WO2011000640A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine Download PDF

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    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an internal combustion engine having at least one injection valve for metering fluid, which comprises an electromagnetic actuator. Furthermore, an output stage unit is designed to generate a current profile for driving the electromagnetic actuator with at least one profile parameter.
  • Internal combustion engines can be operated in different operating modes. For example, a homogeneous air / fuel mixture can be generated with an air
  • the internal combustion engine can also with a
  • Stratified charge of the air / fuel mixture in which a very lean mixture in the combustion chamber is used. can be burned, characterized in that a charge stratification takes place in the vicinity of a Zündaktuators.
  • the metering of fuel during a work cycle relative to a respective cylinder can also be divided into a number of partial injections.
  • the operating modes the internal combustion engine is operated, as a rule, depends on values of operating variables.
  • pollutant emissions can be reduced, on the other hand, however, also a possibly desired efficient operation of the internal combustion engine can be ensured.
  • the object on which the invention is based is to provide a method and a device for operating an internal combustion engine, which enable a reliable and precise operation of the internal combustion engine.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for operating an internal combustion engine.
  • Machine having at least one injection valve for metering fluid, which comprises an electromagnetic actuator, with an output stage unit, which is designed to generate a current profile for driving the electromagnetic actuator with at least one predetermined profile parameter.
  • an associated saturation current is determined.
  • the saturation current is thus that electric current which flows into it when the saturation of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator is reached.
  • the predetermined reference saturation current can be determined in a particularly simple manner beforehand and be permanently stored, for example, in a memory.
  • the requirements for the quantities of fuel to be metered in by means of the injection valve can be very high with respect to their quantitative spread and, for example, between a minimum and maximum fuel quantity a factor of 15, which also with regard to further developing, so-called downsizing concepts with the focus on CO 2 reduction also with regard to a catalyst heating mode by mixture layers or in the case of special homogeneous concepts an optionally further increased requirement with respect to the amount spread and in particular a minimum amount of fuel to be metered result.
  • the lowest amounts of fuel to be metered in terms of manufacturing tolerances on the injector and tolerances on the power amplifier unit is a challenge.
  • the saturation current and adapting at least one of the profile parameters as a function of the determined saturation current and a reference saturation current it is possible to determine especially simple, in particular without significant additional hardware effort, a cross-influence of a limited for the individual injector accuracy of the current profile can be compensated for the injection quantity and thus in particular the quantity accuracy in the range of very small amounts of fuel to be measured significantly improved.
  • the adaptation of at least one of the profile parameters depending on the determined saturation current and the predetermined reference saturation current in a suitable predetermined manner allows such a precise metering, especially of very small amounts of fuel.
  • the current profile comprises a fast rise phase, during which the electromagnetic actuator is subjected to an increased driver voltage compared to a supply voltage of the output stage unit.
  • desired peak values of the current in the electromagnetic actuator are varied and respective periods to for the actual attainment of the respective desired peak value during the rapid rise phase are determined and the thus determined respective periods are stored with the respective desired peak values as a value tuple and the saturation current is determined depending on the determined value tuples.
  • a first approximation straight line is determined as a function of those value tuples whose desired peak values lie below a first predetermined threshold value and a second approximation straight line Proximity just determined depending on those value tuples whose desired peak values are above a predetermined second threshold, which is greater than the first threshold value.
  • the saturation current is then determined as a function of an intersection of the first and second approximation straight lines.
  • the approximation straight lines are determined by means of a regression method as a function of the least squares method.
  • the variation of the nominal peak values of the current for determining the value tuples takes place in the presence of predetermined activation conditions. In this way, accuracy in determining the saturation current can be increased.
  • the predetermined activation conditions may advantageously comprise a homogeneous operation of the internal combustion engine with quasi-stoichiometric air / fuel ratios. Furthermore, the predetermined activation conditions may advantageously comprise an idling or part-load operation of the internal combustion engine with quasi-stationary operation.
  • the predetermined activation conditions can advantageously also include that a cooling water and / or oil temperature and / or final stage unit temperature in respectively predetermined suitable th temperature intervals lie. Such temperature intervals can be determined particularly easily, in particular in an application phase, for example empirically or by simulations.
  • the predetermined activation conditions include that a fluid pressure, with which the injection valve is acted on the input side, is set to a predetermined, low pressure value.
  • the current profile comprises the rapid rise phase, during which the electromagnetic actuator is subjected to an increased driver voltage in comparison to the supply voltage of the output stage unit.
  • actual current values of the current in the electromagnetic actuator are determined at predetermined, different times, and the thus determined respective actual current values with the assigned times are stored as value tuples.
  • the saturation current is then determined as a function of the determined value tuples. This allows a precise determination of the saturation current, in particular in the case of an output stage unit which does not allow adaptation of the desired peak values of the current during operation of the internal combustion engine.
  • a first approximation straight line is determined as a function of those value tuples whose actual current values are below a first predetermined threshold value and a second approximation straight line is determined as a function of those value tuples whose actual current values are above a predetermined second threshold value which is greater than the first threshold.
  • the saturation current is then determined as a function of an intersection of the first and the second approximation straight line.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a control device
  • FIG. 2 shows a first signal representation
  • FIG. 3 shows a second signal representation
  • Figure 5 is a second flowchart.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract preferably comprises a throttle valve 5, a collector 6 and an intake manifold 7, which leads to a cylinder Z 1 via an intake passage the engine block 2 is guided.
  • the engine block 2 further includes a crankshaft 8, which is coupled via a connecting rod 10 with the piston 11 of the cylinder Zl.
  • the cylinder head 3 comprises a valve drive with a gas inlet valve 12 and a gas outlet valve 13.
  • the cylinder head 3 further comprises an injection valve 18 and a igniter 19.
  • the injection valve 18 preferably comprises an electromagnetic actuator, which in particular comprises a coil.
  • a catalyst 21 is arranged, which is preferably designed as a three-way catalyst. Further, a further catalyst 23 is preferably arranged in the exhaust tract, which is designed as a NOX catalyst.
  • a control device 25 is provided which is associated with sensors which detect different measured variables and in each case determine the value of the measured variable. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables.
  • the control device is designed to determine, depending on at least one of the operating variables manipulated variables, which are then converted into one or more control signals for controlling actuators, which are assigned to the control device, implemented.
  • the control device 25 is further associated with an output stage unit 25 a, which is designed to generate actuating signals for the respective injection valve 18 and which is explained in more detail below.
  • the control device 25 may also include the power amplifier unit 25a.
  • the control device 25 can also be used as a device for
  • the control device 25 comprises a memory which is designed to store data and program instructions and a computing unit which is designed to execute program instructions.
  • the memory and the calculation unit at least part of a computer, which is included by the control device 25.
  • Sensors are a pedal position sensor 26, which detects a pedal position of an accelerator pedal 27, an air mass sensor 28, which detects an air mass flow upstream of the throttle 5, a first temperature sensor 32, which detects an intake air temperature, a Saugrohr horrsen- sensor 34, which an intake manifold pressure detected in the collector 6, a crankshaft angle sensor 36, which detects a crankshaft angle, which is then assigned a speed.
  • a second temperature sensor 38 is provided which detects an operating temperature, such as a coolant, in particular cooling water temperature and / or an oil temperature and / or a Endgen Obertemperatur.
  • a plurality of such second temperature sensors 38 can be provided for the separate detection of said temperatures.
  • a pressure sensor 39 is provided, which detects a fuel pressure, in particular in a high-pressure accumulator fuel supply.
