WO2010066675A1 - Verfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine Download PDF

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fuel injection
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Rainer Wilms
Matthias Schumacher
Joerg Kuempel
Matthias Maess
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1402—Adaptive control

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a computer program, an electrical storage medium and a control and regulating device.
  • DE 101 48 218 A1 describes a method for operating a fuel injection system using a quantity control valve.
  • the known quantity control valve is realized as a magnetically actuated by a solenoid solenoid valve with a magnet armature and associated Wegbegrenzungsanellen.
  • the known solenoid valve is open in the energized state of the coil.
  • quantity control valves which are open in the de-energized state of the solenoid. In the latter case, closing the
  • Quantity control valve the solenoid with a constant voltage or a pulsed voltage (pulse width modulation - "PWM") driven, whereby the current in the magnetic coil increases in a characteristic manner. After switching off the voltage, the current again falls in a characteristic manner, whereby the quantity control valve opens.
  • PWM pulse width modulation -
  • Object of the present invention is to provide a method for operating a fuel system of an internal combustion engine, wherein a as quiet as possible operation of the fuel injection system is achieved by simple means.
  • the stop velocity of an actuating element of the electromagnetic actuator is minimized at a stop, whereby the
  • the invention is based on the fact that the current operating variables of the fuel injection system are taken into account in the definition of the drive signal of the electromagnetic actuator.
  • the two parameters belong to the following group: duty cycle during a holding phase or an equivalent size; Duration of a suit pulse or an equivalent size.
  • a kind of noise minimum is sought for a very specific combination of suit pulse duration and duty cycle.
  • PWM pulse width modulation
  • the parameter can also be a continuous current value.
  • a "pull-in pulse” is understood to be a pulse-like energization at the beginning of the drive signal with which the fastest possible build-up of the force acting on a magnet armature of the electromagnetic actuator should be achieved.
  • Harness resistance An important influencing factor on the force generated during activation by the electromagnetic actuating device is inter alia the so-called “harness resistance”. This is the resistance of the leads, for example between the power amplifier and the electromagnetic actuator, and contact resistance Contacts. This electrical resistance can change depending on the temperature, and it is also subject to comparatively large manufacturing tolerances or aging effects. Therefore, is the temperature of the fuel or a component of the fuel injection system or an equivalent size in the adjustment of the
  • the drive signal is optimized in a particularly efficient manner.
  • the voltage of a voltage source for example, a vehicle battery
  • the electromagnetic actuator is at least indirectly connected, or an equivalent size
  • Their consideration also helps in a very efficient way to optimize the drive signal.
  • step c) in a step d), once again in an adaptation method, one of the two parameters which was not adjusted in step c) is successively changed from a starting value to such a final value, at which closing or opening of the quantity control valve is at least indirectly no longer or only just detected, and that thereafter this parameter on the basis of
  • steps c) and d) can be carried out repeatedly in the sense of an iterative method.
  • steps a) to c) or a) to d) can only be carried out if a rotational speed of the internal combustion engine is below a limiting rotational speed.
  • the method according to the invention leads to a comparatively low speed of the actuating element. This could lead to that
  • Actuator may indeed reached the stop with a very low velocity stop, but then rebounds again due to a too low magnetic force. This could lead to an unwanted interruption of fuel production.
  • the invention proposes that the electromagnetic
  • Actuator supplied electrical energy is increased at least approximately at that time, to which the actuating element of the quantity control valve comes into contact with the stop.
  • Figure 1 is a schematic representation of a fuel injection system of a
  • Figure 2 is a partial section through the quantity control valve of Figure 1;
  • FIG 3 is a schematic representation of various functional states of the high-pressure pump and the quantity control valve of Figure 1 with an associated timing diagram;
  • FIG. 4 shows three diagrams, in which a drive voltage, a current supply to a magnet coil, and a stroke of a valve element of the quantity control valve of FIG. 1 are plotted over time
  • FIG. 5 shows a flow chart of a first embodiment of a method for
  • FIG. 6 is a flowchart similar to FIG. 5 of a second embodiment
  • FIG. 7 is a flowchart similar to FIG. 5 of a third embodiment.
  • a fuel injection system bears the reference numeral 10 as a whole. It comprises an electric fuel pump 12, with which fuel is supplied from one
  • Fuel tank 14 is conveyed to a high-pressure pump 16.
  • the high-pressure pump 16 compresses the fuel to a very high pressure and promotes it further into a fuel rail 18.
  • To this several injectors 20 are connected, which inject the fuel in them associated combustion chambers.
  • the pressure in the fuel rail 18 is detected by a pressure sensor 22.
  • the high-pressure pump 16 is a piston pump with a delivery piston 24, which can be offset by a camshaft, not shown, in a reciprocating motion (double arrow 26).
  • the delivery piston 24 defines a delivery chamber 28, which via a quantity control valve 30 with the
  • Outlet of the electric fuel pump 12 can be connected. Via an outlet valve 32, the delivery chamber 28 can also be connected to the fuel rail 18.
  • the quantity control valve 30 comprises an electromagnetic
  • Actuator 34 which operates in the energized state against the force of a spring 36.
  • the mass control valve 30 When de-energized, the mass control valve 30 is open, in the energized state, it has the function of a normal inlet check valve.
