DE10236820A1

DE10236820A1 - Verfahren zum Individualisieren eines mit einem piezoelektrischen Element versehenen Injektors einer Brennkraftmaschine, Verfahren zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements, Injektor, sowie Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10236820A1
Application number: DE2002136820
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes; Andreas Huber; Klaus-Peter Schmoll; Rainer Knicker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-10
Filing date: 2002-08-10
Publication date: 2004-02-26
Also published as: JP2004076732A

Abstract

Eine Brennkraftmaschine (10) umfasst einen Injektor (14) sowie einen Brennraum (12), in dem Kraftstoff über den Injektor (14) gelangt. Der Injektor (14) weist ein piezoelektrisches Element (22) auf. Um den Kraftstoff möglichst präzise dem Brennraum (12) zumessen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine (10) eine Leseeinrichtung (26) umfasst, mit der ein Code (24) erfasst werden kann, mit dem der Injektor (14) gekennzeichnet ist und der auf dem Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements (22) basiert.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Individualisieren eines mit einem piezoelektrischen Element versehenen Injektors einer Brennkraftmaschine, bei dem mindestens eine elektromechanische Eigenschaft eines individuellen Injektors erfasst wird.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist vom Markt her bekannt. Bei diesem wird die von einem Injektor abgegebene Fluidmenge abhängig von einer Ansteuerdauer erfasst. Bei dieser von der Ansteuerdauer abhängigen Fluidmenge handelt es sich um eine elektromechanische Eigenschaft. Hierzu werden beispielsweise Wertepaare für die Ansteuerdauer und die abgegebene Fluidmenge bei vier verschiedenen Betriebszuständen ermittelt. Die entsprechenden Abgleichwerte werden in Form eines sechsstelligen Codes auf dem Injektor vermerkt. Beim Einbau des entsprechenden Injektors wird der Code in ein Steuergerät der Brennkraftmaschine eingegeben, und hieraus werden additive und multiplikative Korrekturwerte für die Ansteuerdauer ermittelt Ziel dieses auch als "Mengenabgleich" bezeichneten Vorgehens ist es, den Kraftstoff mit möglichst hoher Präzision in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen. Injektoren mit piezoelektrischen Stellelementen werden nämlich vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung verwendet, bei denen die hochgenaue Zumessung des Kraftstoffes in den Brennraum eine besonders große Rolle spielt. Zwar arbeiten die piezoelektrischen Elemente, die bei den bekannten Injektoren verwendet werden, sehr schnell, sie haben jedoch den Nachteil, dass ihre Arbeitscharakteristik bzw. mindestens eine elektromechanische Eigenschaft sich von einem Piezoaktor zum anderen unterscheiden kann. Durch den oben beschriebenen Mengenabgleich werden gewisse dieser Unterschiede erfasst, und durch die Korrektur im Steuergerät werden diese Unterschiede berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die tatsächlichen Eigenschaften eines mit einem piezoelektrischen Element versehenen Injektors noch besser zu beschreiben, und die Verwertung der gewonnenen Erkenntnisse zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs Art dadurch gelöst, dass der Hub des piezoelektrischen Elements abhängig von einer angelegten Spannung erfasst, aus dem erfassten Spannungs-Hub-Verhältnis ein Code gebildet wird, und der Injektor mit dem Code gekennzeichnet wird.

Vorteile der Erfindung Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine besonders gute Charakterisierung der Funktion eines Injektors möglich. Die Schwankungen des Hubs eines piezoelektrischen Elements bei einer bestimmten Ansteuerspannung wirken sich nämlich ebenfalls auf die von dem Injektor bei einer Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge aus. Wenn das Spannungs-Hub-Verhältnis eines individuellen Injektors bekannt ist, und wenn der Injektor entsprechend gekennzeichnet ist, kann bei der Verwendung des Injektors hierauf reagiert werden. Letztlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren also eine höhere Präzision bei der Zumessung der in einen Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge erreicht.