  • An exhaust gas probe 42 is provided, which is arranged upstream or in the catalytic converter 21 and which detects a residual oxygen content of the exhaust gas and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the exhaust gas
  • Combustion chamber of the cylinder Zl and upstream of the first exhaust gas probe 42 before the oxidation of the fuel hereinafter referred to as the air / fuel ratio in the cylinder Zl to Z4.
  • any subset of said sensors may be present or additional sensors may be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 5, the gas inlet and gas outlet valves 12, 13, the injection valve 18 or Zündaktuator 19.
  • the cylinder Zl also more cylinders Z2 to Z4 are regularly provided, which then also corresponding actuators and optionally sensors are assigned ,
  • the internal combustion engine may have any number of cylinders Zl to Z4.
  • the output stage unit 25a is designed to generate a current profile SP for driving the electromagnetic actuator of the injection valve 18, wherein the output stage unit can also be assigned a plurality of injection valves 18 with a single output stage.
  • the output stage unit preferably comprises a current-controlled full-bridge output stage.
  • the characteristic of the injection valve 18 defines the relationship between the amount of fuel to be metered and an injection period Ti, which is in particular an electrical control period.
  • the inversion of this relationship is used in the control device 25 in order to convert a desired fuel mass, which is to be metered, into a correspondingly required injection duration Ti.
  • Influencing factors play a role here, such as the fuel pressure, the internal cylinder pressure during the injection process and possible variations in the supply voltage.
  • Operation of the injection valve 18 in its linear operating range limits the operating range, in particular to small injection quantities, by means of a minimal fuel quantity relative to the linear operating range.
  • the slope of the characteristic curve of the injection valve 18 in the linear operating range corresponds to the static flow rate of the injection valve. tils 18, ie in particular that fuel flow rate, which is achieved permanently with complete valve lift. This rate is defined by the effective flow cross section at full valve lift and a pressure difference between the fuel pressure on the input side of the injection valve 18 and the cylinder internal pressure.
  • the cause of this behavior lies in particular in the inertia of the spring mass system of the injection valve 18 and in the temporal behavior during assembly and disassembly of the magnetic field in the electromagnetic actuator, which is converted into corresponding forces for moving the valve needle of the injection valve.
  • the complete injection valve lift is no longer achieved in the ballistic area, ie the injection valve 18 is closed again before the design-dictated end position, which is predetermined by the maximum valve lift of the valve needle, has been reached.
  • the current profile SP is basically provided as a so-called nominal current profile and in particular with respect to a predetermined reference injection valve, which, however, is basically not identical to the then actual injection valve 18.
  • the output stage unit 25 preferably comprises a current-controlled full-bridge output stage, which is designed to operate the injection valve in a rapid rise phase with an increased driver voltage - so-called boost voltage - of, for example, approximately 60V.
  • the increased driver voltage is preferably provided by a DC / DC converter.
  • the current profile SP which is shown in the embodiment in FIG. 1 in the final stage unit 25a, has an activation of the injection valve in different phases.
  • a precharge phase takes place, specifically for a time t_pch, which is referred to as precharge time duration.
  • the current for the electromagnetic actuator is set to a precharge current I_pch, in particular regulated. This is preferably done by means of a two-point controller.
  • the pre-charge phase pre-chrarge is followed by a fast-charge phase peak, also known as the boost phase.
  • a fast-charge phase peak also known as the boost phase.
  • Driver voltage to the coil of the electromagnetic actuator applied namely until a desired peak value I peak sp of the current is actually achieved as the actual peak value I_peak.
  • the rapid flow buildup provides magnetic force that causes the needle of the injector 18 to move out of its closed position, thus initiating metering of fuel.
  • the output stage unit 25a is designed to generate a freewheeling phase. For example, during the freewheeling phase, the output stage unit 25a again has the supply voltage applied to it on the input side.
  • a time duration t 1 is provided or predetermined. The height of the desired peak value I_peak_sp and thus the basic duration of the rapid rise phase peak has a high correlation with the fuel pressure.
  • the output stage unit 25a is designed to control a Abkommut réellesphase in which the magnetic field of the electromagnetic actuator of the injection valve 18 is reduced by the self-induction voltage exceeding the increased drive voltage.
  • the Abkommut réellesphase is time-controlled and indeed for a period t_2, which is particularly dependent on the time t_l and the supply voltage.
  • the output stage unit is further configured to control a holding phase hold adjoining the Abkommut réellesphase, in which a holding current I_hold is set, is preferably adjusted and in particular by means of a two-point controller and that driven via the supply voltage voltage.
  • the output stage unit 25 is designed to set the hold phase for a hold period t_hold.
  • a shutdown phase follows, in which then the magnetic field of the electromagnetic actuator of the injection valve 18 is reduced by the self-induction voltage exceeding the increased drive voltage and the valve needle then again depending on the balance of forces, which then significantly by the spring force and the fuel pressure is determined, is moved back to its closed position.
  • Profile parameters PP of the current profile SP are thus, for example, the precharge time t_pch and / or the time duration t_l and / or the duration t_2 and / or the hold time t_hold and / or the precharge current I pch and / or the desired peak value I_peak_sp of the current and / or the Holding current I_hold.
  • the injection period Ti basically represents one of the profile parameters PP.
  • a flowchart of a program for operating the internal combustion engine which is stored in the memory of the control device and is executed in the control device 25 during operation, is disclosed with reference to FIG.
  • the program is started in a step S1, in which program parameters are preferably initialized.
  • the start in the step Sl for example, take place soon after an engine start or later.
  • the program persists in a step S2 until given
  • the predetermined activation conditions AB may include, for example, that the internal combustion engine in the homogeneous operation with stoichiometric air / fuel ratio in the idle or partial load range is operated approximately stationary.
  • the predetermined activation conditions AB may alternatively or additionally also include that a single injection is controlled and / or no negative energization of the electromagnetic actuator of the injection valve 18 for accelerating the closing of the valve needle takes place.
  • the activation conditions AB can additionally or alternatively include that the cooling water temperature and / or engine oil temperature and / or temperature of the output stage unit 25a each lie at predetermined temperature intervals.
  • the activation conditions AB may alternatively or additionally include that the fuel pressure is set to a predetermined low pressure value, which may for example be in the range of about 40 bar.
  • the activation conditions AB may comprise alternatively or additionally that the precharge phase is dispensed with in the current profile SP.
  • the activation conditions may include that the time period t_l is predetermined such that a maximum value I_peak_sp_max can be achieved within the time interval thus defined, wherein the maximum value I_peak_sp_max is a current value at which the magnetic saturation of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator has safely entered.
  • step S4 is executed in which the desired peak value I_peak_sp of the current is set to a minimum desired peak value I_peak_sp_min, which is predetermined.
  • I_peak_sp_min is preferably to pretend that, taking into account the tolerances, in particular in the area of the injection valve 18, the current profile SP and / or the fuel pressure, a safe opening of the valve needle for the predetermined activation conditions AB is reached.
  • this Connection is preferably taken into account that the dynamics of opening the valve needle by a variation of the desired peak value I_peak_sp towards larger values is not or only negligibly affected.
  • the predefined for the current profile SP model can be used to calculate the injection period Ti and so in particular the injection period Ti depending on the amount of fuel to be metered, the fuel pressure and a start time of the injection can be determined.
  • the rapid charging phase peak takes place until the actual peak value I peak is equal to the nominal peak value I peak sp of the current, and the associated time period t_peak is preferably determined by means of a corresponding timer.