  • the exact structure of the quantity control valve 30 is shown in FIG. 2:
  • the quantity control valve 30 comprises a disc-shaped valve element 38, which is acted upon by a valve spring 40 against a valve seat 42.
  • the latter three elements form the above-mentioned inlet check valve.
  • the electromagnetic actuating device 34 comprises a magnetic coil 44 which cooperates with a magnetic armature 46 of an actuating tappet 48.
  • the spring 36 acts on the actuating plunger 48 in the currentless solenoid 44 against the valve element 38 and forces it to its open position.
  • the corresponding end position of the actuating plunger 48 is replaced by a first stop 50 defined.
  • the solenoid is energized, the actuating plunger 48 is moved against the force of the spring 36 away from the valve element 38 against a second stop 52.
  • the high-pressure pump 16 and the quantity control valve 30 operate as follows (see FIG. 3):
  • FIG. 3 at the top, a stroke H of the piston 34 and, below that, an energization I of the magnetic coil 44 are plotted over the time t.
  • the high pressure pump 16 is shown schematically in various operating conditions. During one
  • Fuel rail 18 does not take place.
  • the magnetic coil is energized, whereby the actuating plunger 48 is pulled away on the valve element 38.
  • the actuating plunger 48 comes with the second stop 52 in
  • the time t-i is determined by a control and regulating device 54 ( Figure 1) so that an actual pressure in the fuel rail 18 as closely as possible corresponds to a target pressure.
  • 54 signals supplied by the pressure sensor 22 are processed in the control and regulating device.
  • Pulse width modulation The middle diagram of Figure 4 shows the corresponding coil current I, the height of which results from the duty cycle of the voltage signal U. In the lower diagram of Figure 4, the corresponding stroke H of the actuating plunger 48 is shown over time.
  • the voltage signal U and the coil current I resulting therefrom initially have a so-called "starting pulse" 56.
  • This serves to build up the magnetic force acting on the magnet armature 46 as quickly as possible.
  • the pull-in pulse 56 is followed by a holding phase 58, whose effective drive voltage U is defined by the duty cycle of the pulse-width-modulated voltage signal.
  • the result is a coil current I, which is designated by the reference numeral 60a in FIG.
  • the corresponding lift curve H is designated 62a.
  • the curves 60a and 62a apply to a first cycle of the high-pressure pump 16, wherein a working cycle consists of a suction stroke and a delivery stroke.
  • the duty cycle of the pulse width modulated voltage signal U during the holding phase 58 is set so that a lower effective current I of the solenoid coil 44 results, corresponding to a curve 60b in Figure 4.
  • a lower effective current I of the solenoid coil 44 results, corresponding to a curve 60b in Figure 4.
  • Coil current I continues to drop.
  • a coil current I not shown in FIG. 4, corresponding to a "limit duty cycle”
  • the actuation tappet 48 is no longer sufficiently moved away from the valve element 38, the quantity control valve 30 therefore remains open. There is thus no promotion of fuel in the fuel rail instead.
  • This leads due to the fuel flow through the injectors 20 from the fuel rail 18 to a strong pressure drop in the fuel rail 18, so a strong and sudden deviation of the actual pressure in the fuel rail 18 from the target pressure, which is detected by the control and regulating device 54.
  • this adaptation method therefore, it is possible to determine that duty cycle at which the quantity control valve 30 no longer or just just opens.
  • This limit duty cycle also referred to as the end value, is used to characterize the efficiency of the electromagnetic actuator 34. Namely, a quantity control valve 30 having a more efficient electromagnetic actuator 34 has a lower end value than a quantity control valve 30 having a more inefficient electromagnetic actuator 34.
  • the suit pulse 56 is adjusted.
  • a temperature of a component of the fuel injection system determined by a sensor (not shown) and a voltage of a voltage source (for example vehicle battery, not shown) to which the electromagnetic actuating device 34 is connected are set to a specific duty cycle (" Standard-
  • Stop speed of the actuating plunger 48 on the second stop 52 is minimal.
  • a pull-in pulse 56 is adjusted as a function of a temperature T, a voltage U 6 a voltage source, and the determined in 64 duty cycle TV, the supply voltage U 6 of the voltage source and the temperature T in FIG. 70.
  • Duration dt A of the pull-in pulse 56 is then performed in 72 a second adaptation of the duty cycle TV, monitoring the system pressure P r provided in FIG.
  • the procedure for this adaptation in FIG. 72 is the same as described in FIG. 64 and above in connection with FIG. 4.
  • that parameter of the drive signal U or I is adapted, which was not adapted in the preceding adaptation step 68, but served there as the input variable.
  • the input and output variables of the two function blocks 68 and 72 are reversed.
  • the duty cycle TV in the hold phase 58 is adjusted taking into account the temperature T and the supply voltage U 6 , and that this adjusted duty cycle TV is then fed into the adaptation block 72, in which the duration dt A of the pull-in pulse 56 is adapted.
  • the adaptation block 72 in which the duration dt A of the pull-in pulse 56 is adapted.
  • the duration dt A of the suit pulse 56 from a starting value successively, ie from a work cycle to a subsequent work cycle, changed to such a final value, in which closing the quantity control valve 30 by monitoring the pressure P r in the fuel rail in block 66 no longer detected becomes.
  • Tightening pulse 56 set, for example, from the final value plus a safety margin.