Die Codierung der erfassten Eigenschaft gestattet es dabei, trotz der im Allgemeinen kleinen Abmessungen eines Injektors die den Piezoaktor des Injektors charakterisierenden Eigenschaften auf, an oder in dem Injektor abzulegen. Dies kann beispielsweise in Form eines Barcodes geschehen oder in Form eines Transponderchips, welcher im Injektor angeordnet ist. Im Allgemeinen hat eine Stelle in dem Code 5 bit. Die Darstellung kann durch Buchstaben und Ziffern erfolgen. Für die Charakterisierung des Injektors durch das Spannungs-Hub-Verhältnis dürfte also üblicherweise eine Stelle eines solchen Codes genügen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

So wird beispielsweise vorgeschlagen, dass der individuelle Injektor abhängig von dem erfassten Spannungs-Hub-Verhältnis einer von mehreren Spannungs-Hubklassen zugeordnet wird, und dass der Injektor mit einem der individuellen Spannungs-Hubklasse entsprechenden Code gekennzeichnet wird. Dieser Weiterbildung liegt der Gedanke zugrunde, dass es für die Charakterisierung des Injektors ausreicht, wenn nicht das tatsächlich erfasste Spannungs-Hub-Verhältnis, sondern nur ein Bereich, nämlich die Spannungs-Hubklasse, in welcher das tatsächlich erfasste Spannungs-Hub-Verhältnis liegt, am Injektor abgespeichert wird. Hierdurch wird Speicherplatz gespart, und die Verarbeitung eines solchen Codes ist einfacher.

Vorteilhaft ist. auch, wenn die von dem Injektor abgegebene Fluidmenge abhängig von einer Ansteuerdauer erfasst, der individuelle Injektor abhängig von der erfassten Fluidmenge einer oder mehreren Ansteuerdauer-Fluidmengenklassen zugeordnet, und der Injektor mit einem der individuellen Ansteuerdauer-Fluidmengenklasse entsprechenden Code gekennzeichnet wird. In diesem Falle erfolgt die Charakterisierung des Injektors also nicht nur durch den eingangs beschriebenen Hubabgleich, sondern zusätzlich auch noch durch einen Mengenabgleich. Die Charakterisierung eines solchen Injektors ist daher besonders präzise. Die Einordnung der tatsächlich erfassten Fluidmenge in eine Ansteuerdauer-Fluidmengenklasse reduziert, wie bereits beim Spannungs-Hubverhältnis, den erforderlichen Speicherbedarf. Für den Mengenabgleich wird vorteilhafterweise ein sechsstelliger Code vorgesehen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements, bei dem ein Sollwert der Ansteuerung abhängig von einer individuellen elektromechanischen Eigenschaft des Injektors, mit der der Injektor gekennzeichnet ist, korrigiert wird.

Bei einem solchen Verfahren soll die Ansteuerung möglichst so erfolgen, dass der Kraftstoff mit hoher Präzision vom Injektor in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann.

Hierzu wird vorgeschlagen, dass ein Code, mit dem der Injektor gekennzeichnet ist, erfasst wird, wobei der Code auf einem individuellen Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements basiert, und dass der Sollwert der Ansteuerung abhängig von dem erfassten Code korrigiert wird.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass das Spannungs-Hub-Verhältnis eines individuellen Injektors aufgrund der Codierung sehr einfach und schnell erfasst und verarbeitet werden kann. Die Korrektur des Sollwerts der Ansteuerung auf der Basis des individuellen Spannungs-Hub-Verhältnisses ermöglicht darüber hinaus einen besonders präzisen Betrieb eines solchen Injektors. Die von einem Injektor zu einem anderen Injektor tatsächlich in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge unterscheidet sich bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens somit nur wenig, wenn überhaupt.

Dabei wird besonders bevorzugt, wenn aus dem Code, mit dem der Injektor gekennzeichnet ist, eine Eigenschaftsklasse der Eigenschaft "Spannungs-Hub-Verhältnis" ermittelt wird. Durch die Klassifizierung in eine derartige Eigenschaftsklasse kann der an, in oder auf dem Injektor erforderliche Speicherplatz reduziert werden. Darüber hinaus kann eine solchermaßen klassifizierte Eigenschaft sehr schnell und einfach verarbeitet werden.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass aus einem Code, mit dem der Injektor gekennzeichnet ist, eine Eigenschaftsklasse der Eigenschaft "Ansteuerdauer-Fluidmengen-Verhältnis" ermittelt wird. Die zusätzliche Berücksichtigung des Ansteuerdauer-Fluidmengen-Verhältnisses (dieses wird aus einem "Mengenabgleich" gewonnen) steigert nochmals die Präzision beim Einsatz der Zumessung der vom Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge.