  • the time duration t_2 of the Abkommut istsphase is particularly dependent on the supply voltage, the time t_l and also the actual peak value I_peak.
  • the holding phase hold is dimensioned such that the hold period t_hold and the periods t_l, t_2 result in the injection period Ti.
  • the step S6 is repeated several times with the same parameters, so that an average value of the time duration t_peak until the actual peak value is reached
  • I_peak_sp of the current can be determined.
  • tuples of the respective desired peak value I_peak_sp and the time t_peak are then temporarily stored in the memory of the control device until the actual peak value I peak sp of the current is actually reached.
  • a step S10 the desired peak value I peak sp of the current is increased in order to produce an increase value DI peak sp, which in particular is particularly suitably specified so that by a given number of such increases only the maximum value I_peak_sp_max results, in which the saturation of the magnetic circuit is already reached safely.
  • step S12 it is checked whether the target peak value I_peak_sp of the current is greater than the maximum value
  • step S14 a saturation current I sat mes is determined, which is associated with reaching the magnetic saturation of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator of the injection valve 18. This is preferably done by determining a first and second approximation straight line AG1, AG2 and then determining an intersection between the first and second approximation straight lines AG1, AG2.
  • the first approximation straight line AGl is determined as a function of those value tuples WT whose desired peak values I_peak_sp are below a first predetermined threshold value.
  • the second approximation straight line AG2 is determined as a function of those value tuples WT whose desired peak values I peak sp are above a predefined second threshold value that is greater than the first threshold value.
  • the first and the second threshold values are suitably predetermined such that the saturation current I_sat_mes, in particular its reference value, lies securely between the first and second threshold values.
  • the approximation straight lines AG1, AG2 are preferably determined by means of a regression method as a function of the least squares method by means of the respective assigned value tuples WT.
  • An exemplary course of the approximation straight lines AG1, AG2 is illustrated in more detail with reference to FIG. The point of intersection of the two approximation straight lines AG1 and AG2 is determined and the current value assigned to it is assigned to the saturation current I_sat_mes.
  • a step S16 an adaptation of at least one of the profile parameters PP of the current profile SP takes place, specifically with regard to the fact that the injection valve 18 actually shows the desired injection behavior, that is to say in particular
  • a simple assignment rule can be determined in advance and stored. This can in particular include that at least one of the profile parameters is adapted depending on the saturation current I_sat_mes and the predetermined reference saturation current.
  • the predetermined reference saturation current is preferably stored in advance in the control device 25 and determined, for example, by measurements on a reference injection valve with a reference output stage unit. For example, for adjustment, a relative deviation between the saturation current
  • I_sat_mes and the reference saturation current are determined and these are used as a factor for adjusting the respective profile parameter PP.
  • a single profile parameter but also several profile parameters PP can be adapted in this step.
  • the program is then terminated in a step S18, it can then, for example, cyclically again in the
  • Step S18 are started.
  • the program is preferably performed separately for each output stage unit 25a, resulting in injector-individual adjustments of the profile parameters PP.
  • the at least one adapted profile parameter PP is then used in the following for the further operation of the injection valve 18.
  • FIG. 2 shows examples of current curves of the invention
  • FIG. 3 shows by way of example the first and second approximation straight lines AG1, AG2.
  • FIG. 1 A second flow chart of another program is shown in FIG. This program is particularly suitable for a power amplifier unit 25a whose nominal peak value I_peak_sp of the current can not be changed during operation of the internal combustion engine. In principle, however, the program can also be used in an output stage whose nominal peak value can be changed.
  • the desired peak value I_peak_sp of the current is predetermined, which is generally fixed. This is preferably specified as the maximum value I_peak_sp_max in such a way that the magnetic saturation of the electromagnetic actuator is achieved safely.
  • the predetermined current profile SP and the model associated therewith are used for determining the injection time period Ti, and the injection period Ti in this context preferably determined as a function of the quantity of fuel to be metered, the fuel pressure and the desired start of the metering of the fuel.
  • the respective current actual current value is detected in a step S26 at respectively predetermined time points and in a step S28 together with the respectively assigned time duration, which is related to the beginning of the fast charging phase, as the respective value tuple WT stored in a memory in step S28.
  • a step S30 it is checked whether the actual peak value I_peak has reached the nominal peak value I_peak_sp of the current, and thus then the predetermined number of value tuples WT are detected and stored. If this is not the case, the processing is continued in step S26 and a corresponding value tuple WT is determined with a correspondingly assigned, increased actual current value.
  • the value tuples WT can thus be determined during this procedure during a single time period t_l. Alternatively, however, they can also by appropriate averaging the corresponding respective
  • step S32 the saturation current I sat mes is then determined in accordance with the procedure of step S14 by means of the value tuple WT determined in step S28.
  • step S34 then corresponds to the step S16 according to FIG. 4.
  • step S36 corresponding to the step S18 according to FIG. 4.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine umfasst mindestens ein Einspritzventil zum Zumessen von Fluid, das einen elektromagnetischen Aktuator umfasst. Ferner ist eine Endstufeneinheit vorgesehen, die ausgebildet ist zum Erzeugen eines Stromprofils zum Ansteuern des elektromagnetischen Aktuators mit mindestens einem vorgegebenen Profilparameter (PP). Bei Erreichen der magnetischen Sättigung eines Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators wird ein zugeordneter Sättigungsstrom (I_sat_mes) ermittelt und es wird abhängig von dem so ermittelten Sättigungsstrom (I_sat_mes) und einem vorgegebenen Referenz-Sättigungsstrom zumindest ein Profilparameter (PP) angepasst.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil zum Zumessen von Fluid, das einen elektromagnetischen Aktuator umfasst. Ferner ist eine Endstufeneinheit ausgebildet zum Erzeugen eines Stromprofils zum Ansteuern des elektromagnetischen Aktuators mit mindestens einem Profilparameter .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, die in den Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff- Gemisches in den jeweiligen Brennräumen der Zylinder erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
Brennkraftmaschinen können in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. So kann beispielsweise ein homogenes Luft- /Kraftstoff-Gemisch erzeugt werden mit einem Luft-
/Kraftstoff-Verhältnis, das in etwa stöchiometrisch ist. Darüber hinaus kann die Brennkraftmaschine auch mit einer
Schichtladung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches betrieben werden, bei der ein sehr mageres Gemisch in dem Brennraum ver- brannt werden kann, dadurch dass eine Ladungsschichtung in der Nähe eines Zündaktuators erfolgt.
Ferner kann das Zumessen von Kraftstoff während eines Ar- beitsspiels bezogen auf einen jeweiligen Zylinder auch in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt werden. In welchen der Betriebsmodi die Brennkraftmaschine betrieben wird, hängt in der Regel von Werten von Betriebsgrößen ab. Durch eine geeignete Strategie bei der Wahl der Betriebsmodi können zum einen Schadstoffemissionen verringert werden, zum anderen aber auch ein gegebenenfalls gewünschter effizienter Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
Besonders hohe Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang einer präzisen Zumessung der jeweiligen zuzumessenden Kraftstoffmenge durch das jeweilige Einspritzventil zu. Eine besondere Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang eine sehr hohe Mengenspreizung der geforderten zuzumessenden Kraftstoffmenge durch das jeweilige Einspritzventil dar.
