DE202015002329U1 - Vorrichtung zur variablen Steuerung eines Injektors - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (10, 20–22) zur variablen Steuerung von wenigstens einem Injektor (1) eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: Mittel (11, 12) zum Bestimmen einer Injektortemperatur (TI) für wenigstens einen Injektor (1) des Verbrennungsmotors; und Mittel (14–16), um auf Basis der bestimmten Injektortemperatur (TI) eine Steuerungsausgabe (ET) zur Steuerung von wenigstens einem Injektor (1) des Verbrennungsmotors zu bestimmen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur variablen Steuerung von wenigstens einem Injektor eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer solchen Vorrichtung.
  • Es sind Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren bekannt, die einen oder mehrere variabel gesteuerte Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff umfassen.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistung solcher Kraftfahrzeuge insbesondere beim Kaltstart und/oder Warmlaufen zu verbessern.
  • Dieses Ziel wird insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 erreicht. Anspruch 8 betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, der eine Vorrichtung umfasst, wie sie hier beschrieben wird, die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen. Dieses Ziel wird auch durch ein Verfahren erreicht, das durch eine Vorrichtung ausgeführt wird, wie sie hier beschrieben wird.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, einen Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Injektoren und eine Vorrichtung, um einen oder mehrere der Injektoren variabel, insbesondere einzeln, zu steuern.
  • Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen Dieselmotor bzw. Kompressionszündungsmotor oder um einen Ottomotor bzw. Fremdzündungsmotor handeln.
  • Der Injektor (die Injektoren) kann (können) insbesondere elektrisch betätigt bzw. gesteuert werden, wobei es sich insbesondere um (einen) elektromagnetische(n) Injektor(en) handeln kann. Alternativ dazu kann der Injektor (können die Injektoren) piezobetätigt oder auf andere Weise elektrisch betätigt bzw. gesteuert werden. Alternativ dazu kann der Injektor (können die Injektoren) auch hydraulisch, pneumatisch und/oder mechanisch betätigt bzw. gesteuert werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum variablen Steuern von einem oder mehreren Injektoren den Schritt des Bestimmens einer Injektortemperatur, insbesondere einer Injektortemperatur, die eine Temperatur des Injektors beschreibt bzw. von dieser abhängt, wobei es sich insbesondere um eine Temperatur eines Körpers des Injektors handelt, der ein Gehäuse umfassen und insbesondere sein kann und der insbesondere ein Ventil, eine Nadel und/oder einen Kraftstoffdurchlass für einen oder mehrere der Injektoren umfassen kann, und des Bestimmens einer Steuerungsausgabe zum Steuern von einem oder mehreren der Injektoren, die auf der (den) bestimmten Injektortemperatur(en) basiert bzw. davon abhängt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum variablen Steuern von einem oder mehreren Injektoren des Verbrennungsmotors dafür ausgelegt, ein Verfahren auszuführen, wie es hier beschrieben wird, und/oder sie umfasst:
    • – Mittel zum Bestimmen einer Injektortemperatur, insbesondere einer Injektortemperatur, die eine Temperatur des Injektors beschreibt bzw. von dieser abhängt, wobei es sich insbesondere um eine Temperatur eines Körpers des Injektors handelt, der ein Gehäuse umfassen und insbesondere sein kann und der insbesondere ein Ventil, eine Nadel und/oder einen Kraftstoffdurchlass für einen oder mehrere der Injektoren umfassen kann; und
    • – Mittel zum Bestimmen einer Steuerungsausgabe zum Steuern von einem oder mehreren der Injektoren, die auf der (den) bestimmten Injektortemperatur(en) basiert bzw. davon abhängt.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Berücksichtigung einer Injektortemperatur, insbesondere einer Injektorkörpertemperatur, bei der variablen Steuerung eines Injektors auf vorteilhafte Weise die Genauigkeit der Einspritzung erhöhen, insbesondere beim Kaltstart und/oder Warmlaufen des Kraftfahrzeugs, wodurch auf vorteilhafte Weise Verbesserungen beim Kraftstoffverbrauch und/oder bei den Emissionen erzielt werden können. Es hat sich auf überraschende Weise herausgestellt, dass die Temperatur eines Injektors, insbesondere eine Injektorkörpertemperatur, einen erheblichen Einfluss auf die Einspritzung, insbesondere die Einspritzmenge, haben kann. Der Grund dafür kann insbesondere im Leckverlust und/oder in der Reibung liegen, die von dieser Temperatur abhängen.
