden Ansteuervorgangs und (c) ein Mittel zum Justieren der Kalibrationsfeder zumindest eines der Kraftstoffinjektoren derart, dass eine Reihenfolge der Schließzeiten umgekehrt zu einer Reihenfolge der Öffnungszeiten wird.
-
Die beschriebene Vorrichtung basiert auf der gleichen Idee wie das oben beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und ermöglicht im Wesentlichen das Durchführen dieses Verfahrens.
-
Das Mittel zum Durchführen der Ansteuervorgänge mag insbesondere eine Motorsteuerung aufweisen. Das Mittel zum Erfassen der Öffnungs- und Schließzeiten mag insbesondere eine Sensoreinheit und eine Recheneinheit aufweisen. Die Sensoreinheit mag zum Beispiel zum Messen von Spulenstrom und/oder Spulenspannung, zum Messen einer Einspritzrate oder zum Messen einer Nadelbewegung eingerichtet sein. Das Mittel zum Justieren der Kalibrationsfeder mag insbesondere ein manuell betätigbares Justierelement oder ein mit der Recheneinheit verbundenen automatisches Justierelement (Roboter) aufweisen.
-
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 eine Schnittansicht eines Kraftstoffinjektors mit Magnetspulenantrieb und Leerhub zwischen Anker und Düsennadel.
- 2 zeigt zeitliche Verläufe von Ansteuerspannung und Nadelhübe bei identischer Ansteuerung von drei Kraftstoffinjektoren mit Leerhub vor einer erfindungsgemäßen Kalibration.
- 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der Nadelhubverläufe in der 2.
- 4 zeigt zeitliche Verläufe von Ansteuerspannung und Nadelhübe bei identischer Ansteuerung von drei Kraftstoffinjektoren mit Leerhub nach einer erfindungsgemäßen Kalibration.
- 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der Nadelhubverläufe in der 4.
- 6 zeigt ein Kennfeld zur Gleichstellung der Einspritzmengen von erfindungsgemäß kalibrierten Kraftstoffinjektoren mittels eines Regelungsverfahrens.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
-
Die 1 zeigt wie auch eingangs erläutert eine Schnittansicht eines Solenoid-Kraftstoffinjektors 100 mit Magnetspulenantrieb (Solenoid-Injektor) mit Leerhub 114 zwischen Anker 104 und Düsennadel 106. Der Solenoid-Kraftstoffinjektor 100 weist insbesondere einen Magnetspulenantrieb mit Spule 102 und Anker 104 auf. Wenn die Spule 102 mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, bewegt sich der magnetische Anker 104 in Richtung des breiten Teils der Düsennadel 106 und drückt diese dann nach Überwindung des Leerhubs 114 (gegen die Kraft der Feder 110) gegen die von den Federn 110 und 132 ausgeübten Federkräfte nach oben bis der Anker 104 an den Polschuh 112 anschlägt. Nach Ende des Spannungspulses bewegen sich Anker 104 und Düsennadel 106 wieder nach unten zur Ausgangsposition an der Hydro-Disc 108 zurück. Es wird auch auf die Beschreibung in der obigen Einleitung verwiesen. Reicht die durch den Spannungspuls zugeführte Energie nicht dazu aus, den Anker 104 zum Anschlag an den Polschuh 112 zu bringen, dann stellt die Nadelbewegung eine im Wesentlichen parabelförmige (ballistische) Flugbahn dar.
-
Der in 1 gezeigte Solenoid-Kraftstoffinjektor 100 weist mehrere Merkmale auf, die als solche bekannt sind. Diese Merkmale umfassen insbesondere Ventilkörper 116, Integrierte Sitzführung 118, Kugel 120, Dichtung 122, Gehäuse 124, Kunststoff 126, Scheibe 128, Metallfilter 130 und Kalibrierungsfeder 132.
-
Eine Gleichstellung der Injektoren kann bereits in der Fertigung erfolgen. Meist erfolgt eine solche Gleichstellung von Injektoren in der Fertigung derart, dass bei einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerzeit die abgegebene Menge ermittelt wird. Ist diese Menge zu hoch, dann wird die Kalibrationsfeder 132 durch Einpressen des Metallfilters 130 weiter vorgespannt, dadurch wirkt eine stärkere Gegenkraft auf die Düsennadel 106 und die Flugbahn wird im ballistischen Betrieb gestaucht (verringerte Höhe der Flugbahn und früheres Schließen, Öffnungszeitpunkt gleichbleibend, da Feder erst nach dem Öffnen Einfluss nimmt), die abgegebene Menge verringert sich dadurch. Ist diese Menge zu gering, dann wird die Kalibrationsfeder 132 durch Rücknahme des Metallfilters 130 weniger vorgespannt, dadurch wirkt eine geringere Gegenkraft auf die Nadel und die Flugbahn wird im ballistischen Betrieb gestreckt (vergrößerte Höhe der Flugbahn und späteres Schließen, Öffnungszeitpunkt gleichbleibend), die abgegebene Menge erhöht sich dadurch. Somit ist ein Gleichstellen der abgegebenen Mengen für toleranzbehaftete Solenoid-Kraftstoffinjektoren 100 bei einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerzeit möglich. Beim Betrieb dieser Injektoren in diesem Punkt und nahe an diesem Punkt (ähnliche Ansteuerzeit und ähnlicher Druck) sind dann aufgrund dieser Kalibration nur sehr geringe Einspritzmengenunterschiede ohne weitere Injektorregelung zu erwarten.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahren ist es aber möglich durch Verwendung eines Regelungsverfahrens, die bisher nur in Verbindung mit Kraftstoffinjektoren ohne Leerhub verwendet wurde, eine Gleichstellung der Einspritzmengen bei sehr unterschiedlichen Betriebspunkten in einfacher Weise zu erreichen.