So ist beispielsweise im leerlaufnahen Betrieb eine äußerst geringe Kraftstoffmenge zuzumessen, während bei motorischer Volllast eine sehr hohe Kraftstoffmenge zuzumessen ist. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die einen zuverlässigen und präzisen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraft- maschine mit mindestens einem Einspritzventil zum Zumessen von Fluid, das einen elektromagnetischen Aktuator umfasst, mit einer Endstufeneinheit, die ausgebildet ist zum Erzeugen eines Stromprofils zum Ansteuern des elektromagnetischen Ak- tuators mit mindestens einem vorgegebenen Profilparameter. Bei Erreichen der magnetischen Sättigung eines Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators wird ein zugeordneter Sättigungsstrom ermittelt. Der Sättigungsstrom ist somit derjenige elektrische Strom, der gerade bei Erreichen der Sätti- gung des Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators in diesem fließt. Abhängig von dem ermittelten Sättigungsstrom und einem vorgegebenen Referenz-Sättigungsstrom wird zumindest ein Profilparameter angepasst. Der vorgegebene Referenz- Sättigungsstrom kann besonders einfach vorab ermittelt sein und beispielsweise in einem Speicher fest abgespeichert sein.
Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine können die Anforderungen an die mittels des Einspritzventils zuzumessenden Kraftstoffmengen bezüglich ihrer Mengenspreizung sehr hoch sein und beispielsweise zwischen einer minimalen und maximalen Kraftstoffmenge ein Faktor 15 liegen, die auch im Hinblick auf weiter sich fortentwickelnde, so genannte Down- Sizing-Konzepte mit dem Fokus auf C02-Reduktion auch im Hinblick auf einen Katalysatorheizmodus durch Gemischschichten oder bei speziellen homogenen Konzepten eine gegebenenfalls noch weiter erhöhte Anforderung bezüglich der Mengenspreizung und insbesondere eine minimal zuzumessenden Kraftstoffmenge zur Folge haben. In diesem Zusammenhang sind insbesondere die geringsten zuzumessenden Kraftstoffmengen im Hinblick auf Fertigungstoleranzen am Injektor und Toleranzen an der Endstufeneinheit eine Herausforderung.
Durch das Ermitteln des Sättigungsstroms und Anpassen zumindest eines der Profilparameter abhängig von dem ermittelten Sättigungsstrom und einem Referenz-Sättigungsstrom kann be- sonders einfach, insbesondere ohne nennenswerten zusätzlichen Hardwareaufwand, ein Quereinfluss einer für den jeweiligen individuellen Injektor eingeschränkten Genauigkeit des Stromprofils auf die Einspritzmenge kompensiert werden und damit insbesondere die Mengengenauigkeit im Bereich von sehr geringen zuzumessenden Kraftstoffmengen deutlich verbessert werden. In diesem Zusammenhang ermöglicht das Anpassen von zumindest einem der Profilparameter abhängig von dem ermittelten Sättigungsstrom und dem vorgegebenen Referenz- Sättigungsstrom auf geeignete vorgegebene Weise ein solches präzises Zumessen, insbesondere auch von sehr geringen Kraftstoffmengen .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Strompro- fil eine Schnellanstiegsphase, während der der elektromagnetische Aktuator mit einer im Vergleich zu einer Versorgungsspannung der Endstufeneinheit erhöhten Treiberspannung beaufschlagt wird, wobei bei verschiedenen Ansteuerungen Soll- Spitzenwerte des Stroms in dem elektromagnetischen Aktuator variiert werden und jeweilige Zeitdauern bis zum tatsächlichen Erreichen des jeweiligen Soll-Spitzenwertes während der Schnellanstiegsphase ermittelt werden und die so ermittelten jeweiligen Zeitdauern mit den jeweiligen Soll-Spitzenwerten als Wertetupel gespeichert werden und abhängig von den ermit- telten Wertetupeln der Sättigungsstrom ermittelt wird.
Dies ermöglicht, insbesondere bei einer Endstufeneinheit, bei der die Soll-Spitzenwerte während des Betriebs der Brennkraftmaschine veränderbar sind, ein besonders einfaches und präzises Ermitteln des Sättigungsstroms.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine erste Approximationsgerade abhängig von denjenigen Wertetupeln ermittelt, deren Soll-Spitzenwerte unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes liegen und eine zweite Ap- proximationsgerade abhängig von denjenigen Wertetupeln ermittelt, deren Soll-Spitzenwerte oberhalb eines vorgegebenen zweiten Schwellenwertes liegen, der größer ist als der erste Schwellenwert. Der Sättigungsstrom wird dann abhängig von ei- nem Schnittpunkt der ersten und zweiten Approximationsgerade ermittelt. Auf diese Weise kann die Erkenntnis genutzt werden, dass sich aufgrund der magnetischen Sättigung die Induktivität des Magnetkreises reduziert, was zur Folge hat, dass während der Schnellanstiegsphase sich die Steigung des Strom- anstieges erhöht. Somit kann durch das Vorgehen bezüglich der zwei Approximationsgeraden ein besonders einfach rechentechnisch zu implementierendes Vorgehen zum effizienten Ermitteln des Sättigungsstroms verwirklicht werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Approximationsgeraden mittels einer Regressionsmethode abhängig von der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt werden . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Variieren der Soll-Spitzenwerte des Stroms zum Ermitteln der Wertetupel bei Vorliegen vorgegebener Aktivierungsbedingungen. Auf diese Weise kann eine Genauigkeit beim Bestimmen des Sättigungsstroms erhöht werden.
Die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen können vorteilhaft einen homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine mit quasi- stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen umfassen. Ferner können vorteilhaft die vorgegebenen Aktivierungsbedin- gungen einen Leerlauf- oder Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit quasi-stationärem Betrieb umfassen. Die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen können vorteilhaft ferner umfassen, dass eine Kühlwasser- und/oder Öltemperatur und/oder Endstufeneinheit-Temperatur in jeweils vorgegebenen geeigne- ten Temperaturintervallen liegen. Derartige Temperaturintervalle können besonders einfach, insbesondere in einer Applikationsphase, beispielsweise empirisch oder auch durch Simulationen, ermittelt werden.
Es ist ferner besonders vorteilhaft, wenn die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen umfassen, dass ein Fluiddruck, mit dem das Einspritzventil eingangsseitig beaufschlagt wird, auf einen vorgegebenen, geringen Druckwert eingestellt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Stromprofil die Schnellanstiegsphase, während der der elektromagnetische Aktuator mit einer im Vergleich zu der Versorgungsspannung der Endstufeneinheit erhöhten Treiberspannung beaufschlagt wird. Während der Schnellanstiegsphase werden zu vorgegebenen, verschiedenen Zeitpunkten Ist-Stromwerte des Stroms in dem elektromagnetischen Aktuator ermittelt und die so ermittelten jeweiligen Ist-Stromwerte mit den zugeordneten Zeitpunkten als Wertetupel gespeichert. Es wird abhängig dann von den ermittelten Wertetupeln der Sättigungsstrom ermittelt. Dies ermöglicht insbesondere bei einer Endstufeneinheit, die keine Anpassung der Soll-Spitzenwerte des Stroms während des Betriebs der Brennkraftmaschine ermöglicht, auch ein präzises Ermitteln des Sättigungsstroms.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird eine erste Approximationsgerade abhängig von denjenigen Wertetupeln ermittelt, deren Ist-Stromwerte unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes liegen, und eine zweite Approximationsgerade abhängig von denjenigen Wertetupeln ermittelt, deren Ist- Stromwerte oberhalb eines vorgegebenen zweiten Schwellenwertes liegen, der größer ist als der erste Schwellenwert. Der Sättigungsstrom wird dann abhängig von einem Schnittpunkt der ersten mit der zweiten Approximationsgerade ermittelt. Die Vorteile korrespondieren diesbezüglich entsprechend zu denjenigen, wenn die erste und zweite Approximationsgerade abhängig von Wertetupeln mit den unterschiedlichen Soll- Spitzenwerten ermittelt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung, Figur 2 eine erste Signaldarstellung, Figur 3 eine zweite Signaldarstellung,
Figur 4 ein erstes Ablaufdiagramm und
Figur 5 ein zweites Ablaufdiagramm.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu ei- nem Zylinder Zl über einen Einlasskanal der Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Zl gekoppelt ist. Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und einen Zün- daktuator 19. Das Einspritzventil 18 umfasst bevorzugt einen elektromagnetischen Aktuator, der insbesondere eine Spule umfasst .
