DE19720378C2 - Verfahren zur Bestimmung der Öffnungszeit eines Einspritzventiles einer Hochdruckspeicher-Einspritzanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Öffnungszeit eines Einspritzventiles einer Hochdruckspei­ cher-Einspritzanlage, bei dem aus einem Kennfeld anhand der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und des statischen Druckes im Hochdruckspeicher eine Einspritzdauer abgeleitet wird.

Derartige Einspritzanlagen sind allgemein bekannt. In der EP 0 570 986 A2 ist eine Weiterbildung beschrieben, bei der der Ein­ spritzvorgang in zwei Teile unterteilt wird. Es erfolgt eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung. Die zur Förderung einer bestimmten Kraftfstoffmenge ermittelte Öffnungszeit des Einspritzventiles wird auf beide Einspritzvorgänge aufgeteilt. Bei der Ansteuerung des Einspritzventiles in der Haupteinsprit­ zung wird berücksichtigt, daß aus der Voreinspritzung noch ein verbleibendes Magnetfeld in dem eletromagnetischen Einspritz­ ventil vorhanden ist, so daß zur Förderung der Kraftfstoffmenge also in der Haupteinspritzung die Ansteuerdauer des Einspritz­ ventiles entsprechend reduziert werden muß. Der Grad der Redu­ zierung ist dabei proportional der Dauer der Voreinspritzung und umgekehrt proportional dem zeitlichen Abstand der beiden Einspritzungen. Nach den Ausführungen in dieser Offenlegungs­ schrift sollen mit dieser Vorgehensweise auch nachteilige Effekte von Druckschwankungen vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird für die Ablesung im Kennfeld der Wert des statischen Druckes im Hochdruckspeicher um einen bestimmten Be­ trag korrigiert, der sich sowohl aus dem Schwingungsverhalten des Kraftstoffes in Abhängigkeit von dessen Kompressibilität, als auch aus der entnommenen Kraftstoffmenge oder der Ansteuerdauer des Einspritzventils bei wenigstens einem vorausgehenden Einspritzvorgang, als auch der Zeit zwischen dem wenigstens einen vorausgehenden Einspritzvorgang und dem aktuellen Ein­ spritzvorgang ergibt.

Dabei zeigt sich vorteilhaft gegenüber dem bekannten Stand der Technik, daß die Öffnungsdauer des Einspritzventiles besser an den veränderlichen Druck angepaßt wird. Die Schwingung des Druckes bewirkt, daß dieser zunächst abfällt und dann ansteigt. Dieser Anstieg schwingt dabei sogar über den Wert des stati­ schen Druckes im Hochdruckspeicher hinaus. Um also im Hinblick auf die Druckschwingungen sinnvoll entscheiden zu können, ob die Öffnungszeit des Einspritzventiles gegenüber der Öffnungs­ zeit bei einem statischen Druck im Hochdruckspeicher verkürzt oder verlängert werden muß, muß also der momentane zeitliche Wert des Druckes festgestellt werden. Der Zeitverlauf der Druckschwingungen zeigt dabei insbesondere, daß es infolge der Verringerung der Kraftfstoffmenge im Hochdruckspeicher zunächst zu einem Absinken des Druckes kommt. Wenn also der nächste Ein­ spritzvorgang zeitlich so dicht auf den vorausgehenden Ein­ spritzvorgang folgt, daß die Druckschwingung nicht bereits wie­ der den Wert des statischen Druckes im Hochdruckspeicher über­ schritten hat, so muß die Öffnungsdauer des Einspritzventiles verlängert werden.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 1 läßt sich also die Steue­ rung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge in Relation zu der angeforderten Kraftfstoffmenge deutlich verbessern. Dies führt zu einem wesentlich optimierten Brennvorgang insbesondere hinsichtlich der Kraftfstoffausnutzung und der Schadstoff­ emissionen.

Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird das Zeitverhalten einer Druckschwingung anhand wenigstens einer Größe bestimmt, die die Kompressibilität des Kraftstoffes repräsentiert.

Modellhaft läßt sich die Druckschwingung als eine Schwingung mit einer einzigen Frequenz darstellen. Die Praxis zeigt je­ doch, daß die Schwingung sich als Überlagerung mehrerer Schwin­ gungen mit unterschiedlicher Frequenz darstellt. Das Zeit­ verhalten der Schwingung wird daher in Abhängigkeit von der Kompressibilität in einem Kennfeld abgelegt.

