WO2012048881A1 - Vefahren zur ermittlung des öffnungszeitpunktes eines kraftstoffinjektors - Google Patents

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WO2012048881A1
WO2012048881A1 PCT/EP2011/005143 EP2011005143W WO2012048881A1 WO 2012048881 A1 WO2012048881 A1 WO 2012048881A1 EP 2011005143 W EP2011005143 W EP 2011005143W WO 2012048881 A1 WO2012048881 A1 WO 2012048881A1
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WO
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time
control valve
current
determining
fuel injector
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PCT/EP2011/005143
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English (en)
French (fr)
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Martin Brandt
Christian Bendl
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Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3005—Details not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of the control of indirectly driven fuel injectors.
  • the present invention relates to a method for determining the opening time of a control valve of an indirectly driven one having a coil drive
  • the present invention further relates to a corresponding device and a computer program for determining the opening time of a coil drive having a control valve indirectly driven
  • a so-called solenoid actuator controls the valve piston of a control or servo valve, with which the pressure conditions between a control chamber and a valve chamber are influenced.
  • the movement of the valve needle of the fuel injector is determined by the prevailing force ratios, which are determined by a spring and the pressures in the control chamber and in the valve chamber.
  • FIG. 5 shows, in a schematic representation, such an indirectly driven fuel injector 500.
  • the fuel injector 500 has an outer housing 502 and an inner housing 504.
  • Within the inner housing 504 is a slidably mounted valve needle 510, which is biased by a spring 512. This spring pushes the valve needle 510 down, so that in an initial state, an outlet opening 514 of the fuel injector 500 is closed.
  • a control drive 520 In an upper part of the fuel injector 500 shown in FIG. 5, there is a control drive 520.
  • the control drive 520 has a solenoid 522 which is located inside an iron yoke 524.
  • the control drive 520 further has a piston 530 or an armature 530, which is displaceably mounted and can be moved between one through a lower stop surface of the iron yoke 524 and a seat 532 of the control valve 520.
  • the piston 530 is mechanically coupled via a coupling element 528 with a spring 526.
  • the spring 526 is located inside the solenoid 522.
  • the fuel injector 500 further has a control chamber 542, which is connected via a high pressure line 540 to a common rail system 550.
  • a pressure sensor 552 is mounted, with which the pressure in the rail system can be monitored by a control unit, not shown.
  • the control chamber 542 is connected via a thin channel, not shown in Figure 5 with a valve chamber 544. Through this channel, fuel can flow at a relatively low flow rate.
  • the control space 542 is further connected to (a) a pipe not referenced and (b) to a low pressure pipe 546 via the control valve 520.
  • the low pressure line is often referred to as the leakage system 546.
  • the solenoid 522 is energized by applying a voltage U_Solenoid.
  • the control of the solenoid 522 can be done, for example, current-controlled.
  • the current generates a magnetic force (in FIG. 5 denoted by F_solenoid), which acts on the piston 530 of the control valve 520.
  • F_solenoid a magnetic force
  • the piston 530 becomes toward the solenoid 522 and the lower abutment surface of the iron yoke, respectively 524 accelerates.
  • control valve 520 is opened and the high-pressure fuel can escape from the control chamber 542 in the low-pressure line 546.
  • the control valve 520 accelerates the valve needle 510 of the fuel injector 500 500 upwards and the outlet opening 514 is released.
  • the current flow through the solenoid 522 is interrupted.
  • the magnetic force degrades and as soon as the magnetic force falls below the force of the spring 526, the valve piston of the control valve 520 is accelerated down to the closing position.
  • Control chamber 542 is rebuilt and the valve needle 510 of the fuel injector 500 500 is accelerated down to the closed position.
  • the fuel quantity to be injected thus depends directly on the control of the control valve 520.
  • the dynamic behavior of the control valve 520 is influenced primarily by the opening and closing process. Tolerances in the opening and closing behavior of the control valve 520 lead directly to a scatter of the injection quantity.
  • the opening process is characterized by the temporal force build-up of the solenoid 522 and the iron yoke 524 on the piston 530 and the spring force of the spring 526 counteracting this force build-up.
  • the force build-up is in turn determined by the geometric dimensions of the actuator (solenoid 522 and iron yoke 524), the electrical and / or magnetic parameters of the solenoid 522, and essentially by the excitation current or gradient of the excitation current through the solenoid 522.
  • Boost voltage a stabilized voltage in the range between typically 40 volts and 65 volts. This voltage is then applied to the fuel injector in the so-called boost phase and guarantees a reproducible and highly dynamic force buildup on the coil drive or solenoid actuator of the control valve of the indirectly driven fuel injector.