  • the actuating signal U of the electromagnetic actuating device is defined such that a minimal noise when the magnet armature 46 is attracted and the actuating stop 48 abuts against the second stop 52 is reached.
  • FIG. 7 shows yet another alternative embodiment. This differs from the embodiments of FIGS. 5 and 6 in that the steps
  • an adaptation of the duration of the suit pulse 56 is also possible. You can calculate from previous adaptation results and / or known map data.
  • the method steps described above in connection with FIGS. 5 to 7 are implemented in the control and regulating device 54 such that they are not performed above a specific rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine or a drive shaft of the high-pressure pump 16.
  • the said method steps are carried out only in such an operation of the internal combustion engine, in which the speed is relatively low, for example, is in the range of idling.

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Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine fördert Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe (16) in ein Kraftstoffrail (18). Die Menge des geförderten Kraftstoffs wird durch ein von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (34) betätigten Mengensteuerventil (30) beeinflusst. Ein der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (34) zugeführtes Ansteuersignal ist durch mindestens zwei Parameter definiert. Es wird vorgeschlagen, dass a) in einem Adaptionsverfahren mindestens ein erster Parameter des der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (34) zugeführten Ansteuersignals bei festgelegtem zweiten Parameter von einem Startwert sukzessive bis zu einem Endwert verändert wird, bei dem ein Schließen beziehungsweise Öffnen des Mengensteuerventils (30) wenigstens mittelbar nicht mehr beziehungsweise gerade erst detektiert wird, dass b) danach der erste Parameter auf der Basis des Endwerts mindestens vorläufig festgelegt wird und dass c) der vorläufig festgelegte erste Parameter auf der Basis von mindestens einer aktuellen Betriebsgröße des Kraftstoffeinspritzsystems(10) oder der zweite Parameter auf der Basis von mindestens einer aktuellen Betriebsgröße des Kraftstoffeinspritzsystems (10) und des vorläufig festgelegten ersten Parameters angepasst wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff Systems einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung sind ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium sowie eine Steuer- und Regeleinrichtung.
Die DE 101 48 218 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Nutzung eines Mengensteuerventils. Das bekannte Mengensteuerventil ist als ein durch eine Magnetspule elektromagnetisch betätigtes Magnetventil mit einem Magnetanker und zugeordneten Wegbegrenzungsanschlägen realisiert. Das bekannte Magnetventil ist im bestromten Zustand der Spule offen. Vom Markt her bekannt sind jedoch auch solche Mengensteuerventile, welche im stromlosen Zustand der Magnetspule offen sind. Im letzten Fall wird zum Schließen des
Mengensteuerventils die Magnetspule mit einer konstanten Spannung oder einer getakteten Spannung (Pulsweitenmodulation - "PWM") angesteuert, wodurch der Strom in der Magnetspule in charakteristischer weise ansteigt. Nach dem Abschalten der Spannung fällt der Strom wiederum in charakteristischer Weise ab, wodurch das Mengensteuerventil öffnet.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei dem ein möglichst geräuscharmer Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems mit einfachen Mitteln erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in
Unteransprüchen angegeben. Weitere Lösungsmöglichkeiten sind darüber hinaus in den nebengeordneten Patentansprüchen genannt. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei diese Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anschlaggeschwindigkeit eines Betätigungselements der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung an einem Anschlag minimiert, wodurch das
Betriebsgeräusch des Mengensteuerventils reduziert wird. Basis hierfür ist zum Einen eine Adaption, mit der ein Parameter eines Ansteuersignals der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung so optimiert wird, dass das Betätigungselement der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bei einer Bestromung gerade noch in seine Endstellung bewegt wird, dies jedoch mit äußerst geringer Geschwindigkeit. Letztlich wird durch diese Adaption berücksichtigt, dass es elektromagnetische Betätigungseinrichtungen mit unterschiedlicher Effizienz gibt, nämlich schnell anziehende, das heißt effiziente als auch langsam anziehende, ineffiziente Systeme. Auch Toleranzabweichungen von einem Mengensteuerventil zum anderen können auf diese Weise berücksichtigt werden.