Es können also vorteilhaft Unterschiede im Druckverlauf berück­ sichtigt werden in Abhängigkeit von bestimmten Parametern wie beispielsweise der Kraftfstofftemperatur. Die Kompressibilität des Kraftfstoffes bestimmt entscheidend das Zeitverhalten der Druckschwingung.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 3 ist die wenigstens eine Größe, die die Kompressibilität repräsentiert, die Schallge­ schwindigkeit des Kraftstoffes, das Elasitizitätsmodul des Kraftstoffes und/oder die Dichte des Kraftstoffes.

Dabei zeigt sich vorteilhaft, daß die Kompressibilität des Kraftstoffes leicht anhand vergleichsweise einfach zugänglicher Parameter bestimmt werden kann.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 wird die wenigstens eine Größe anhand des statischen Druckes im Hochdruckspeicher und/­ oder der Kraftfstofftemperatur bestimmt.

Dadurch können die wichtigsten Einflüsse auf die Kompressibili­ tät des Kraftfstoffes einfach berücksichtigt werden.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 5 wird aus der Zeitdauer zwi­ schen dem wenigstens einen vorausgegangenen Einspritzvorgang und dem durchzuführenden Einspritzvorgang die Phasenlage bzw. ein normierter Wert der Druckabweichung zum Zeitpunkt des Beginns des durchzuführenden Einspritzvorganges bestimmt.

Dabei zeigt sich vorteilhaft, daß mit einer Trennung der beiden die Schwingung beschreibenden Parameter (Amplitude, d. h. Maxi­ malauslenkung, einerseits und der Frequenz bzw. Überlagerung mehrere Frequenzen, die das Zeitverhalten der Druckschwingung bestimmen, andererseits) die Schwingung mit vertretbarem Auf­ wand in Kennfeldern abgelegt werden kann. Dadurch ist eine numerische Darstellung der Druckschwingung insbesondere hinsichtlich der relevanten Werte in Echtzeit möglich, indem zum einen die Amplitude der Druckschwingung bestimmt wird und zum anderen die Schwingungsdauer oder eine entsprechende Größe aus der Überlagerung mehrerer Schwingungsdauern.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 6 wird aus der bei dem wenigs­ tens einen vorhergehenden Einspritzvorgang eingespritzten Kraftstoffmenge die Amplitude der Druckschwingung abgeleitet bzw. ein Faktor, mit dem der normierte Wert der Druckabweichung multipliziert wird.

Es hat sich gezeigt, daß damit die Amplitude bzw. der Faktor über eine entsprechende Kennlinie einfach bestimmt werden kann.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 7 wird die bei dem wenigstens einen vorhergehenden Einspritzvorgang eingespritzte Kraftstoff­ menge aus der Ansteuerdauer des Ventiles bei dem wenigstens einen vorhergehenden Einspritzvorgang abgeleitet.

Damit ist die Kraftstoffmenge einfach bestimmbar aus bereits verfügbaren Daten.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 8 wird die Amplitude bzw. der Faktor anhand wenigstens einer Größe bestimmt, die die Kompres­ sibilität des Kraftstoffes repräsentiert.

Dadurch kann unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und derem Einfluß auf die Druckschwingungen Rechnung getragen werden.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 9 ist die wenigstens eine Größe die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffes, das Elasitizitäts­ modul des Kraftstoffes und/oder die Dichte des Kraftstoffes.

Diese Größen sind einfach verfügbar, so daß die Kompressibili­ tät einfach bestimmt werden kann.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 10 wird ein Wert des Druckes ermittelt aus der Amplitude und der Phasenlage bzw. dem nor­ mierten Wert der Druckabweichung und dem Faktor. Dieser Wert des Druckes wird zu dem Druck im Hochdruckspeicher zu einem Summendruck addiert. Die Öffnungszeit des Einspritzventiles wird aus dem Kennfeld ermittelt, wobei dieser Summendruck als Druck im Hochdruckspeicher sowie die angeforderte Kraftstoff­ menge die Eingangsgrößen bilden.

Dabei zeigt sich, daß der Berücksichtigung von Druckschwingun­ gen aufgrund vorheriger Einspritzvorgänge mit vergleichsweise geringem Aufwand Rechnung getragen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im einzelnen näher dargestellt. Es zeigt dabei im einzelnen:

Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines korrigierten Wert des Druckes,

Fig. 2: eine Darstellung eines Kennfeldes, aus dem ein normierter Wert einer Druckabweichung entnommen werden kann.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, das als Programmierung eines Mikroprozessors realisiert sein kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann vor jedem Einspritzvorgang durchlaufen um eine korrigierte Öffnungszeit und daraus eine korrigierte Ansteuerdauer des Einspritzventiles zu erhalten.

Zunächst wird in dem Schritt 101 eine Größe ermittelt, die die Kompressibilität des Kraftstoffes repräsentiert. Diese Größe kann beispielsweise die Schallgeschwindigkeit in dem Kraft­ stoff, das Elastizitätsmodul des Kraftstoffes, die Dichte des Kraftstoffes bzw. eine Kombination dieser Größen sein.