  • Gemäß einer Ausführungsform steuert die Vorrichtung einen oder mehrere Injektoren auf Basis ihrer jeweiligen oder individuellen (individuell bestimmten) Injektortemperaturen, bzw. sie ist dafür ausgelegt. Dies führt auf vorteilhafte Weise zu einer weiteren Verbesserung der Steuerung, insbesondere der Genauigkeit der Einspritzung. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Vorrichtung einen oder mehrere Injektoren auf Basis der gleichen Injektortemperatur steuern, die für einen dieser Injektoren oder einen anderen Injektor bestimmt wurde, bzw. sie ist dafür ausgelegt. Dies führt auf vorteilhafte Weise zu einer reibungsloseren Steuerung.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Injektortemperatur direkt oder indirekt gemessen werden, insbesondere durch einen Temperatursensor oder dergleichen. Dies führt auf vorteilhafte Weise zu einer weiteren Verbesserung der Steuerung, insbesondere der Genauigkeit der Einspritzung.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann gemäß einer Ausführungsform eine Injektortemperatur auf Basis einer bestimmten Zylinderkopftemperatur, einer bestimmten Kühlfluidtemperatur und/oder einer bestimmten Kraftstofftemperatur ermittelt werden. Daher können die Mittel zum Bestimmen einer Injektortemperatur Mittel umfassen, um die Injektortemperatur auf Basis einer bestimmten Zylinderkopftemperatur, einer bestimmten Kühlfluidtemperatur und/oder einer bestimmten Kraftstofftemperatur zu ermitteln.
  • Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere eine Zylinderkopftemperatur und/oder eine Kühlfluidtemperatur entscheidend für eine Temperatur eines Injektorsitzes sein können. Daher können die Mittel zum Ermitteln einer Injektortemperatur eine Injektorsitztemperatur TS auf Basis der Zylinderkopftemperatur TM und/oder einer Kühlfluidtemperatur TW ermitteln, bzw. sie können dafür ausgelegt sein, wobei dies insbesondere mithilfe einer Formel der Form TS = TM – k1·|TM – TW| mit einer Konstante k1 erfolgt.
  • Es hat sich ferner herausgestellt, dass insbesondere die Injektorsitztemperatur und/oder eine Temperatur eines Kraftstoffs, der in und/oder durch den Injektor strömt, entscheidend für eine Temperatur des Injektorkörpers sein können. Daher können die Mittel zum Ermitteln einer Injektortemperatur eine Injektorkörpertemperatur TI auf Basis der Injektorsitztemperatur TS und/oder einer Kraftstofftemperatur TF ermitteln, bzw. sie können dafür ausgelegt sein, wobei dies insbesondere mithilfe einer Formel der Form TI = TS – k2·|TS – TF| mit einer Konstante k2 erfolgt.
  • Diese Formeln stellen vereinfachte thermodynamische Modelle dar. Gemäß anderen Ausführungsformen können jeweils andere Modelle, Formeln und/oder Eingabeparameter oder Variablen verwendet werden.