In dem Abgastrakt 4 ist ein Katalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Ferner ist bevorzugt in dem Abgastrakt ein weiterer Katalysator 23 angeordnet, der als NOX-Katalysator ausgebildet ist.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stell- gliedern, die der Steuervorrichtung zugeordnet sind, umgesetzt werden. Der Steuervorrichtung 25 ist ferner eine Endstufeneinheit 25a zugeordnet, die ausgebildet ist zum Erzeugen von Stellsignalen für das jeweilige Einspritzventil 18 und die weiter unten noch detaillierter erläutert ist. Die Steuervorrichtung 25 kann die Endstufeneinheit 25a auch umfassen .
Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum
Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden. Die Steu- ervorrichtung 25 umfasst einen Speicher, der ausgebildet ist zum Speichern von Daten und Programmanweisungen und eine Recheneinheit, die ausgebildet ist zum Ausführen von Programmanweisungen. Bevorzugt bilden der Speicher und die Rechenein- heit zumindest Teil eines Computers, der von der Steuervorrichtung 25 umfasst ist.
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahr- pedal-Stellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksen- sor 34, welcher einen Saugrohrdruck in den Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird. Ferner ist ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, der eine Betriebstemperatur, so beispielsweise eine Kühlmittel, insbesondere Kühlwassertemperatur und/oder eine Öltemperatur und/oder eine Endstufeneinheittemperatur erfasst. Selbstverständlich können auch mehrere derartige zweite Temperatursensoren 38 zum getrennten Erfassen der genannten Temperaturen vorgesehen sein. Darüber hinaus ist ein Drucksensor 39 vorgesehen, der einen Kraftstoffdruck, insbesondere in einer Hoch- druckspeicher-KraftstoffZuführung, erfasst.
Eine Abgassonde 42 ist vorgesehen, die stromaufwärts oder in dem Katalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charak- teristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem
Brennraum des Zylinders Zl und stromaufwärts der ersten Abgassonde 42 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Zl bis Z4.
Je nach Ausführungsform kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder der Zündaktuator 19. Neben dem Zylinder Zl sind regelmäßig auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. Somit kann die Brennkraftmaschine eine beliebige Anzahl an Zylindern Zl bis Z4 aufweisen.
Die Endstufeneinheit 25a ist ausgebildet zum Erzeugen eines Stromprofils SP zum Ansteuern des elektromagnetischen Aktua- tors des Einspritzventils 18, wobei die Endstufeneinheit auch mehrere Einspritzventile 18 zugeordnet sein kann mit einer einzigen Endstufe. Die Endstufeneinheit umfasst bevorzugt eine stromgeregelte Vollbrücken-Endstufe.
Die Kennlinie des Einspritzventils 18 definiert den Zusammenhang zwischen der zuzumessenden Kraftstoffmenge und einer Einspritzzeitdauer Ti, die insbesondere eine elektrische Ansteuerdauer ist. Die Invertierung dieser Beziehung wird in der Steuervorrichtung 25 genutzt, um eine Soll- Kraftstoffmasse, die zugemessen werden soll, in eine entsprechend erforderliche Einspritzzeitdauer Ti umzurechnen. Dabei spielen Einflussgrößen eine Rolle, wie der Kraftstoffdruck, der Zylinderinnendruck während des Einspritzvorgangs sowie mögliche Variationen der Versorgungsspannung.
Ein Betrieb des Einspritzventils 18 in seinem linearen Ar- beitsbereich begrenzt den Betriebsbereich insbesondere zu kleinen Einspritzmengen durch eine bezogen auf den linearen Arbeitsbereich minimale Kraftstoffmenge. Die Steigung der Kennlinie des Einspritzventils 18 in dem linearen Arbeitsbereich entspricht dem statischen Durchfluss des Einspritzven- tils 18, also insbesondere derjenigen Kraftstoffdurchflussra- te, die bei vollständigem Ventilhub dauerhaft erreicht wird. Diese Rate ist definiert durch den effektiven Strömungsquerschnitt bei vollständigem Ventilhub und einer Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck eingangsseitig des Einspritzventils 18 und dem Zylinderinnendruck. Für Einspritzmengen, die geringer sind als die oben genannte minimale Kraftstoffmenge im linearen Arbeitsbereich, zeigt sich ein stark nichtlineares Verhalten. Die Ursache für dieses Verhalten liegt insbe- sondere in der Trägheit des Federmasse-Systems des Einspritzventils 18 sowie in dem zeitlichen Verhalten bei Auf- und Abbau des Magnetfeldes in dem elektromagnetischen Aktuator, das in entsprechende Kräfte zum Bewegen der Ventilnadel des Einspritzventils umgewandelt wird. Durch diese dynamischen Ef- fekte wird in dem ballistischen Bereich der vollständige Einspritzventilhub nicht mehr erreicht, das heißt das Einspritzventil 18 wird wieder geschlossen, bevor die konstruktiv vorgegebene Endposition, welche durch den maximalen Ventilhub der Ventilnadel vorgegeben ist, erreicht wurde. Bei einem Be- trieb im nichtlinearen Bereich ohne weitere Maßnahmen kann es aufgrund grundsätzlicher Fehler in dem Stromprofil SP und von Einspritzventiltoleranzen, so zum Beispiel Vorspannkraft der Schließfeder, Hub der Ventilnadel, innere Reibung im Anker und/oder Nadelsystem zu einem signifikante Fehler der tat- sächlich zugemessenen Einspritzmenge kommen.
Dabei ist das Stromprofil SP grundsätzlich als so genanntes nominales Stromprofil vorgesehen und zwar insbesondere bezogen auf ein vorgegebenes Referenz-Einspritzventil, das jedoch grundsätzlich nicht identisch mit dem dann tatsächlichen Einspritzventil 18 ist.
Es hat sich gezeigt, dass sich in dem linearen Betriebsbereich ein Fehler in dem Stromprofil nur relativ gering auf die Mengengenauigkeit auswirkt. Je geringer die zuzumessende Kraftstoffmenge im Vergleich und zwar insbesondere je kleiner die zuzumessende Kraftstoffmenge als die in dem linearen Arbeitsbereich geringste zuzumessende Kraftstoffmenge ist, des- to mehr steigt der Mengenfehler auf ein signifikantes Niveau an. Insbesondere für Einspritzzeiten in dem ballistischen Bereich kommt es zu einem sehr starken Quereinfluss auf die Mengengenauigkeit. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch Anpassung des Stromprofils, also zum Beispiel auch Adaption des Fehlers, sich über eine verbesserte Kleinstmengen-Genauigkeit der Betriebsbereich des jeweiligen Einspritzventils 18 hin zu Einspritzmengen, die kleiner sind als die in dem linearen Arbeitsbereich minimale Kraftstoffmenge, ausweiten lässt. Die Endstufeneinheit 25 umfasst bevorzugt eine stromgeregelte Vollbrücken-Endstufe, die dazu ausgebildet ist, das Einspritzventil in einer Schnellanstiegsphase mit einer erhöhten Treiberspannung - so genannte Boost-Spannung -, von beispielsweise in etwa 60 V zu betreiben. Die erhöhte Treiber- Spannung wird bevorzugt durch einen DC/DC-Wandler zur Verfügung gestellt.