Zum Anderen basiert die Erfindung darauf, dass die aktuellen Betriebsgrößen des Kraftstoffeinspritzsystems bei der Definition des Ansteuersignals der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung berücksichtigt werden. Auf diese
Weise wird gewährleistet, dass in ganz unterschiedlichen Betriebssituationen mit entsprechend unterschiedlichen Betriebsgrößen des Kraftstoffeinspritzsystems ein Ansteuersignal eingesetzt wird, welches eine möglichst geringe Anschlaggeschwindigkeit des Betätigungselements am Anschlag zur Folge hat. Neben einer Reduzierung der Geräuschemissionen wird auch die Streuung des Geräusches, gemessen über einen gegebenen Stichprobenumfang, minimiert. Die Einhaltung von spezifizierten Geräuschobergrenzen ist daher noch zuverlässiger möglich, das Risiko von Beanstandungen einzelner Hochdruckpumpen beziehungsweise Mengensteuerventile wird reduziert. Durch die Reduzierung der Anschlaggeschwindigkeit wird auch die Belastung von Anschlägen, die einem Betätigungselement der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zugeordnet sind, gesenkt. Dadurch sinkt das entsprechende Lastkollektiv, und die Verschleiß- und Festigkeitsanforderungen an die mechanischen Teile des Mengensteuerventils nehmen ab. Auch das
Risiko von verschleißbedingten Ausfällen nimmt ab. Durch das Adaptionsverfahren können darüber die besagten Vorteile über die gesamte Lebensdauer des Mengensteuerventils erzielt werden. Die Vorteile können dabei ohne wesentliche Zusatzkosten erreicht werden, da die Erfindung durch einfache softwaretechnische Maßnahmen realisiert werden kann, ohne dass zusätzliche
Bauteile erforderlich sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Parameter zu der folgenden Gruppe gehören: Tastverhältnis während einer Haltephase oder eine äquivalente Größe; Dauer eines Anzugsimpulses oder eine äquivalente Größe. Es wird letztlich also eine Art Geräuschminimum für eine ganz bestimmte Kombination aus Anzugsimpulsdauer und Tastverhältnis gesucht. Viele der heute üblichen elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen arbeiten mit Pulsweitenmodulation (PWM), bei der die der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zugeführte Energie durch ein Tastverhältnis eingestellt wird. Bei einer stromgeregelten Endstufe kann der Parameter aber auch ein kontinuierlicher Stromwert sein. Unter einem "Anzugsimpuls" versteht man eine impulsartige Bestromung zu Beginn des Ansteuersignals, mit der ein möglichst schneller Aufbau der auf einen Magnetanker der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung wirkenden Kraft erreicht werden soll.
Eine wichtige Einflussgröße auf die bei einer Ansteuerung von der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung erzeugte Kraft ist unter anderem der sogenannte "Kabelbaumwiderstand". Hierbei handelt es sich um den Widerstand der Zuleitungen beispielsweise zwischen der Endstufe und der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, und um Übergangswiderstände an Kontakten. Dieser elektrische Widerstand kann sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändern, und er ist darüber hinaus mit vergleichsweise großen Fertigungstoleranzen beziehungsweise Alterungseffekten behaftet. Wird daher die Temperatur des Kraftstoffes oder einer Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems oder eine äquivalente Größe bei der Anpassung der
Parameter berücksichtigt, wird das Ansteuersignal auf besonders effiziente Art und Weise optimiert. Auch die Spannung einer Spannungsquelle (beispielsweise einer Fahrzeugbatterie), an die die elektromagnetische Betätigungseinrichtung mindestens mittelbar angeschlossen ist, oder eine äquivalente Größe, hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Kraft, die auf das Betätigungselement der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ausgeübt wird, und somit auf dessen Geschwindigkeit. Auch deren Berücksichtigung hilft daher auf sehr effiziente Weise, das Ansteuersignal zu optimieren.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn nach Schritt c) in einem Schritt d) nochmals in einem Adaptionsverfahren jener der beiden Parameter, der im Schritt c) nicht angepasst wurde, von einem Startwert sukzessive bis zu einem solchen Endwert verändert wird, bei dem ein Schließen beziehungsweise Öffnen des Mengensteuerventils wenigstens mittelbar nicht mehr beziehungsweise gerade erst detektiert wird, und dass danach dieser Parameter auf der Basis des
Endwerts festgelegt wird. Erfindungsgemäß wird also eine zweite Adaption durchgeführt. Dieses Verfahren bietet also ein besonders gutes Ergebnis und stellt sicher, dass die Geschwindigkeit des Betätigungselements am Anschlag auch wirklich über die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung minimal ist.
Zur Erzielung eines nochmals besseren Verfahrensergebnisses können die Schritte c) und d) wiederholt im Sinne eines iterativen Verfahrens durchgeführt werden.
Um Rechenkapazität zu sparen, können die Schritte a) bis c) beziehungsweise a) bis d) nur durchgeführt werden, wenn eine Drehzahl der Brennkraftmaschine unterhalb einer Grenzdrehzahl liegt. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die eingangs erwähnte Geräuschproblematik im Allgemeinen nur bei Leerlauf und wenig darüber liegenden Drehzahlen einer Brennkraftmaschine vorliegt, da nur in diesem Drehzahlbereich das Betriebsgeräusch der
Brennkraftmaschine so niedrig ist, dass die Anschlaggeräusche des Betätigungselements der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung überhaupt eine Rolle spielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer vergleichsweise geringen Geschwindigkeit des Betätigungselements. Dies könnte dazu führen, dass das
Betätigungselement unter Umständen zwar den Anschlag mit einer sehr geringen Anschlaggeschwindigkeit erreicht, jedoch anschließend aufgrund einer zu geringen Magnetkraft wieder zurückprellt. Dies könnte zu einer unerwünschten Unterbrechung der Kraftstoffförderung führen. Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die der elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung zugeführte elektrische Energie mindestens in etwa zu jenem Zeitpunkt erhöht wird, zu dem das Betätigungselement des Mengensteuerventils an dem Anschlag in Anlage kommt.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer
Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe und einem Mengensteuerventil;
Figur 2 einen teilweisen Schnitt durch das Mengensteuerventil von Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Darstellung verschiedener Funktionszustände der Hochdruckpumpe und des Mengensteuerventils von Figur 1 mit einem zugehörigen Zeitdiagramm;
Figur 4 drei Diagramme, in denen eine Ansteuerspannung, eine Bestromung einer Magnetspule, und ein Hub eines Ventilelements des Mengensteuerventils von Figur 1 über der Zeit aufgetragen sind, bei
Durchführung eines Verfahrens zur Optimierung des Ansteuersignals;
Figur 5 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum
Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems von Figur 1 ;
Figur 6 ein Flussdiagramm ähnlich Figur 5 einer zweiten Ausführungsform; Figur 7 ein Flussdiagramm ähnlich Figur 5 einer dritten Ausführungsform.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst eine elektrische Kraftstoffpumpe 12, mit der Kraftstoff aus einem
Kraftstofftank 14 zu einer Hochdruckpumpe 16 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 16 verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn weiter in ein Kraftstoffrail 18. An dieses sind mehrere Injektoren 20 angeschlossen, die den Kraftstoff in ihnen zugeordnete Brennräume einspritzen. Der Druck im Kraftstoffrail 18 wird von einem Drucksensor 22 erfasst.
