DE10215629A1

DE10215629A1 - Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10215629A1
Application number: DE10215629A
Authority: DE
Inventors: Andreas-Juergen Rohatschek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor, bei dem überwacht wird, ob eine Überschneidung eines Zeitintervalls, in dem ein piezoelektrisches Element zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Zylinder ge- oder entladen werden soll, mit einem Zeitintervall, in dem ein anderes piezoelektrisches Element zur Einspritzung von Kraftstoff in einen anderen Zylinder ge- oder entladen werden soll, auftritt, ist dadurch gekennzeichnet, daß überwacht wird, ob bei einer Einspritzung niederer Priorität die Ladung oder Entladung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls um den Zeitpunkt einer Ladung oder Entladung einer Einspritzung höherer Priorität auftritt, wobei während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzanlage die Abstände von zeitlichen Lade- und/oder Entladeflanken (Flankenüberlappungen) bestimmt und ein Mindestabstand (dynamischer Vorhalt) zweier benachbarter Lade-/Entladeflanken aus der Drehzahl (n¶1¶) zum Zeitpunkt der Überlappungserkennung sowie aus einer abgeschätzten Drehzahl (n¶2¶) zum Zeitpunkt der Ladung und/oder Entladung bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren geht beispielsweise aus der DE 100 33 343 A1 hervor. Bei dem sogenannten Flankenmanagement für Piezo-Common-Rail-Einspritzdüsen oder -Injektoren werden Flanken bei erkannter Überlappung derart verschoben, daß aus der Verschiebung einer einzelnen Flanke bei der gewählten Strategie eine Verschiebung einer Einspritzung mit niedriger Priorität (niederpriore Einspritzung) nach "spät" oder die Verkürzung der niederprioren Einspritzung folgt.
Nach Durchlauf des Flankenmanagements können im Extremfalle vier Flanken einer Einspritzung, wie in Fig. 1 gezeigt, unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet sein. Darüber hinaus liegen auch bei einer Maßnahme zur Verschiebung der Flanken bei zwei überlappenden Flanken die beiden Flanken nebeneinander. Das Flankenmanagement berechnet zum Zeitpunkt der Überlappungserkennung eine Verschiebung bei der aktuellen Drehzahl korrekt, so daß die ehemals überlappenden Flanken direkt nebeneinander liegen. Vom Zeitpunkt der Überlappungserkennung und der Verschiebung bis zum "Abarbeiten" der Flanken aufgrund des Verbrennungsvorgangs vergeht Zeit, während der sich die Drehzahl durch Gleichlaufschwankungen des Motors oder eine Beschleunigung/Verzögerung der Kurbelwelle ändern kann. Die Drehzahl kann daher mit anderen Worten beim Abarbeiten der Flanken eine andere sein als bei der Überlappungserkennung. Da die Flankenzeitpunkte immer auf einem Winkel relativ zum oberen Totpunkt (OT) der Kurbelwelle basieren, können sich bei veränderter Drehzahl die zunächst nebeneinander platzierten Flanken erneut überlappen, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Folgeüberlappung ist unzulässig, da hieraus undefinierte Systemzustände wie Notentladung der Aktoren, ein Abstellen des Verbrennungsmotors oder Manipulationen momentenbildender Einspritzungen resultieren können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen auch als dynamischen Vorhalt bezeichneten Mindestabstand zweier benachbarter Flanken zu ermitteln, den zwei benachbarte Flanken nach Durchlauf des Flankenmanagements, nach einer Verschiebung oder Verkürzung der Intervalle als Zwischenraum aufweisen, so daß die Flanken bei maximal möglicher Dynamik nicht erneut überlappen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei der der Mindestabstand (dynamischer Vorhalt) zweier benachbarter Lade-/Entladeflanken aus der Drehzahl zum Zeitpunkt der Überlappungserkennung und aus der abgeschätzten Drehzahl zum Zeitpunkt der Flankenabarbeitung, das heißt der Ladung und/oder Entladung, bestimmt wird, hat den großen Vorteil, daß Flanken nach erfolgter Maßnahme, d. h. beispielsweise Verschiebung oder Verkürzung der Einspritzintervalle oder dergleichen, aufgrund der Motordynamik nicht erneut überlappen können.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Lade-/Entladeflanken nach Durchlauf des beispielsweise aus der DE 100 33 343 A1 hervorgehenden Flankenmanagements;
Fig. 2 schematisch die erneute Überlappung bereits verschobener Flanken aufgrund der Motordynamik;
Fig. 3 schematisch die Vermeidung von Folgeüberlappung bei vorhandener Motordynamik;
Fig. 4a schematisch die Berechnung des dynamischen Vorhalts bei einer Beschleunigung, und
Fig. 4b schematisch die Berechnung des dynamischen Vorhalts bei einer Verzögerung.
Der Zusammenhang zwischen Drehzahl n, Winkel phi und Zeit t lautet:

n = (phi/t).c Gleichung (1),

wobei n die Drehzahl in U/min, t die Zeit in µs, phi der Winkel in °KW bedeuten und c = 166667 (U/min)/(°KW/µs) ist.
Die Vermeidung von Folgeüberlappungen wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Zu einem Zeitpunkt t₁ wird eine applizierte Überlappung zweier Flanken erkannt. Die Flanke niedriger Priorität (niederpriore Flanke) wird so verschoben, daß zwischen den ehemals überlappenden Flanken ein als dynamischer Vorhalt bezeichnetes Intervall t_j als Zwischenraum liegt. Beide Flanken werden um den Zeitpunkt t₂ ausgeführt. Die Drehzahl n₁ zum Zeitpunkt t₁ wird gemessen. Die maximale Drehzahldynamik (Beschleunigung/Verzögerung) wird zur Drehzahl n₁ hinzugerechnet. Hieraus ist unter Kenntnis der Applikationsparameter der Flanken (Winkel/Zeit/Dauer) der Zeitpunkt t₂ ermittelbar. Daraus folgt dann unmittelbar die Drehzahl n₂ zum Zeitpunkt t₂. Mit der Drehzahl n₂ ist der dynamische Vorhalt t_jberechenbar. Der dynamische Vorhalt t_j muß so groß sein, daß die beiden Flanken bei einem maximal möglichen Unterschied zwischen den Drehzahlen n₁ und n₂ zum Zeitpunkt t₂ nicht erneut überlappen.
Die Berechnung des dynamischen Vorhalts wird in Verbindung mit Fig. 4a und 4b nachfolgend erläutert. Vereinfachend wird dabei von einer konstanten Drehzahldynamik, also einem linearen Verlauf der Drehzahl über der Zeit ausgegangen. Es ergibt sich somit folgender Zusammenhang der Drehzahl in Abhängigkeit von der Zeit

n(t) = dn/dt.t + n₁ Gleichung (2)
Aus dem vorbeschriebenen Zusammenhang Drehzahl-Winkel- Zeit ergibt sich

phi₂ - phi₁ = [Integral t₁ = 0 bis t₂] n(t)/c.dt Gleichung (3)

und hieraus in Verbindung mit Gleichung (1)

c.phi₂ = S dn/dt.t² + n₁.t Gleichung (5)
Die Bestimmung des Flankenzeitpunkts t₂ ergibt sich nach folgender Gleichung:

t₂ = (-n_o ² ± √(n_o ² + 2dn/dt.phi₂.c))/(dn/dt) Gleichung (6)
Die Drehzahl n₂ zum Zeitpunkt t₂ ergibt sich damit

n₂ = n(t₂) = dn/dt.t₂ + n₁ Gleichung (7)
Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 4a und Fig. 4b die Bestimmung des dynamischen Vorhalts t_j näher erläutert. Die Flankenbreite t₁ entspricht bei der Drehzahl n₂ dem Winkel phi₂:

phi₂ = n₂.t_a/c Gleichung (8)
Der Winkel phi₂ entspricht bei der Drehzahl n₁ der Dauer t_o

t_o = phi₂/n₁.c Gleichung (9)
Der dynamische Vorhalt t_j ist dabei so zu wählen, daß durch ihn die Differenz von t_o und t_a "abgefangen" wird (Beschleunigung):

t_j = t_o - t_a = t_a(n₂/n₁ - 1) Gleichung (10),

wie in Fig. 4a schematisch dargestellt.
Bei einer Verzögerung (n₂ < n₁) ergibt sich umgekehrt

t_j = t_a - t_o = t_a(1 - n₂/n₁) Gleichung (11)
Allgemein ergibt sich der dynamische Vorhalt t_j aus der Flankenbreite t_a und den Drehzahlen n₂ und n₁ durch folgende Gleichung:

t_j = |t_a(n₂/n₁ - 1)| Gleichung (12).
Zur Ermittlung der Dynamik sind folgende Variationen denkbar:

a) Erfahrungswert aus Messung,
b) Worst-case-Abschätzung,
c) Online-Messung der Drehzahl und Extrapolation der Dynamik.

Daher sind folgende Schritte notwendig:

- Ermitteln des Flankenzeitpunkts t₂ unter Verwendung der Drehzahlkurve und des applizierten Winkel/Zeit/Dauer-Abstandes von t₁ und t₂;
- Ermitteln der Drehzahl n₂ zum Zeitpunkt t₂ und
- Berechnen des dynamischen Vorhalts aus vorstehender Gleichung (12).

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor mit zumindest zwei jeweils einer Bank zugeordneten Zylindern, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage zumindest zwei piezoelektrische Elemente aufweist und jedem Zylinder zumindest je ein piezoelektrisches Element zur Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder durch Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elementes zugeordnet ist, und wobei den piezoelektrischen Elementen eine einzige Versorgungseinheit zum Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elementes zugeordnet ist und wobei überwacht wird, ob eine Überschneidung eines Zeitintervalls, in dem ein piezoelektrisches Element ge- oder entladen werden soll mit einem Zeitintervall, in dem das andere piezoelektrische Element ge- oder entladen werden soll, auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß überwacht wird, ob bei einer Einspritzung niederer Priorität die Ladung oder Entladung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls um den Zeitpunkt einer Ladung oder Entladung einer Einspritzung höherer Priorität auftritt, wobei während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzanlage die Abstände von zeitlichen Lade- und/oder Entladeflanken (Flankenüberlappungen) bestimmt und ein Mindestabstand (dynamischer Vorhalt) zweier benachbarter Lade-/Entladeflanken aus der Drehzahl (n₁) zum Zeitpunkt der Überlappungserkennung sowie aus einer abgeschätzten Drehzahl (n₂) zum Zeitpunkt der Ladung und/oder Entladung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Flankenüberlappungen und des Mindestabstandes während Interrupts einer Ansteuerschaltung während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzanlage erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des dynamischen Vorhalts (t_j) gemäß folgender Gleichung erfolgt:

t_j = |t_a(n₂/n₁ - 1)| Gleichung (12),

wobei t_a die Flankenbreite und n₁ die Drehzahl zum Zeitpunkt der Überlappungserkennung und n₂ die abgeschätzte Drehzahl zum Zeitpunkt der Ladung und/oder Entladung bedeuten.