-
Die 2 zeigt zeitliche Verläufe von Ansteuerspannung 210 und Nadelhübe 220 bei identischer Ansteuerung von drei Kraftstoffinjektoren mit Leerhub vor (oder im Laufe) einer erfindungsgemäßen Kalibration. Der zeitliche Verlauf der Ansteuerspannung beginnt mit einer Boostphase 212, in welcher der Kraftstoffinjektor mit einer erhöhten Spannung (zum Beispiel ca. 65V) beaufschlagt wird. Die Dauer der Boostphase 212 beträgt in diesem Beispiel 0,274 ms und wird auch als die (elektrische) Ansteuerzeit bezeichnet. Nach dem Ausschalten der Boostspannung geht die Spannung kurz auf 0V (Kurvenabschnitt 214) zurück, wird dann aufgrund des Stromabbaus in der Magnetspule umgepolt (Kurvenabschnitt 216) und steigt dann wieder an in Richtung 0V entlang des Kurvenabschnittes 218. Die Nadelhubverläufe 220 (NH = Nadelhub) wurden für drei toleranzbehafteten Kraftstoffinjektoren in einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Mit anderen Worten wurde jeder einzelne Kraftstoffinjektor mit dem Spannungsverlauf 210 separat angesteuert, was zu den drei individuellen Nadelhubverläufe 221, 222 und 223 führte.
-
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ausschnittes 225 der Nadelhubverläufe 220 in der 2. Wie gezeigt, öffnet der Kraftstoffinjektor mit dem Nadelhubverlauf 221 als erster zum Zeitpunkt O1 und schließt auch als letzter zum Zeitpunkt S1. Als zweiter öffnet der Kraftstoffinjektor mit dem Nadelhubverlauf 222 zum Zeitpunkt O2. Dieser Kraftstoffinjektor schließt aber als erster zum Zeitpunkt S2. Als dritter öffnet der Kraftstoffinjektor mit dem Nadelhubverlauf 223 zum Zeitpunkt O3. Dieser Kraftstoffinjektor schließt aber als zweiter zum Zeitpunkt S3. Die Reihenfolge der Öffnungszeiten ist also O1 -> O2 -> O3 und die Reihenfolge der Schließzeiten ist S2 -> S3 -> S1. Erfindungsgemäß erfolgt nun als nächstes ein Justieren der Kalibrationsfeder 132 von zumindest einem der Solenoid-Kraftstoffinjektoren 100, wobei das Ziel ist, dass die Reihenfolge der Schließzeiten umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten wird, das heißt S3 -> S2 -> S1. Spezifischer soll also durch das Justieren erreicht werden, dass die Schließzeiten S2 und S3 vertauscht werden. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Federkraft der Kalibrationsfeder 132 des Solenoid-Kraftstoffinjektors 100 mit Schließzeit S3 erhöht und/oder die Federkraft der Kalibrationsfeder 132 des Solenoid-Kraftstoffinjektors 100 mit Schließzeit S2 reduziert werden/wird.
-
Wenn Nadelhubverläufe 221, 222 und 223 vorliegen, wie die in den 2 und 3 gezeigten und zum Beispiel durch optische oder mechanische Messung erfassten, können die Öffnungszeitpunkte O1, O2 und O3 leicht als die Zeitpunkte identifiziert werden, in denen der jeweilige Nadelhubverlauf ansteigt, und die Schließzeitpunkte können S1, S2 und S3 als die Zeitpunkte identifiziert werden, in denen der jeweilige Nadelhubverlauf wieder unten ankommt. Die Zeitpunkte O1, O2, O3, S1, S2 und S3 können aber auch durch Analyse des Spulenstroms und/oder der Spulenspannung erfasst werden.