Bei der Hochdruckpumpe 16 handelt es sich um eine Kolbenpumpe mit einem Förderkolben 24, der von einer nicht gezeigten Nockenwelle in eine Hin- und Herbewegung (Doppelpfeil 26) versetzt werden kann. Der Förderkolben 24 begrenzt einen Förderraum 28, der über ein Mengensteuerventil 30 mit dem
Auslass der elektrischen Kraftstoffpumpe 12 verbunden werden kann. Über ein Auslassventil 32 kann der Förderraum 28 ferner mit dem Kraftstoffrail 18 verbunden werden.
Das Mengensteuerventil 30 umfasst eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung 34, die im bestromten Zustand gegen die Kraft einer Feder 36 arbeitet. Im stromlosen Zustand ist das Mengensteuerventil 30 offen, im bestromten Zustand hat es die Funktion eines normalen Einlass- Rückschlagventils. Der genaue Aufbau des Mengensteuerventils 30 geht aus Figur 2 hervor:
Das Mengensteuerventil 30 umfasst ein scheibenförmiges Ventilelement 38, welches von einer Ventilfeder 40 gegen einen Ventilsitz 42 beaufschlagt wird. Die letztgenannten drei Elemente bilden das oben erwähnte Einlass- Rückschlagventil.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 34 umfasst eine Magnetspule 44, die mit einem Magnetanker 46 eines Betätigungsstößels 48 zusammenarbeitet. Die Feder 36 beaufschlagt den Betätigungsstößel 48 bei stromloser Magnetspule 44 gegen das Ventilelement 38 und zwingt dieses in seine geöffnete Stellung.
Die entsprechende Endstellung des Betätigungsstößels 48 wird durch einen ersten Anschlag 50 definiert. Bei bestromter Magnetspule wird der Betätigungsstößel 48 gegen die Kraft der Feder 36 vom Ventilelement 38 weg gegen einen zweiten Anschlag 52 bewegt.
Die Hochdruckpumpe 16 und das Mengensteuerventil 30 arbeiten folgendermaßen (siehe Figur 3):
In Figur 3 ist oben ein Hub H des Kolbens 34 und darunter eine Bestromung I der Magnetspule 44 über der Zeit t aufgetragen. Außerdem ist die Hochdruckpumpe 16 in verschiedenen Betriebszuständen schematisch gezeigt. Während eines
Saughubs (linke Darstellung in Figur 3) ist die Magnetspule 44 stromlos, wodurch der Betätigungsstößel 48 durch die Feder 36 gegen das Ventilelement 38 gedrückt und dieses in seine geöffnete Stellung bewegt wird. Auf diese Weise kann Kraftstoff von der elektrischen Kraftstoffpumpe 12 in den Förderraum 28 strömen. Nach dem Erreichen des unteren Totpunktes UT beginnt der Förderhub des Förderkolbens 24. Dies ist in Figur 2 in der Mitte dargestellt. Die Magnetspule 44 ist weiter stromlos, wodurch das Mengensteuerventil 30 weiterhin zwangsweise geöffnet ist. Der Kraftstoff wird vom Förderkolben 24 über das geöffnete Mengensteuerventil 30 zur elektrischen Kraftstoffpumpe 12 hin ausgestoßen. Das Auslassventil 32 bleibt geschlossen. Eine Förderung in das
Kraftstoffrail 18 findet nicht statt.
Zu einem Zeitpunkt ti wird die Magnetspule bestromt, wodurch der Betätigungsstößel 48 am Ventilelement 38 weggezogen wird. Am Ende der Bewegung kommt der Betätigungsstößel 48 mit dem zweiten Anschlag 52 in
Anlage (Figur 2). Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in Figur 3 der Verlauf der Bestromung der Magnetspule 44 nur schematisch dargestellt ist. Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, ist der tatsächliche Spulenstrom nicht konstant, sondern aufgrund von Gegeninduktionseffekten unter Umständen abfallend. Bei einer pulsweitenmodulierten Ansteuerspannung ist darüber hinaus der Spulenstrom wellen- beziehungsweise zackenförmig.