Vorteilhaft wird die Größe in Abhängigkeit von dem Druck im Hochdruckspeicher sowie der Kraftstofftemperatur ermittelt. Diese beiden Größen beeinflussen die Kompressibilität des Kraftstoffes, so daß sich deren Berücksichtigung als vorteilhaft erwiesen hat.

Im Schritt 102 wird aus der ermittelten Größe das Zeitverhalten der Druckschwingung bestimmt. Dieses Zeitverhalten der Druck­ schwingung betrifft dabei eine Darstellung des Zeitverlaufes mit einer normierten Amplitude. Die aufgrund der vorliegenden Verhältnisse sich tatsächlich ergebende Amplitude wird in nach­ folgenden Verfahrensschritten berücksichtigt.

Das Zeitverhalten kann modellhaft als eine Sinusschwingung mit negativem Vorzeichen dargestellt werden, die am Beginn eines Einspritzvorganges einsetzt. Zur Bestimmung des Zeitverhaltens muß also in diesem Fall aus der ermittelten Größe die Zeitdauer der Sinusschwingung ermittelt werden. Dazu kann beispielsweise die Zeitdauer über der Größe in einer Kennlinie dargestellt werden, die mit einer hinreichenden Zahl von Stützstellen abgespeichert wird.

In dem Schritt 103 wird dann aus der Zeitdifferenz vom Beginn des letzten Einspritzvorganges und der ermittelten Zeitdauer die Phasenlage der Druckschwingung zum aktuellen Zeitpunkt ermittelt.

In der Praxis wird sich die Druckschwingung als eine Überlage­ rung mehrerer Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen darstellen. Der normierte Verlauf dieser Druckschwingung wird in einem dreidimensionalen Kennfeld in Abhängigkeit von der bestimmten Größe abgelegt. Ein normierter Wert der Druckab­ weichung kann dann anhand der Zeit seit Beginn des letzten Einspritzvorganges und der bestimmten Größe aus dem Kennfeld ausgelesen werden. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Kenn­ feldes ist in der Fig. 2 dargestellt, in dem die normierte Amplitude A_norm, die bestimmte Größe B sowie die Zeit Δt ein dreidimensionales Kennfeld aufspannen. Dieses Kennfeld kann mit möglichst vielen Stützstellen abgespeichert werden, so daß eine Auswertung mit einer hinreichenden Genauigkeit möglich ist. Das Auslesen der normierten Druckabweichung aus dem Kennfeld entspricht in diesem Fall den Schriten 102 und 103.

In dem Schritt 104 wird wiederum eine Größe ermittelt, die die Kompressibilität des Kraftstoffes repräsentiert. Diese Größe kann beispielsweise die Schallgeschwindigkeit in dem Kraft­ stoff, das Elastizitätsmodul des Kraftstoffes, die Dichte des Kraftstoffes bzw. eine Kombination dieser Größen sein. Die in dem Schritt 104 ermittelte Größe kann dieselbe Größe sein wie in dem Schritt 101. Die Kompressibilität hat nicht nur Einfluß auf das Zeitverhalten der Schwingung sondern auch auf die Am­ plitude. Vorteilhaft wird diese Größe wiederum in Abhängigkeit von dem Druck im Hochdruckspeicher und/oder der Temperatur ermittelt.

In dem Schritt 105 wird zu der Größe eine Amplitude bzw. ein Faktor ermittelt, mit dem der normierte Wert der Druckab­ weichung multipliziert wird. Die Amplitude bzw. der Faktor können dabei in einerm Kennfeld über der bestimmten Größe aufgetragen sein.

Außer der Größe wird die Amplitude bzw. der Faktor noch anhand der bei dem letzten Einpritzvorgang entnommenen Kraftfstoff­ menge ermittelt. Diese Kraftfstoffmenge bestimmt wesentlich die Amplitude bzw. den Faktor. Die Kraftfstoffmenge kann beispiels­ weise aufgrund der Öffnungsdauer des Einspritzventiles bei dem letzten Einspritzvorgang abgeleitet werden. Es ist auch mög­ lich, den Wert der bei dem letzten Einspritzvorgang angeforder­ ten Kraftfstoffmenge als die Kraftfstoffmenge zu nehmen, die bei dem letzten Einspritzvorgang eingespritzt wurde.