Das Stromprofil SP, das in einer Ausführungsform in der Figur 1 in der Endstufeneinheit 25a dargestellt ist, weist eine Ansteuerung des Einspritzventils in verschiedenen Phasen auf. Am Beginn der Ansteuerung erfolgt eine Vorladephase pre- chrarge und zwar für eine Zeitdauer t_pch, die als Vorladezeitdauer bezeichnet wird. Während dieser Zeitdauer wird der Strom für den elektromagnetischen Aktuator auf einen Vorladestrom I_pch eingestellt, insbesondere geregelt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Zweipunktreglers.
An die Vorladephase pre-chrarge schließt sich eine Schnellladephase peak an, die auch als Boost-Phase bezeichnet wird. In dieser Phase wird durch die Endstufeneinheit die erhöhte Treiberspannung an der Spule des elektromagnetischen Aktua- tors angelegt und zwar bis ein Soll-Spitzenwert I peak sp des Stroms auch als Ist-Spitzenwert I_peak tatsächlich erreicht wird. Durch den Schnellstromaufbau wird Magnetkraft bereitge- stellt, die ein Bewegen der Nadel des Einspritzventils 18 aus ihrer Schließposition heraus bewirkt und somit ein Zumessen von Kraftstoff initiiert.
Wenn der Ist-Spitzenwert I_peak den Soll-Spitzenwert
I peak sp des Stroms erreicht hat, ist die Endstufeneinheit 25a ausgebildet zum Erzeugen einer Freilaufphase. Beispielsweise kann während der Freilaufphase eingangsseitig der Endstufeneinheit 25a wiederum die Versorgungsspannung anliegen. Für die Schnellanstiegsphase peak und die Freilaufphase ist eine Zeitdauer t 1 vorgesehen oder beziehungsweise vorgegeben. Die Höhe des Soll-Spitzenwertes I_peak_sp und damit die grundsätzliche Dauer der Schnellanstiegsphase peak hat eine hohe Korrelation zu dem Kraftstoffdruck.
Nach Ablauf der Zeitdauer t 1 ist die Endstufeneinheit 25a dazu ausgebildet, eine Abkommutierungsphase zu steuern, in der das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktuators des Einspritzventils 18 durch die die erhöhte Treiberspannung über- steigende Selbstinduktionsspannung abgebaut wird. Die Abkommutierungsphase ist zeitgesteuert und zwar für eine Zeitdauer t_2, die insbesondere abhängig ist von der Zeitdauer t_l und der Versorgungsspannung. Die Endstufeneinheit ist ferner ausgebildet zum Steuern einer sich an die Abkommutierungsphase anschließenden Haltephase hold, in der ein Haltestrom I_hold eingestellt wird, so bevorzugt eingeregelt wird und zwar insbesondere mittels eines Zweipunktreglers und zwar getrieben über die Versorgungsspan- nung. Dabei ist die Endstufeneinheit 25 ausgebildet, die Haltephase für eine Haltezeitdauer t_hold einzustellen.
Im Anschluss an die Haltephase schließt sich eine Abschalt- phase an, in der dann das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktuators des Einspritzventils 18 durch die die erhöhte Treiberspannung übersteigende Selbstinduktionsspannung abgebaut wird und die Ventilnadel dann wieder abhängig von der Kräftebilanz, die dann maßgeblich durch die Federkraft und den Kraftstoffdruck bestimmt wird, in ihre Schließposition sich zurückbewegt wird.
Profilparameter PP des Stromprofils SP sind somit beispielsweise die Vorladezeitdauer t_pch und/oder die Zeitdauer t_l und/oder die Zeitdauer t_2 und/oder die Haltezeitdauer t_hold und/oder der Vorladestrom I pch und/oder der Soll-Spitzenwert I_peak_sp des Stroms und/oder der Haltestrom I_hold. Auch die Einspritzzeitdauer Ti stellt grundsätzlich einen der Profilparameter PP dar.
Ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine, das in dem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert ist und in der Steuervorrichtung 25 während des Betriebs abgearbeitet wird, ist anhand der Figur 4 offenbart. Das Programm wird in einem Schritt Sl gestartet, in dem bevorzugt Programmparameter initialisiert werden. Der Start in dem Schritt Sl kann beispielsweise zeitnah zu einem Motorstart oder auch später erfolgen. Das Programm verharrt in einem Schritt S2, bis vorgegebene
Aktivierungsbedingungen AB erfüllt sind. Die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen AB können beispielsweise umfassen, dass der Verbrennungsmotor in dem homogenen Betrieb mit stöchio- metrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Leerlauf- oder Teil- lastbereich annähernd stationär betrieben wird. Die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen AB können alternativ oder zusätzlich auch umfassen, dass eine Einfach-Einspritzung gesteuert wird und/oder keine negative Bestromung des elektro- magnetischen Aktuators des Einspritzventils 18 zum Beschleunigen des Schließens der Ventilnadel erfolgt. Die Aktivierungsbedingungen AB können ferner zusätzlich oder alternativ umfassen, dass die Kühlwassertemperatur und/oder Motoröltem- peratur und/oder Temperatur der Endstufeneinheit 25a jeweils in vorgegebenen Temperaturintervallen liegen. Darüber hinaus können die Aktivierungsbedingungen AB alternativ oder zusätzlich umfassen, dass der Kraftstoffdruck auf einen vorgegebenen geringen Druckwert eingestellt ist, der beispielsweise im Bereich von etwa 40 bar liegen kann.
Darüber hinaus können die Aktivierungsbedingungen AB alternativ oder zusätzlich umfassen, dass in dem Stromprofil SP auf die Vorladephase verzichtet wird. Darüber hinaus können die Aktivierungsbedingungen umfassen, dass die Zeitdauer t_l so vorgegeben ist, dass ein Maximalwert I_peak_sp_max innerhalb des so definierten Zeitintervalls erreicht werden kann, wobei der Maximalwert I_peak_sp_max ein Stromwert ist, bei dem sicher die magnetische Sättigung des Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators eingetreten ist.
Im Anschluss an den Schritt S2 wird ein Schritt S4 abgearbeitet, in dem der Soll-Spitzenwert I_peak_sp des Stroms auf einen minimalen Soll-Spitzenwert I_peak_sp_min eingestellt wird, der vorgegeben ist. Der minimale Soll-Spitzenwert
I_peak_sp_min ist bevorzugt so vorzugeben, dass unter Berücksichtigung der Toleranzen, so insbesondere im Bereich des Einspritzventils 18, des Stromprofils SP und/oder des Kraftstoffdrucks, ein sicheres Öffnen der Ventilnadel für die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen AB erreicht ist. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt berücksichtigt, dass die Dynamik des Öffnens der Ventilnadel durch eine Variation von dem Soll-Spitzenwert I_peak_sp hin zu größeren Werten nicht oder nur vernachlässigbar beeinflusst wird. Damit kann das für das Stromprofil SP vorgegebene Modell zur Berechnung der Einspritzzeitdauer Ti eingesetzt werden und so insbesondere die Einspritzzeitdauer Ti abhängig von der zuzumessenden Kraftstoffmenge, dem Kraftstoffdruck und einem Beginnzeitpunkt der Einspritzung ermittelt werden.