  • Die Zylinderkopftemperatur, die Kühlfluidtemperatur und/oder die Kraftstofftemperatur können selbst ermittelt und dadurch bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform werden sie insbesondere durch entsprechende Temperatursensoren gemessen und dadurch bestimmt. Daher kann die Vorrichtung Mittel zum Bestimmen, insbesondere Messen, der Zylinderkopftemperatur, Mittel zum Bestimmen, insbesondere Messen, der Kühlfluidtemperatur und/oder Mittel zum Bestimmen, insbesondere Messen, der bestimmten Kraftstofftemperatur umfassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Mittel zum Bestimmen einer Steuerungsausgabe einen Basis-Steuerungsparameter zum Steuern des Injektors bestimmen, und zwar insbesondere auf Basis einer bestimmten, insbesondere gemessenen, Motordrehzahl und/oder einer bestimmten, insbesondere angeforderten, Kraftstoffmenge, und sie können auf Basis der Injektortemperatur, der Kraftstoffmenge und/oder eines Drucks einen Korrekturparameter bestimmen, um den Basis-Steuerungsparameter in die Steuerungsausgabe umzuwandeln, bzw. sie können dafür ausgelegt sein. Daher können die Mittel zum Bestimmen einer Steuerungsausgabe Folgendes umfassen: Mittel, um insbesondere auf Basis einer bestimmten, insbesondere gemessenen, Motordrehzahl und/oder einer bestimmten, insbesondere angeforderten, Kraftstoffmenge einen Basis-Steuerungsparameter zum Steuern des Injektors zu bestimmen, und Mittel, um auf Basis der Injektortemperatur, der Kraftstoffmenge und/oder eines Drucks einen Korrekturparameter zu bestimmen, um den Basis-Steuerungsparameter in die Steuerungsausgabe umzuwandeln.
  • Die Kraftstoffmenge kann insbesondere eine Kraftstoff- oder Einspritzanforderung sein, die insbesondere auf Basis einer Anforderung seitens des Lenkers oder dergleichen bestimmt wird. Der Druck kann insbesondere ein Kraftstoffleistendruck sein, der auf Basis der Motordrehzahl und/oder der Kraftstoffmenge bestimmt wird.
  • Die Steuerungsausgabe(n) kann (können) insbesondere (eine) Erregungszeit(en) des Injektors (der Injektoren), insbesondere zur Erregung ihrer Elektromagneten, definieren.
  • Die Mittel gemäß der vorliegenden Erfindung können in Form einer Software, insbesondere eines Computerprogramms oder eines Programmmoduls, und/oder in Form einer Hardware, insbesondere einer Prozessoreinheit, ausgeführt sein, die vorzugsweise eine Mikroprozessoreinheit (CPU) umfasst und/oder mit einer Speichervorrichtung und/oder einem Bussystem verbunden ist, wobei ferner ein oder mehrere mit der Prozessoreinheit verbundene Sensoren und/oder Aktuatoren und/oder ein Datenträger vorgesehen sind, der einen Programmcode zum Ausführen dieses Computerprogramms umfasst. Die Prozessoreinheit kann dafür ausgelegt sein, in einer Speichervorrichtung abgelegte Befehle auszuführen, Eingangssignale über ein Datenbussystem zu empfangen und/oder Ausgangssignale an ein Datenbussystem zu senden. Eine Speichervorrichtung kann eine oder mehrere, insbesondere unterschiedliche, Speichermedien umfassen, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und andere, vorzugsweise nicht-flüchtige Medien. Das Computerprogramm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren auszuführen imstande ist, sodass die Prozessoreinheit die hier beschriebenen Schritte ausführt.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen offenbart. Dazu wird in
  • 1 teilweise schematisch ein Teil eines Kraftfahrzeugs dargestellt, das einen Verbrennungsmotor mit Injektoren und eine Vorrichtung zum variablen Steuern der Injektoren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • 1 zeigt einen Teil eines Kraftfahrzeugs, das einen Dieselmotor mit einem Zylinderkopf 2 (nur teilweise dargestellt) umfasst, der Kühlfluiddurchlässe 3 und Injektorsitze aufweist, in dem die Injektoren (Injektorkörper) angeordnet sind, von denen einer in 1 teilweise dargestellt ist und mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird.