Besonders vorteilhaft ist auch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Code automatisch beim Einbau eines Injektors erfasst wird. Das Steuergerät der Brennkraftmaschine erkennt somit automatisch die Eigenschaften des verwendeten Injektors bzw. der verwendeten Injektoren und kann, ohne dass beispielsweise Programmierarbeiten seitens eines Benutzers erforderlich sind, von sich aus die für einen optimalen Betrieb des Injektors bzw. der Injektoren erforderlichen Parameter (additive und/oder multiplikative Korrekturwerte) bestimmen. Auch bei einem Austausch eines Injektors, beispielsweise im Wartungsfall, wird automatisch der Code des neuen Ersatzinjektors erfasst, und das Steuergerät ermittelt automatisch die entsprechenden Korrekturwerte.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Injektor, mit dem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gelangt und welcher ein piezoelektrisches Element aufweist.

Um einen solchen Injektor möglichst präzise betreiben zu können, wird vorgeschlagen, dass er einen Code umfasst, der auf dem individuellen Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements basiert.

Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Injektor und mit mindestens einem Brennraum, in den Kraftstoff über den Injektor gelangt, wobei der Injektor ein piezoelektrisches Element aufweist.

Um das Emissionsverhalten einer solchen Brennkraftmaschine zu optimieren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, und um eine möglichst große Laufruhe einer solchen Brennkraftmaschine zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine eine Leseeinrichtung umfasst, mit der ein Code erfasst werden kann, mit dem der Injektor gekennzeichnet ist und der auf dem individuellen Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements basiert.