Aufgrund des Drucks im Förderraum 28 legt sich das Ventilelement 38 an den Ventilsitz 42 an, das Mengensteuerventil 30 ist also geschlossen. Nun kann sich im Förderraum 28 ein Druck aufbauen, der zu einem Öffnen des Auslassventils
32 und zu einer Förderung in das Kraftstoffrail 18 führt. Dieser Vorgang ist in Figur 3 ganz rechts dargestellt. Kurz nach dem Erreichen des oberen Totpunktes OT des Förderkolbens 24 wird die Bestromung der Magnetspule 44 beendet, wodurch das Mengensteuerventil 30 wieder in seine zwangsweise geöffnete Position gelangt. Durch eine Variation des Zeitpunktes t-i wird die von der Hochdruckpumpe 16 zum Kraftstoffrail 18 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst.
Der Zeitpunkt t-i wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 54 (Figur 1 ) so festgelegt, dass ein Istdruck im Kraftstoffrail 18 möglichst genau einem Solldruck entspricht. Hierzu werden in der Steuer- und Regeleinrichtung 54 vom Drucksensor 22 gelieferte Signale verarbeitet.
Um das Anschlaggeräusch des Betätigungsstößels 48 dann, wenn dieser bei einer Bestromung am zweiten Anschlag 52 anschlägt, zu reduzieren, wird vorliegend ein Verfahren angewendet, mit dem die Geschwindigkeit, mit der sich der Betätigungsstößel 48 gegen den zweiten Anschlag 52 bewegt, möglichst gering gehalten wird. Zu diesem Verfahren gehört zunächst ein erstes
Adaptionsverfahren, welches nun unter Bezugnahme auf Figur 4 erläutert wird:
In Figur 4 ist im oberen Diagramm der Verlauf einer Ansteuerspannung U über der Zeit t aufgetragen, die an der Magnetspule 44 angelegt wird. Man erkennt, dass diese Ansteuerspannung U getaktet ist im Sinne einer
Pulsweitenmodulation. Das mittlere Diagramm von Figur 4 zeigt den entsprechenden Spulenstrom I, dessen Höhe sich aus dem Tastverhältnis des Spannungssignals U ergibt. Im unteren Diagramm von Figur 4 ist der entsprechende Hub H des Betätigungsstößels 48 über der Zeit dargestellt.
Man erkennt aus Figur 4, dass das Spannungssignal U und der sich hieraus ergebende Spulenstrom I zunächst einen sogenannten "Anzugsimpuls" 56 aufweist. Dieser dient dazu, die auf den Magnetanker 46 wirkende Magnetkraft möglichst schnell aufzubauen. An den Anzugsimpuls 56 schließt sich eine Haltephase 58 an, deren effektive Ansteuerspannung U durch das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Spannungssignals definiert wird. Entsprechend ergibt sich ein Spulenstrom I, der in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 60a bezeichnet ist. Die entsprechende Hubkurve H ist mit 62a bezeichnet. Man erkennt, dass aufgrund der Bewegung des Betätigungsstößels 48 und des mit diesem gekoppelten Magnetankers 46 in der Magnetspule 44 eine Gegeninduktion erzeugt wird, die vorliegend zu einer Reduzierung des effektiven Spulenstroms I führt. Die Kurven 60a und 62a gelten für ein erstes Arbeitsspiel der Hochdruckpumpe 16, wobei ein Arbeitsspiel aus einem Saughub und einem Förderhub besteht.
Bei einem nachfolgenden Arbeitsspiel wird das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Spannungssignals U während der Haltephase 58 so eingestellt, dass sich eine niedrigere effektive Bestromung I der Magnetspule 44 ergibt, entsprechend einer Kurve 60b in Figur 4. In der Folge ergibt sich eine verzögerte Bewegung des Betätigungsstößels 48, entsprechend der Kurve 62b. Das Tastverhältnis wird nun sukzessive weiter verändert, so dass der effektive
Spulenstrom I weiter sinkt. Bei einem in Figur 4 nicht gezeigten Spulenstrom I, entsprechend einem "Grenz-Tastverhältnis", wird der Betätigungsstößel 48 nicht mehr ausreichend vom Ventilelement 38 wegbewegt, das Mengensteuerventil 30 bleibt also geöffnet. Es findet somit keine Förderung von Kraftstoff in das Kraftstoffrail statt. Dies wiederum führt aufgrund des Kraftstoffabflusses mittels der Injektoren 20 aus dem Kraftstoffrail 18 zu einem starken Druckabfall im Kraftstoffrail 18, also zu einer starken und plötzlichen Abweichung des Istdrucks im Kraftstoffrail 18 vom Solldruck, was vom Steuer- und Regelgerät 54 erkannt wird. Mit diesem Adaptionsverfahren kann also jenes Tastverhältnis ermittelt werden, bei dem das Mengensteuerventil 30 gerade nicht mehr beziehungsweise gerade noch öffnet.
Dieses auch als Endwert bezeichnete Grenz-Tastverhältnis wird zur Charakterisierung der Effizienz der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 34 verwendet. Ein Mengensteuerventil 30 mit einer effizienteren elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 34 weist nämlich einen niedrigeren Endwert auf als ein Mengensteuerventil 30 mit einer ineffizienteren elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 34.
Nun wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Anzugsimpuls 56 angepasst.