  • Das Kraftfahrzeug umfasst ferner ein elektronisches Steuergerät (ECM) 10, das verschiedene Hard- und/oder Softwaremodule 11–16 aufweist, die die unten beschriebenen Schritte ausführen (um die unten beschriebenen Schritte auszuführen).
  • Nun soll die vorliegende Erfindung anhand des Injektors 1 und seiner Steuerung genauer beschrieben werden, wobei diese Beschreibung auf analoge Weise jeweils auch für die nicht dargestellten anderen Injektoren des Verbrennungsmotors und ihre Steuerungen gilt. Bei allen Injektoren handelt es sich um elektromagnetische Injektoren.
  • Das Mittel 14 des ECM 10 bestimmt einen (Kraftstoffleisten)-Druck p auf Basis einer Motordrehzahl n und einer Kraftstoffmenge FuelReq, die eine Kraftstoff- oder Einspritzanforderung definiert, die von dem ECM 10 empfangen wurde oder von dem ECM 10 selbst bestimmt wurde, wobei dies zum Beispiel auf Basis einer Nachschlagtabelle oder dergleichen erfolgt, und übermittelt diesen (Kraftstoffleisten)-Druck p an das Mittel 15.
  • Das Mittel 15 des ECM 10 bestimmt anschließend auf Basis des (Kraftstoffleisten)-Drucks p und der Kraftstoffmenge FuelReq einen Basis-Steuerungsparameter ET0, der eine unkorrigierte Erregungszeit des Injektors 1 definiert, wobei dies zum Beispiel auf Basis einer anderen Nachschlagtabelle oder dergleichen erfolgt, und übermittelt diesen Basis-Steuerungsparameter ET0 an das Mittel 16.
  • Auf diese Weise bilden die Mittel 14, 15 ein zweistufiges Mittel zum Bestimmen des Basis-Steuerungsparameters ET0, um den Injektor 1 auf Basis der bestimmten Motordrehzahl n und der Kraftstoffmenge FuelReq zu steuern.
  • Ein Temperatursensor 20 misst eine Zylinderkopftemperatur TM und übermittelt sie an das Mittel 11 des ECM 10. Ein weiterer Temperatursensor 21 misst eine Kühlfluidtemperatur TW und übermittelt sie ebenfalls an das Mittel 11 des ECM 10.
  • Das Mittel 11 ermittelt eine Injektorsitztemperatur TS auf Basis der Zylinderkopftemperatur TM und der Kühlfluidtemperatur TW, zum Beispiel mithilfe der obigen Formel, und übermittelt sie an das Mittel 12 des ECM 10.
  • Ein weiterer Temperatursensor 22 misst eine Kraftstofftemperatur TF und übermittelt sie ebenfalls an das Mittel 12 des ECM 10.
  • Das Mittel 12 ermittelt eine Injektorkörpertemperatur TI auf Basis der Kraftstofftemperatur TF und der Injektorsitztemperatur TS, zum Beispiel mithilfe der obigen Formel, und übermittelt sie an das Mittel 13 des ECM 10.
  • Auf diese Weise bilden die Mittel 11, 12 ein zweistufiges Mittel zum Bestimmen, insbesondere Ermitteln, der Injektorkörpertemperatur TI für den Injektor 1 auf Basis der gemessenen Zylinderkopftemperatur TM, der gemessenen Kühlfluidtemperatur TW und der gemessenen Kraftstofftemperatur TF.
  • Das Mittel 13 des ECM 10 bestimmt anschließend auf Basis der Injektorkörpertemperatur TI, der Kraftstoffmenge FuelReq und des vom Mittel 14 erhaltenen (Kraftstoffleisten)-Drucks p einen Korrekturparameter ΔET, um den Basis-Steuerungsparameter ET0 in eine Steuerungsausgabe ET umzuwandeln, wobei dies zum Beispiel auf Basis verschiedener Nachschlagtabellen für verschiedene Injektorkörpertemperaturen TI = T1, T2 usw. oder dergleichen erfolgt, und übermittelt den Korrekturparameter ΔET an das Mittel 16.