Durch die Leseeinrichtung kann die individuelle Kennzeichnung elektromechanischer Eigenschaften eines Injektors auf einfache Art und Weise erfasst werden. Sind individuelle elektromechanische Eigenschaften eines Injektors bekannt, kann durch eine Korrektur der Ansteuersignale auf zwischen den einzelnen Injektoren einer Brennkraftmaschine vorhandene Unterschiede reagiert werden, so dass von den einzelnen Injektoren die jeweils gewünschte Kraftstoffmenge mit hoher Präzision in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann. Dies erhöht die Laufruhe der Brennkraftmaschine, reduziert den Kraftstoffverbrauch, und verbessert das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Darstellung einiger Komponenten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Injektors mit einem piezoelektrischen Element;
2: ein Ablaufschema, welches ein Verfahren zur Charakterisierung der individuellen Eigenschaften des Injektors von 1 zeigt; und
3: ein Ablaufschema, welches ein Verfahren zur Verwendung des Injektors von 1 zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Brennräume, von denen in 1 nur jener mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt ist. Der Kraftstoff wird dem Brennraum 12 direkt von einem Injektor 14 zugeführt. Bei dem zugeführten Kraftstoff kann es sich um Benzin handeln, wobei in diesem Fall zusätzlich eine Zündeinrichtung im Brennraum 12 vorhanden wäre. Möglich ist aber auch, dass es sich bei dem verwendeten Kraftstoff um Diesel-Kraftstoff handelt.
Der Injektor 14 ist mit einer Kraftstoff-Sammelleitung 16 ("Rail") verbunden, in der der Kraftstoff unter sehr hohem Druck gespeichert ist. An diese Kraftstoff-Sammelleitung 16 sind noch weitere Injektoren angeschlossen, welche jedoch nicht dargestellt sind. Diese weiteren Injektoren spritzen den Kraftstoff jeweils direkt in einen ihnen zugeordneten Brennraum ein. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 16 wird von einem Drucksensor 18 erfasst, der entsprechende Signale an ein Steuer- und Regelgerät 20 weiterleitet.
Der Injektor 14 umfasst ein bewegliches Ventilelement (nicht sichtbar), welches mit einem piezoelektrischen Aktor 22 gekoppelt ist. Der Piezoaktor 22 wird wiederum vom Steuer- und Regelgerät 20. angesteuert. Dabei kann durch Anlegen einer Spannung an den Piezoaktor 22 dessen Länge verändert werden, was sich auf die Stellung des Ventilelements des Injektors 14 überträgt. Die Geschwindigkeit, mit der die Längenänderung eines Piezoaktors 22 auf eine Spannungsänderung erfolgt, ist jedoch von einem Piezoaktor zum anderen unterschiedlich. Darüber hinaus unterscheidet sich der Hub eines Piezoaktors bei einer bestimmten Ansteuerspannung von dem Hub eines anderen Piezoaktors bei der gleichen Ansteuerspannung.
Diese unterschiedlichen Eigenschaften eines Piezoaktors zum anderen sind systembedingt und können derzeit nicht verhindert werden. Sie würden jedoch, ohne entsprechende Gegenmaßnahmen, dazu führen, dass bei gleicher Ansteuerspannung in einen Brennraum mehr Kraftstoff eingespritzt wird als in einen anderen Brennraum derselben Brennkraftmaschine 10.
Um die vom Injektor 14 in den Brennraum 12 eingespritzte Kraftstoffmenge möglichst präzise einstellen zu können, wird der Injektor 14, bevor er in der Brennkraftmaschine 10 eingesetzt wird, vermessen. Insbesondere wird das Hubverhalten in Abhängigkeit von der Spannung sowie die vom Injektor abgegebene Fluidmenge abhängig von einer Ansteuerdauer erfasst, und diese erfassten "elektromechanischen" Eigenschaften werden in einen Code 24 umgewandelt, der in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel auf das Gehäuse des Injektors 14 aufgebracht ist. Der Code 24 wird von einem fest an der Brennkraftmaschine 10 angeordneten Lesegerät 26 ausgelesen, welches entsprechende Signale an das Steuer- und Regelgerät 20 leitet.
Um die o.g. individuellen elektromechanischen Eigenschaften des Injektors 14 festzustellen und den Injektor 14 mit dem Code 24 entsprechend zu kennzeichnen, wird folgendermaßen vorgegangen (vgl. 2): In einem Block 28 wird das Hubvermögen des Piezoaktors 22 vermessen. Hierzu wird der Piezoaktor 22 mit bestimmten Spannungen angesteuert und die entsprechenden Längenänderungen des Piezoaktors 22 erfasst. Entsprechend dem erfassten Spannungs-Hubverhalten des Piezoaktors 22 wird im Block 30 aus einer Mehrzahl von Spannungs-Hubklassen jene ausgewählt, welche dem tatsächlichen Verhalten des Injektors 14 entspricht. Im Block 32 wird die dem Hubvermögen des Piezoaktors 22 entsprechende Klasse in einen Code umgewandelt. Hierfür reicht im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Stelle eines Gesamtcodes, wobei diese eine Stelle 5 bit hat.
Parallel zur Vermessung des Hubvermögens wird bei dem Injektor 14 auch ein sogenannter Mengenabgleich durchgeführt. Bei diesem wird die vom Injektor 14 abgegebene Fluidmenge bei unterschiedlichen Ansteuerdauern erfasst. Auch hier ist es ausreichend, insgesamt vier verschiedene Prüfpunkte zu erfassen. Dies geschieht in 2 im Block 34. Analog zum Block 30 erfolgt im Block 36 eine Klassifizierung der im Block 34 erfassten Eigenschaft des Injektors 14. Analog zum Block 32 wird in einem Block 38 die im Block 36 bestimmte Klasse in einen Code umgewandelt, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Stellen mit jeweils 5 bit, also insgesamt 30 bit, aufweist.
Im Block 40 wird aus den beiden in den Blöcken 32 und 38 bestimmten Codierungen die in 1 dargestellte Gesamtcodierung 24 geschaffen und auf den Injektor 14 aufgebracht.
Die Vorgehensweise beim Auslesen der in dem Code 24 abgelegten Informationen wird nun unter Bezugnahme auf 3 erläutert:
Im Block 42 wird der Code 24 vom Lesegerät 26 ausgelesen, und entsprechende Signale werden an das Steuer- und Regelgerät 20 geleitet. Im anschließenden Block 44 werden die übermittelten Signale decodiert, und es werden im Block 46 aus der aus dem Code 24 ermittelten Klasse additive und multiplikative Korrekturwerte für die Ansteuerspannung des Piezoaktors 22 des Injektors 14 ermittelt. Im Block 48 wird anhand der im Block 46 bestimmten Körrekturparameter und auf der Basis der im Block 50 festgelegten Ansteuerspannung die tatsächliche, individuelle Ansteuerspannung für den Injektor 14 für eine bestimmte Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 12 ermittelt.
Die im Block 50 bereitgestellte Ansteuerspannung hängt vor allem von dem in der Kraftstoff-Sammelleitung 16 herrschenden Druck ab, welcher vom Drucksensor 18 erfasst und dem Steuer- und Regelgerät 20 übermittelt wird. Im Block 52 erfolgt dann die Ansteuerung einer entsprechenden Endstufe. Für die im Block 38 festgelegte Codierung des Mengenabgleichs wird analog zu dem in 3 dargestellten Verfahren vorgegangen.
Die in den Blöcken 42–46 festgelegten Verfahrensschritte müssen nicht bei jeder Einspritzung des Injektors 14 durchgeführt werden. Sie werden vielmehr einmalig nach dem Einbau des Injektors 14 in die Brennkraftmaschine 10 durchgeführt. Die im Block 46 ermittelten Korrekturwerte werden dann abgespeichert und bei den einzelnen ' Einspritzungen des Injektors 14 verwendet.