Hierzu wird eine durch einen (nicht gezeigten) Sensor ermittelte Temperatur einer Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems sowie eine Spannung einer Spannungsquelle (beispielsweise Fahrzeugbatterie, nicht dargestellt), an die die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 34 angeschlossen ist, in ein für einen bestimmten Endwert des vorher bestimmten Tastverhältnisses ("Norm-
Taktverhältnis") geltenden Kennfeld eingespeist. Es ergibt sich eine Dauer des Anzugsimpulses 56 für dieses spezifische Tastverhältnis. Weicht der Endwert des in der ersten Adaption ermittelten Tastverhältnisses von dem Norm- Tastverhältnis ab, wird dies durch einen entsprechenden Korrekturfaktor berücksichtigt. Auf diese Weise erhält man eine angepasste Dauer des Anzugsimpulses 56. Dies ist in Figur 4 im oberen Diagramm durch einen gestrichelten Verlauf des Spannungssignals U dargestellt, in dem mittleren Diagramm von Figur 4 durch einen Spulenstrom I mit dem Bezugszeichen 60c. Es ergibt sich eine entsprechende Hubkurve 62c. Durch das vorgestellte Verfahren werden also sowohl die Länge des Anzugsimpulses 56 als auch das Tastverhältnis während der Haltephase 58 so optimiert, dass die
Anschlaggeschwindigkeit des Betätigungsstößels 48 am zweiten Anschlag 52 minimal ist.
Zur weiteren Optimierung wird bei dem hier vorgestellten Verfahren nochmals, also nunmehr auf der Basis der angepassten Dauer des Anzugsimpulses 56, das oben erwähnte und beschriebene Adaptionsverfahren zur Optimierung des Tastverhältnisses während der Haltephase 58 durchgeführt. Das soeben beschriebene Verfahren ist als Flussdiagramm in Figur 5 gezeigt.
Danach wird zunächst in 64 das erste Adaptionsverfahren durchgeführt unter
Überwachung des Istdrucks Pr im Kraftstoffrail 18 im Block 66. Dann wird in 68 die Dauer dtA Anzugsimpulses 56 als Funktion einer Temperatur T, einer Spannung U6 einer Spannungsquelle, und des in 64 ermittelten Tastverhältnisses TV angepasst, wobei die Versorgungsspannung U6 der Spannungsquelle und die Temperatur T in 70 bereitgestellt werden. Unter Verwendung der so erhaltenen
Dauer dtA des Anzugsimpulses 56 wird nun in 72 eine zweite Adaption des Tastverhältnisses TV durchgeführt, unter Überwachung des in 66 bereitgestellten Systemdrucks Pr. Die Vorgehensweise bei dieser Adaption in 72 ist die gleiche wie in 64 beziehungsweise weiter oben im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben. In 72 wird also jener Parameter des Ansteuersignals U beziehungsweise I adaptiert, der in dem vorhergehenden Anpassungsschritt 68 nicht angepasst wurde, sondern dort als Eingangsgröße diente. In 74 erhält man eine unter den gegebenen Randbedingungen minimale Anschlaggeschwindigkeit. Eine alternative Ausführungsform eines Verfahrens zur Optimierung der Parameter des Ansteuersignals U beziehungsweise I der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 34 wird nun unter Bezugnahme auf Figur 6 erläutert. Dabei gilt hier wie nachfolgend, dass solche Elemente, Bereiche und Funktionsblöcken, die äquivalente Funktionen aufweisen zu Elementen,
Bereichen und Funktionsblöcken, die bereits in Zusammenhang mit vorhergehenden Figuren erläutert wurden, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail beschrieben sind.
Bei dem in Figur 6 gezeigten Verfahren sind die Eingangs- und Ausgangsgrößen der beiden Funktionsblöcke 68 und 72 vertauscht. Dies bedeutet, dass im Block 68 das Tastverhältnis TV in der Haltephase 58 unter Berücksichtigung der Temperatur T und der Versorgungsspannung U6 angepasst wird, und dass dieses angepasste Tastverhältnis TV dann in den Adaptionsblock 72 eingespeist wird, in dem die Dauer dtA des Anzugsimpulses 56 adaptiert wird. Hierzu wird die
Dauer dtA des Anzugsimpulses 56 von einem Startwert sukzessive, also von einem Arbeitsspiel zu einem danach stattfindenden Arbeitsspiel, bis zu einem solchen Endwert verändert, bei dem ein Schließen des Mengensteuerventils 30 durch die Überwachung des Drucks Pr im Kraftstoffrail im Block 66 nicht mehr detektiert wird. Auf der Basis dieses Endwerts wird dann die Dauer dtA des
Anzugsimpulses 56 festgelegt, beispielsweise aus dem Endwert zuzüglich eines Sicherheitsabstandes. Mit dem in 68 angepassten Tastverhältnis TV und der in 72 adaptierten Dauer dtA des Anzugsimpulses 56 ist das Ansteuersignal U der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung so definiert, dass ein minimales Geräusch beim Anziehen des Magnetankers 46 und dem sich hieraus ergebenden Anschlagen des Betätigungsstößels 48 am zweiten Anschlag 52 erreicht wird.