  • Das Mittel 16 multipliziert den Basis-Steuerungsparameter ET0 mit dem Korrekturparameter ΔET, um eine Steuerungsausgabe ET zu ergeben, die eine um die Injektorkörpertemperatur korrigierte Erregungszeit des Injektors 1 definiert, und übermittelt die Ausgabe ET an den Injektor 1.
  • Auf diese Weise bilden die Mittel 14–16 ein mehrstufiges Mittel, um auf Basis der bestimmten Injektorkörpertemperatur TI die Steuerungsausgabe ET zum Steuern des Injektors 1 zu bestimmen.
  • In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.
    1 Injektor(körper)
    2 Zylinderkopf
    3 Kühlfluidpassage
    10 ECM
    11–16 Mittel des ECM
    20–22 Temperatursensoren
    TF Kraftstofftemperatur
    TM Zylinderkopftemperatur
    TW Kühlfluidtemperatur
    TS Injektorsitztemperatur
    TI Injektor(körper)temperatur
    ET Steuerungsausgabe
    ΔET Korrekturparameter
    ET0 Basis-Steuerungsparameter
    n Motordrehzahl
    FuelReq Kraftstoffmenge
    p (Kraftstoffleisten)-Druck

Claims (8)

  1. Vorrichtung (10, 20–22) zur variablen Steuerung von wenigstens einem Injektor (1) eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: Mittel (11, 12) zum Bestimmen einer Injektortemperatur (TI) für wenigstens einen Injektor (1) des Verbrennungsmotors; und Mittel (14–16), um auf Basis der bestimmten Injektortemperatur (TI) eine Steuerungsausgabe (ET) zur Steuerung von wenigstens einem Injektor (1) des Verbrennungsmotors zu bestimmen.
  2. Vorrichtung (10, 20–22) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Mittel zum Bestimmen einer Injektortemperatur (TI) Mittel (11, 12) umfasst, um die Injektortemperatur (TI) auf Basis einer bestimmten Zylinderkopftemperatur (TM), einer bestimmten Kühlfluidtemperatur (TW) und/oder einer bestimmten Kraftstofftemperatur (TF) zu ermitteln.
  3. Vorrichtung (10, 20–22) nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend Mittel (20) zum Bestimmen, insbesondere Messen, der Zylinderkopftemperatur (TM), Mittel (21) zum Bestimmen, insbesondere Messen, der Kühlfluidtemperatur (TW) und/oder Mittel (22) zum Bestimmen, insbesondere Messen, der bestimmten Kraftstofftemperatur (TF).
  4. Vorrichtung (10, 20–22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zum Bestimmen einer Steuerungsausgabe Mittel (14, 15) umfasst, um insbesondere auf Basis einer bestimmten Motordrehzahl(n) und/oder einer bestimmten Kraftstoffmenge (FuelReq) einen Basis-Steuerungsparameter (ET0) zum Steuern des Injektors (1) zu bestimmen, und Mittel (11–13), um auf Basis der Injektortemperatur (TI), der Kraftstoffmenge (FuelReq) und/oder eines Druck (p) einen Korrekturparameter (ΔET) zu bestimmen, um den Basis-Steuerungsparameter (ET0) in die Steuerungsausgabe (ET) umzuwandeln.
  5. Vorrichtung (10, 20–22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (1) ein elektromagnetischer Injektor ist.
  6. Vorrichtung (10, 20–22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungsausgabe (ET) eine Erregungszeit des Injektors (1) definiert.
  7. Vorrichtung (10, 20–22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist.
  8. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, umfassend einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Injektor und eine Vorrichtung (10, 20–22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur variablen Steuerung des Injektors.
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