Claims

Verfahren zum Individualisieren eines mit einem piezoelektrischen Element (22) versehenen Injektors (14) einer Brennkraftmaschine(10), bei dem mindestens eine elektromechanische Eigenschaft eines individuellen Injektors (14) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des piezoelektrischen Elements (22) abhängig von einer angelegten Spannung erfasst (28), aus dem erfassten Spannungs-Hub-Verhältnis ein Code (24) gebildet (32), und der Injektor (14) mit dem Code gekennzeichnet wird (40).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der individuelle Injektor (14) abhängig von dem erfassten Spannungs-Hub-Verhältnis einer von mehreren Spannungs-Hubklassen zugeordnet wird (30), und dass der Injektor (14) mit einem der individuellen Spannungs-Hubklasse entsprechenden Code (24) gekennzeichnet wird (40).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Injektor (14) abgegebene Fluidmenge abhängig von einer Ansteuerdauer erfasst (34), der individuelle Injektor (14) abhängig von der erfassten Fluidmenge einer oder mehreren Ansteuerdauer-Fluidmengenklassen zugeordnet (36), und der Injektor (14) mit einem der individuellen Ansteuerdauer-Fluidmengenklasse entsprechenden Code (24) gekennzeichnet wird (40).
Verfahren zur Ansteuerung eines Injektors (14) mit einem piezoelektrischen Element (22), bei dem ein Sollwert der Ansteuerung abhängig von einer individuellen elektromechanischen Eigenschaft des Injektors (14), mit der der Injektor (14) gekennzeichnet ist, korrigiert wird (48), dadurch gekennzeichnet, dass ein Code (24), mit dem der Injektor (14) gekennzeichnet ist, erfasst wird, wobei der Code (24) auf dem individuellen Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements (22) basiert, und dass der Sollwert der Ansteuerung abhängig von dem erfassten Code (24) korrigiert wird (48).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Code (24), mit dem der Injektor (14) gekennzeichnet ist, eine Eigenschaftsklasse der Eigenschaft "Spannungs-Hub-Verhältnis" ermittelt wird (46).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Code, mit dem der Injektor gekennzeichnet ist, eine Eigenschaftsklasse der Eigenschaft "Ansteuerdauer-Fluidmengen-Verhältnis" ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Code (24) automatisch beim oder nach dem Einbau eines Injektors (14) erfasst wird.
Injektor (14), mit dem Kraftstoff in einen Brennraum (12) einer Brennkraftmaschine (10) gelangt und welcher ein piezoelektrisches Element (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Code (24) umfasst, der auf dem individuellen Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements (22) basiert.
Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einem Injektor (14) und mit mindestens einem Brennraum (12), in den Kraftstoff über den Injektor (14) gelangt, wobei der Injektor (14) ein piezoelektrisches Element (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) eine Leseeinrichtung (26) umfasst, mit der ein Code (24) erfasst werden kann, mit dem der Injektor (14) gekennzeichnet ist und der auf dem individuellen Verhältnis zwischen anliegender Spannung und Hub des piezoelektrischen Elements (22) basiert.