-
Die 4 zeigt zeitliche Verläufe von Ansteuerspannung und Nadelhübe bei identischer Ansteuerung von drei Kraftstoffinjektoren mit Leerhub nach der erfindungsgemäßen Kalibration. Der zeitliche Spannungsverlauf 210 ist identisch mit dem in der 2 gezeigten. Der Nadelhubverlauf 221' ist im Wesentlichen gleich dem in den 2 und 3 gezeigten Nadelhubverlauf 221. Wie es aber der in der 5 gezeigten vergrößerten Ansicht des Ausschnittes 225' der Nadelhubverläufe 220' entnommen werden kann, verlaufen alle drei Nadelhubkurven 221', 222' und 223' nach der Kalibration nun ineinander. Die Öffnungszeitpunkte O1', O2' und O3' sind gleich den Öffnungszeitpunkten O1, O2 und O3, aber die Reihenfolge der Schließzeitpunkte ist nun (wie gewünscht) S3' -> S2' -> S1' statt wie vor der Kalibration S2 -> S3 -> S1.
-
Die Einspritzmengen der drei Kraftstoffinjektoren (es können selbstverständlich auch mehr als drei Kraftstoffinjektoren kalibriert werden) können nun im Betrieb durch Messung der Schließzeiten und entsprechende Regelung der Ansteuerzeit (Dauer der Boostphase 212) gleichgestellt werden.
-
Die 6 zeigt ein Kennfeld 600 zur Gleichstellung der Einspritzmengen von erfindungsgemäß kalibrierten Kraftstoffinjektoren mittels eines Regelungsverfahrens. Das Kennfeld 600 enthält sieben Kennlinien 601, 602, 603, 604, 605, 606 und 607, die jeweils einer Kraftstoffmenge entsprechen. Soll zum Beispiel eine Einspritzmenge entsprechend der Kennlinie 604 erreicht werden, wird der Kraftstoffinjektor mit einem Ausgangswert der Ansteuerzeit TI betrieben und die dazugehörige Schließzeitdauer TS (das heißt die Zeitdauer vom Ende der elektrischen Ansteuerung bis zum Schließen des Kraftstoffinjektors) wird ermittelt. Passen die Werte von TI und TS nun mit der Kennlinie 604, dann stimmt auch die Einspritzmenge. Ist dies nicht der Fall, wird die Ansteuerzeit TI geändert bis die neue Werte von TI und TS auf der Kennlinie 604 liegen.
-
Das erfindungsgemäße Kalibrationsverfahren wird vorzugsweise in Verbindung mit der Herstellung der Kraftstoffinjektoren durchgeführt. Dazu kann insbesondere eine zweckmäßige Vorrichtung mit einem Mittel (zum Beispiel einer Motorsteuerung) zum Durchführen der identischen Ansteuerungen, einem Mittel (elektrische, mechanische und/oder optische Sensoren in Verbindung mit einer Recheneinheit und einem Speicher) zum Erfassen der Öffnungs- und Schließzeiten und ein Mittel zum (manuellen oder automatischen) Justieren der Kalibrationsfeder, so dass die Reihenfolge der Schließzeiten umgekehrt zu der Reihenfolge der Öffnungszeiten wird, eingerichtet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Solenoid-Kraftstoffinjektor
- 102
- Spule
- 104
- Anker
- 106
- Düsennadel
- 108
- Hydro-Disc
- 110
- Kalibrationsfeder
- 112
- Polschuh
- 114
- Leerhub
- 116
- Ventilkörper
- 118
- Integrierte Sitzführung
- 120
- Kugel
- 122
- Dichtung
- 124
- Gehäuse
- 126
- Kunststoff
- 128
- Scheibe
- 130
- Metallfilter
- 132
- Kalibrationsfeder
- 210
- Spannungsverlauf
- 212
- Boostphase
- 214
- Kurvenabschnitt
- 216
- Kurvenabschnitt
- 218
- Kurvenabschnitt
- U
- Spannung
- t
- Zeit
- 220
- Nadelhubverläufe
- 221
- Nadelhubverlauf
- 222
- Nadelhubverlauf
- 223
- Nadelhubverlauf
- 225
- Ausschnitt
- NH
- Nadelhub
- O1
- Öffnungszeitpunkt
- O2
- Öffnungszeitpunkt
- O3
- Öffnungszeitpunkt
- S1
- Schließzeitpunkt
- S2
- Schließzeitpunkt
- S3
- Schließzeitpunkt
- 220'
- Nadelhubverläufe
- 221'
- Nadelhubverlauf
- 222'
- Nadelhubverlauf
- 223'
- Nadelhubverlauf
- 225'
- Ausschnitt
- O1'
- Öffnungszeitpunkt
- O2'
- Öffnungszeitpunkt
- O3'
- Öffnungszeitpunkt
- S1'
- Schließzeitpunkt
- S2'
- Schließzeitpunkt
- S3'
- Schließzeitpunkt
- 600
- Kennfeld
- 601
- Kennlinie
- 602
- Kennlinie
- 603
- Kennlinie
- 604
- Kennlinie
- 605
- Kennlinie
- 606
- Kennlinie
- 607
- Kennlinie
- TS
- Schließzeitdauer
- TI
- Ansteuerzeitdauer