Die Schnellladephase peak erfolgt, bis der Ist-Spitzenwert I peak gleich ist dem Soll-Spitzenwert I peak sp des Stroms und mittels eines entsprechenden Timers wird bevorzugt die zugeordnete Zeitdauer t_peak ermittelt. Die Zeitdauer t_2 der Abkommutierungsphase ist insbesondere abhängig von der Versorgungsspannung, der Zeitdauer t_l und auch dem Ist- Spitzenwert I_peak. Die Haltephase hold wird so bemessen, dass die Haltezeitdauer t_hold und die Zeitdauern t_l, t_2 die Einspritzzeitdauer Ti ergeben.
Bevorzugt wird der Schritt S6 mit gleichen Parametern mehrfach durchlaufen, sodass ein Mittelwert der Zeitdauer t_peak bis zum tatsächlichen Erreichen des Soll-Spitzenwertes
I_peak_sp des Stroms ermittelt werden kann.
In einem Schritt S8 werden dann je nach Ausgestaltung Werte- tupel des jeweiligen Soll-Spitzenwertes I_peak_sp und der Zeitdauer t_peak, die gegebenenfalls gemittelt ist, bis zum tatsächlichen Erreichen des Soll-Spitzenwertes I peak sp des Stroms in dem Speicher der Steuervorrichtung insbesondere zwischengespeichert .
In einem Schritt SlO wird der Soll-Spitzenwert I peak sp des Stroms erhöht, um einen Erhöhungswert D I peak sp, der insbe- sondere geeignet so vorgegeben ist, dass sich durch eine gegebene Anzahl von derartigen Erhöhungen erst der Maximalwert I_peak_sp_max ergibt, bei dem bereits sicher die Sättigung des Magnetkreises erreicht ist.
In einem Schritt S12 wird geprüft, ob der Soll-Spitzenwert I_peak_sp des Stroms größer ist als der Maximalwert
I peak sp max . Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S6 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S12 hingegen erfüllt, so ist dann die geeignete Anzahl an Wertetupeln WT ermittelt worden und zwischengespeichert worden und es wird die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt. In dem Schritt S14 wird ein Sättigungsstrom I sat mes ermittelt, der einem Erreichen der magnetischen Sättigung des Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators des Einspritzventils 18 zugeordnet ist. Dies erfolgt bevorzugt durch Ermittlung einer ersten und zweiten Approximationsgeraden AGl, AG2 und anschließender Ermittlung eines Schnittpunktes zwischen der ersten und zweiten Approxi- mationsgeraden AGl, AG2. Die erste Approximationsgerade AGl wird abhängig von denjenigen Wertetupeln WT ermittelt, deren Soll-Spitzenwerte I_peak_sp unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes liegen. Die zweite Approximationsgerade AG2 wird abhängig von denjenigen Wertetupeln WT ermittelt, deren Soll-Spitzenwerte I peak sp oberhalb eines vorgegebenen zweiten Schwellenwertes liegen, der größer ist als der erste Schwellenwert. Der erste und der zweite Schwellenwert sind geeignet so vorgegeben, dass der Sättigungsstrom I_sat_mes, insbesondere sein Referenzwert, sicher zwischen dem ersten und zweiten Schwellenwert liegt. Die Approximationsgeraden AGl, AG2 werden bevorzugt mittels einer Regressionsmethode abhängig von der Methode der kleinsten Fehlerquadrate mittels der jeweils zugeordneten Wertetupel WT ermittelt. Ein beispielhafter Verlauf der Approximationsgeraden AGl, AG2 ist anhand der Figur 3 näher dargestellt. Der Schnittpunkt der beiden Approximationsgeraden AGl und AG2 wird bestimmt und der diesem zugeordnete Stromwert dem Sättigungsstrom I_sat_mes zugeordnet.
In einem Schritt S16 erfolgt dann ein Anpassen zumindest eines der Profilparameter PP des Stromprofils SP und zwar im Hinblick darauf, dass das Einspritzventil 18 tatsächlich das gewünschte Einspritzverhalten zeigt, also insbesondere der
Stromfehler des Stromprofils SP kompensiert wird. Dabei kann eine einfache Zuordnungsvorschrift vorab ermittelt sein und abgespeichert sein. Diese kann insbesondere umfassen, dass zumindest einer der Profilparameter angepasst wird abhängig von dem Sättigungsstrom I_sat_mes und dem vorgegebenen Referenz-Sättigungsstrom. Der vorgegebene Referenz- Sättigungsstrom ist bevorzugt vorab fest in der Steuervorrichtung 25 abgespeichert und beispielsweise durch Messungen an einem Referenz-Einspritzventil mit einer Referenz- Endstufeneinheit ermittelt. Beispielsweise kann zum Anpassen eine relative Abweichung zwischen dem Sättigungsstrom
I_sat_mes und dem Referenz-Sättigungsstrom ermittelt werden und diese als Faktor zum Anpassen des jeweiligen Profilparameters PP eingesetzt werden. Es kann somit ein einzelner Pro- filparameter aber auch mehrere der Profilparameter PP in diesem Schritt angepasst werden.
Das Programm wird anschließend in einem Schritt S18 beendet, es kann dann beispielsweise auch zyklisch erneut in dem
Schritt S18 gestartet werden. Das Programm wird bevorzugt für jede Endstufeneinheit 25a separat durchgeführt, wodurch sich Einspritzventil-individuelle Anpassungen der Profilparameter PP ergeben. Der zumindest eine angepasste Profilparameter PP wird dann im Folgenden für den weiteren Betrieb des Einspritzventils 18 eingesetzt . In Figur 2 sind beispielhaft erfasste Stromverläufe des
Stroms in dem elektromagnetischen Aktuator während der Abarbeitung der Schritte des Programms gemäß der Figur 4 dargestellt, wobei beispielhaft die Approximationsgeraden AGl und AG2 eingezeichnet sind.
Der Effekt der magnetischen Sättigung und der damit einhergehenden Erhöhung der Steigung des Stromanstieges tritt in diesem Ausführungsbeispiel bei zirka 11 A auf und somit beträgt in diesem Ausführungsbeispiel der Sättigungsstrom I_sat_mes zirka 11 A.
In Figur 3 sind beispielhaft die erste und zweite Approximationsgeraden AGl, AG2 dargestellt.
Ein zweites Ablaufdiagramm eines weiteren Programms ist in der Figur 5 dargestellt. Dieses Programm ist insbesondere geeignet für eine Endstufeneinheit 25a, deren Soll-Spitzenwert I_peak_sp des Stroms nicht während des Betriebs der Brennkraftmaschine veränderbar ist. Grundsätzlich kann das Programm jedoch auch bei einer Endstufe eingesetzt werden, deren Soll-Spitzenwert veränderbar ist.
S20 und S22 korrespondierend im Wesentlichen zu denjenigen der Schritte Sl und S2. In einem Schritt S24 wird der Soll-Spitzenwert I_peak_sp des Stroms vorgegeben, der in der Regel fest vorgegeben ist. Dabei ist dieser bevorzugt als der Maximalwert I_peak_sp_max vorgegeben und zwar so, dass die magnetische Sättigung des elektromagnetischen Aktuators sicher erreicht wird. Insbeson- dere wird das vorgegebene Stromprofil SP und das diesem zugeordnete Modell zum Ermitteln der Einspritzzeitdauer Ti eingesetzt und die Einspritzzeitdauer Ti in diesem Zusammenhang bevorzugt abhängig von der zuzumessenden Kraftstoffmenge, dem Kraftstoffdruck und dem gewünschten Beginn des Zumessens des Kraftstoffs ermittelt.