In dem Schritt 106 wird aus der Amplitude und der Phasenlage anhand des Verlaufes der Sinusschwingung der Wert des Druckes ermittel, der zu dem statischen Systemdruck im Hochdruck­ speicher addiert wird. Wenn die Druckschwingung aus einer Überlagerung mehrerer Frequenzen besteht und deswegen in den Schritten 102 und 103 ein normierter Wert der Druckabweichung aus einem Kennfeld ermittelt wurde, wird dieser normierte Wert der Druckabweichung in dem Schritt 106 entsprechend mit dem Faktor mulitpliziert, um den Wert des Druckes zu ermitteln, der zu dem statischen Druck im Hochdruckspeicher addiert wird.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer normierten Druckschwingung in Abhängigkeit von der die Kompressibilität des Kraftstoffes beschreibenden Größe B und der Zeitdifferenz Δt seit Beginn des letzten Einspritzvorganges.

Fig. 3 zeigt beispielhaft die Bestimmung des Wertes des Druc­ kes, um den der Druck im Hochdruckspeicher korrigiert wird. Zunächst wird die Zeitdauer der Druckschwingung bestimmt. Bei­ spielhaft sind hier zwei unterschiedliche normierte Druck­ schwingungen 1 und 2 dargestellt. Die Druckschwingung 1 weist dabei die ermittelte Zeitdauer auf. Weiterhin wird noch die Amplitude der Druckschwingung berücksichtigt bzw. ein Faktor, mit dem der normierte Wert der Druckschwingung multipliziert wird. Die dargestellte Druckschwingung 3 entspricht der Druck­ schwingung 1 unter Beachtung der Amplitude bzw. des Faktors. Der entsprechende Wert auf der Kurve 3 ist also der Wert des Druckes, um den der Druck im Hochdruckspeicher korrigiert werden muß.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bestimmung der Öffnungszeit eines Einspritz­ ventiles einer Hochdruckspeicher-Einspritzanlage, bei dem aus einem Kennfeld anhand der einzuspritzenden Kraftstoff­ menge und des statischen Druckes im Hochdruckspeicher eine Einspritzdauer abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ablesung im Kennfeld der Wert des statischen Druckes im Hochdruckspeicher um einen bestimmten Betrag korrigiert wird (106), der sich
sowohl aus dem Schwingungsverhalten des Kraftstoffes in Abhängigkeit von dessen Kompressibilität,
als auch aus der entnommenen Kraftstoffmenge oder der Ansteuerdauer des Einspritzventils bei wenigstens einem vorausgehenden Einspritzvorgang,
als auch der Zeit zwischen dem wenigstens einen voraus­ gehenden Einspritzvorgang und dem aktuellen Einspritz­ vorgang ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverhalten einer Druck­ schwingung anhand wenigstens einer Größe bestimmt wird, die die Kompressibilität des Kraftstoffes repräsentiert (101).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Größe die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffes, das Elasitizitäts­ modul des Kraftstoffes und/oder die Dichte des Kraftstoffes ist (101).

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Größe anhand des statischen Raildruckes und/oder der Kraftfstofftempera­ tur bestimmt wird (101).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Zeitdauer zwischen dem wenigstens einen vorausgegangenen Einspritzvorgang und dem durchzuführenden Einspritzvorgang die Phasenlage bzw. ein normierter Wert der Druckabweichung zum Zeitpunkt des Beginns des durchzuführenden Einspritzvorganges bestimmt wird (103).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der bei dem wenigstens einen vorhergehenden Einspritzvorgang eingespritzten Kraftstoff­ menge oder der Ansteuerdauer des Einspritzventils die Ampli­ tude der Druckschwingung abgeleitet wird bzw. ein Faktor, mit dem der normierte Wert der Druckabweichung multipliziert wird (105).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei dem wenigstens einen vorhergehenden Einspritzvorgang eingespritzte Kraftstoff­ menge aus der Ansteuerdauer des Ventiles bei dem wenigstens einen vorhergehenden Einspritzvorgang abgeleitet wird (105).

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude bzw. der Faktor anhand wenigstens einer Größe bestimmt wird, die die Kompressibilität des Kraftstoffes repräsentiert (104).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Größe die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffes, das Elasitizitäts­ modul des Kraftstoffes und/oder die Dichte des Kraftstoffes ist (204).

10. Verfahren nach Anspruch 5 sowie einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wert des Druckes ermittelt wird aus der Amplitude und der Phasenlage bzw. dem normier­ ten Wert der Druckabweichung und dem Faktor, wobei dieser Wert zu dem Druck im Hochdruckspeicher zu einem Summendruck addiert wird, und daß die Öffnungszeit des Einspritzventiles aus dem Kennfeld ermittelt wird, wobei dieser Summendruck als Druck im Hochdruckspeicher sowie die angeforderte Kraft­ stoffmenge die Eingangsgrößen bilden (106).