Eine nochmals alternative Ausführungsform zeigt Figur 7. Diese unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Figuren 5 und 6 dadurch, dass die Schritte
68 und 72 mehrfach abwechselnd im Sinne eines iterativen Verfahrens durchgeführt werden. Eine Anpassung in einem Block 68, mit i=1 , 2, 3, ... wird also immer im Wechsel mit einer Adaption 72, mit i= 1 , 2, 3, ... durchgeführt. Wird in 68, die Dauer des Anzugsimpuls 56 angepasst, erfolgt in 72, eine Adaption des Tastverhältnisses. Wird dagegen in 68, das Tastverhältnis angepasst, erfolgt in
72, eine Adaption der Dauer des Anzugsimpulses 56. Die Iteration kann beendet werden, wenn die Änderungen des Tastverhältnisses beziehungsweise der Dauer des Anzugsimpulses 56 ein bestimmtes Maß unterschreiten. Auch andere Konvergenzkriterien kommen in Frage. Sie können sich aus vorangegangenen Adaptionsergebnissen und/oder bekannten Kennfelddaten berechnen.
Die oben im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 7 beschriebenen Verfahrensschritte sind in der Steuer- und Regeleinrichtung 54 so implementiert, dass sie oberhalb einer bestimmten Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder einer Antriebswelle der Hochdruckpumpe 16 nicht durchgeführt werden. Vorteilhafterweise werden die besagten Verfahrensschritte nur in einem solchen Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt, bei dem die Drehzahl vergleichsweise niedrig ist, beispielweise im Bereich des Leerlaufs liegt.
Durch die oben genannten Adaptionen in 64 und 72 werden vergleichsweise geringe Tastverhältnisse während der Haltephase 58 realisiert. Dies könnte ohne Gegenmaßnahmen dazu führen, dass der Betätigungsstößel 48 zwar an dem zweiten Anschlag 52 in Anlage kommt, dies jedoch mit einer so geringen Geschwindigkeit, dass er wegen der sehr geringen Magnetkraft wieder zurückprellt. In einem solchen Fall würde das Mengensteuerventil 30 nicht schließen, die Hochdruckpumpe 16 würde also nicht fördern. Um diesen Fehlerfall zu vermeiden, wird bei dem vorliegenden Verfahren das Tastverhältnis während der Haltephase 58 zu einem vorab berechneten Zeitpunkt des Kontakts des Betätigungsstößels 48 mit dem zweiten Anschlag 52 (Zeitpunkt t2 in Figur 4) erhöht, wodurch die auf den Magnetanker 46 wirkende Kraft verstärkt und ein
Wiederabheben des Betätigungsstößels 48 vom zweiten Anschlag 52 verhindert wird. Das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Spannungssignals U wird also während der Haltephase 58 umgeschaltet.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (10) einer Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe (16) in ein Kraftstoffrail (18) gefördert wird, und bei dem die Menge des geförderten Kraftstoffs durch ein von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung
(34) betätigtes Mengensteuerventil (30) beeinflusst wird, wobei ein der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (34) zugeführtes Ansteuersignal durch mindestens zwei Parameter definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. in einem Adaptionsverfahren mindestens ein erster Parameter des der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (34) zugeführten Ansteuersignals bei festgelegtem zweiten Parameter von einem Startwert sukzessive bis zu einem solchen Endwert verändert wird, bei dem ein Schließen bzw. Öffnen des Mengensteuerventils (30) wenigstens mittelbar nicht mehr bzw. gerade erst detektiert wird, dass b. danach der erste Parameter auf der Basis des Endwerts mindestens vorläufig festgelegt wird, und dass c. der vorläufig festgelegte erste Parameter auf der Basis von mindestens einer aktuellen Betriebsgröße des Kraftstoffeinspritzsystems (10) oder der zweite Parameter auf der Basis von mindestens einer aktuellen
Betriebsgröße des Kraftstoffeinspritzsystems (10) und des vorläufig festgelegten ersten Parameters angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Parameter zu der folgenden Gruppe gehören: Tastverhältnis während einer
Haltephase oder eine äquivalente Größe; Dauer eines Anzugsimpulses oder eine äquivalente Größe.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Betriebsgröße(n) zu der folgenden Gruppe gehört bzw. gehören: Temperatur des Kraftstoffs oder einer Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems (10) oder eine äquivalente Größe; Spannung einer Spannungsquelle, an die die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (34) mindestens mittelbar angeschlossen ist, oder eine äquivalente Größe.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt c) in einem Schritt d) nochmals in einem Adaptionsverfahren jener der beiden Parameter, der im Schritt c) nicht angepasst wurde, von einem Startwert sukzessive bis zu einem solchen Endwert verändert wird, bei dem ein Schließen bzw. Öffnen des Mengensteuerventils (30) wenigstens mittelbar nicht mehr bzw. gerade erst detektiert wird, und dass danach dieser Parameter auf der Basis des Endwerts festgelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dass die Schritte c) und d) wiederholt im Sinne eines iterativen Verfahrens durchgeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) bzw. a) bis d) nur durchgeführt werden, wenn eine Drehzahl der Brennkraftmaschine unterhalb einer Grenzdrehzahl liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (34) zugeführte elektrische Energie mindestens in etwa zu jenem Zeitpunkt erhöht wird, zu dem ein Betätigungselement (48) des Mengensteuerventils (30) an einem Anschlag
(52) in Anlage kommt.
8. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
9. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (54) eines Kraftstoffeinspritzsystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 7 abgespeichert ist.
10. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (54) für ein Kraftstoffeinspritzsystem, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 programmiert ist.
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