Ab einem vorgegebenen Beginnzeitpunkt innerhalb der Schnellladephase wird in einem Schritt S26 zu jeweils vorgegeben beabstandeten Zeitpunkten der dann jeweils aktuelle Ist- Stromwert erfasst und in einem Schritt S28 zusammen mit der jeweils zugeordneten Zeitdauer, die bezogen ist auf den Beginn der Schnellladephase, als jeweiliges Wertetupel WT in dem Schritt S28 in einem Speicher gespeichert.
In einem Schritt S30 wird geprüft, ob der Ist-Spitzenwert I_peak den Soll-Spitzenwert I_peak_sp des Stroms erreicht hat und somit dann die vorgegebene Anzahl an Wertetupeln WT erfasst und gespeichert sind. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S26 fortgesetzt und eine entsprechendes Wertetupel WT mit einem entsprechend zugeordneten, erhöhten Ist-Stromwert ermittelt. Die Wertetupel WT können bei diesem Vorgehen somit während einer einzigen Zeitdauer t_l ermittelt werden. Alternativ können sie jedoch auch durch entsprechende Mittelung der entsprechenden jeweiligen
Wertetupel von unter im Wesentlichen gleichen Aktivierungsbe- dingen AB und insbesondere Lastbedingungen erfolgenden Durchläufe des Stromprofils SP bezogen auf das jeweilige Einspritzventil 18 gemittelt werden.
In einem Schritt S32 erfolgt dann entsprechend zu dem Vorgehen des Schrittes S14 mittels der in dem Schritt S28 ermittelten Wertetupel WT ein Ermitteln des Sättigungsstromes I sat mes. Ein Schritt S34 korrespondiert dann zu dem Schritt S16 gemäß Figur 4. Ein Schritt S36 korrespondierend zu dem Schritt S18 gemäß der Figur 4.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit
mindestens einem Einspritzventil (18) zum Zumessen von Fluid, das einen elektromagnetischen Aktuator umfasst, mit einer Endstufeneinheit (25a) , die ausgebildet ist zum Erzeugen eines Stromprofils (SP) zum Ansteuern des elektromagnetischen Aktuators mit mindestens einem vorgegebenen Profilparameter (PP) , bei dem
- ein bei Erreichen der magnetischen Sättigung des Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators zugeordneter Sättigungsstrom (I_sat_mes) ermittelt wird und
- abhängig von dem ermittelten Sättigungsstrom
(I sat mes) und einem vorgegebenen Referenz- Sättigungsstrom zumindest ein Profilparameter (PP) ange- passt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem das Stromprofil (SP) eine Schnellanstiegsphase (Peak) umfasst, während der der elektromagnetische Aktuator mit einer im Vergleich zu einer Versorgungsspannung der Endstufeneinheit (25a) erhöhten Treiberspannung beaufschlagt wird, wobei bei verschiedenen Ansteuerungen Soll-Spitzenwerte (I_peak_sp) des Stroms in dem elektro- magnetischen Aktuator variiert werden und jeweilige
Zeitdauern (t_peak) bis zum tatsächlichen Erreichen des jeweiligen Soll-Spitzenwertes (I peak sp) während der Schnellanstiegsphase (Peak) ermittelt werden und die so ermittelten jeweiligen Zeitdauern mit den jeweiligen Soll-Spitzenwerten (I_peak_sp) als Wertetupel (WT) gespeichert werden und abhängig von den ermittelten Werte- tupeln (WT) der Sättigungsstrom (I_sat_mes) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem eine erste Approximationsgerade (AGl) abhängig von denjenigen Wertetupeln (WT) ermittelt wird, deren Soll-Spitzenwerte (I_peak_sp) unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes liegen, und eine zweite Approximationsgerade (AG2) abhängig von denjenigen Wertetupeln (WT) ermittelt wird, deren Soll-Spitzenwerte (I peak sp) oberhalb eines vorgegebenen zweiten Schwellenwertes liegen, der größer ist als der erste Schwel- lenwert, und bei dem der Sättigungsstrom (I_sat_mes) abhängig von einem Schnittpunkt der ersten mit der zweiten Approximationsgeraden (AGl, AG2) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
bei dem die Approximationsgeraden (AGl, AG2) mittels einer Regressionsmethode abhängig von der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Variieren der Soll-Spitzenwerte (I_peak_sp) des Stroms zum Ermitteln der Wertetupel (WT) bei Vorliegen vorgegebener Aktivierungsbedingungen (AB) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem das Stromprofil (SP) eine Schnellanstiegsphase umfasst, während der der elektromagnetische Aktuator mit einer im Vergleich zu einer Versorgungsspannung der Endstufeneinheit (25a) erhöhten Treiberspannung beauf- schlagt wird, wobei während der Schnellanstiegsphase (Peak) zu vorgegebenen verschiedenen Zeitpunkten Ist- Stromwerte des Stroms in dem elektromagnetischen Aktuator ermittelt werden und die so ermittelten jeweiligen Ist-Stromwerte mit den zugeordneten Zeitpunkten als Wer- tetupel (WT) gespeichert werden und abhängig von den ermittelten Wertetupeln (WT) der Sättigungsstrom ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
bei dem eine erste Approximationsgerade (AGl) abhängig von denjenigen Wertetupeln (WT) ermittelt wird, deren Ist-Stromwert unterhalb eines ersten vorgegebenen
Schwellenwertes liegt, und eine zweite Approximationsge- rade (AG2) abhängig von denjenigen Wertetupeln (WT) ermittelt wird, deren Ist-Stromwert oberhalb eines vorgegebenen zweiten Schwellenwertes liegt, der größer ist als der erste Schwellenwert, und bei dem der Sättigungsstrom (I sat mes) abhängig von einem Schnittpunkt der ersten mit der zweiten Approximationsgeraden (AGl, AG2) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei der die Approximationsgeraden (AGl, AG2) mittels ei- ner Regressionsmethode abhängig von der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem das Ermitteln der Ist-Stromwerte zum Ermitteln der Wertetupel (WT) bei Vorliegen vorgegebener Aktivierungsbedingungen (AB) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen (AB) einen homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine mit qua- si-stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis umfassen .
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen (AB) einen Leerlauf oder Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit quasi-stationärem Betrieb umfassen.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen (AB) umfassen, dass eine Kühlwasser- und/oder Motoröltempera- tur und/oder Endstufeneinheit-Temperatur in jeweils vor- gegebenen Temperaturintervallen liegen.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen (AB) umfassen, dass ein Fluiddruck, mit dem das Einspritzven- til (18) eingangsseitig beaufschlagt wird, auf einen vorgegebenen geringen Druckwert eingestellt wird.
14. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil (18) zum Zumessen von Fluid, das einen elektromagnetischen Aktuator umfasst, mit einer Endstufeneinheit (25a) , die ausgebildet ist zum Erzeugen eines Stromprofils (SP) zum Ansteuern des elektromagnetischen Aktuators mit mindestens einem vorgegebenen Profilparameter (PP) ,
wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist,
- bei Erreichen der magnetischen Sättigung eines Magnetkreises des elektromagnetischen Aktuators einen zugeordneten Sättigungsstrom (I_sat_mes) zu ermitteln und
- abhängig von dem ermittelten Sättigungsstrom
(I_sat_mes) und einem vorgegebenen Referenz- Sättigungsstrom zumindest einen Profilparameter (PP) anzupassen .
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