  • the battery voltage in the vehicle can vary depending on the operating conditions in a relatively wide range of typically 6 volts to 19 volts. This has the consequence that the force build-up on the coil drive or solenoid actuator is influenced by the current operating voltage. However, the force build-up on the actuator is the determining variable of the valve dynamics of the control valve. Thus, the opening behavior of the
  • FIG. 6 shows the time characteristic of the voltage applied to the coil drive for an indirectly driven fuel injector (a), (b) the time course of the coil current flowing through the coil drive, and (c) the time profile of the injection rate.
  • the solid lines result from measurements in which the available battery voltage is 19 volts.
  • the dashed lines result from measurements in which the available battery voltage is 9 volts.
  • the total amount of fuel injected during an injection process results from the time integral over the injection rate and is therefore significantly dependent on the injection rate and its time course.
  • the start of injection not only influences the duration of the injection, but also also in certain drive ranges, the maximum rate that can be achieved during the injection.
  • a fast power build-up is favored by a high (battery) voltage and finally by a high current through the coil drive of the control valve.
  • the invention has the object to improve the quantity accuracy of indirectly driven Kraftstoffin ectors.
  • Fuel injector described for an internal combustion engine of a motor vehicle is in particular an indirectly driven diesel fuel injector.
  • the described method comprises (a) detecting the temporal (B) determining a current integral over the sensed current magnitude as a function of time from a predetermined start time; and (c) determining a time at which the current integral is at least a predetermined one
  • the described opening-time determination method is based on the finding that there is a direct correlation between the opening time of the control valve, which is detectable for example by a pressure drop in a fuel line for the indirectly driven fuel injector, and the current integral as purely electrical operating variable of the control valve. It has been found that the control valve of indirectly driven Kraftstoffin ector regardless of boundary conditions such as the temperature or a leakage back pressure, which rests against the indirectly driven Kraftstoffinj ector, opens to a good approximation, if that determined as a function of time Current integral over the current flowing through the coil drive current reaches a certain reference value. Since the time course and in particular the size of the current integral also depends on the voltage with which the current is fed into the coil drive, the naturally existing dependence of the opening time of the control valve is taken into account by this voltage by the inventive dependence of the opening time of the current integral.
  • the predetermined starting time is within a time window before the start of the application of the control valve with the current or the voltage causing the current. Since the control and in particular the timing of the control of the control valve in an engine control of the motor vehicle is well known, the predetermined starting time can be easily selected in a simple manner, so that he on the one hand in good time before the start of control of the control valve and on the other hand is not too long before the start of this control, so that possibly occurring and possibly disturbing fluctuations in the detection of the time course of the current does not fall too much weight.
  • the increase in the current integral is monitored as a function of time. As soon as the current integral reaches the stated reference value, it is assumed that the control valve of the indirectly driven injection injector opens. Due to the described use of the current integral, the opening time of the control valve can be independent of other measurands such as e.g. a pressure measurement, a temperature measurement, etc. and unaffected by other operating conditions such as a possibly currently present activity of a fuel pump and / or a current fuel injection by means of another fuel injector, which is connected to the same fuel line can be determined with high accuracy.
  • the reference value used can be determined within the scope of test injections, for example in a specially provided engine test apparatus.
  • the reference value is at stable operating conditions, for example at a voltage of 14 volts and free from
  • Pressure fluctuations in a fuel injector supplying the fuel line determined.
  • the pressure drop described results on the opening of the control valve.
  • the time of occurrence of the pressure drop corresponds to the time at which the control valve actually opens.
  • the opening point of the control valve which is determined hydraulically based on the pressure drop, can also be used for regular calibration in connection with the determination of the current integral, under certain boundary conditions test drives for generating only a switching leak of the injection valve and not yet for generating an actual injection and thus the value of the current integral at the time of opening is determined. With this specific and possibly updated value, the opening of the control valve is then detected in the further course of the drive cycle (or beyond). This can then also be done under operating conditions in which this would not be possible with the one pressure signal.
  • the predetermined current integral reference value depends on the pressure in the fuel line.
  • determining the predetermined current integral reference value further comprises (a) measuring the pressure in the fuel line, and (b) storing the measured current integral and the measured pressure in a memory of an engine controller of the motor vehicle, wherein the measured current integral for the measured pressure is the pressure dependent predetermined current integral reference value.
  • the described determination of the current integral reference value is preferably carried out at a fixed and preferably particularly stable nominal or reference voltage.
  • the nominal or reference voltage is again the voltage applied to the coil drive in order to provide the current required to activate the control valve.
  • a dependence of the opening behavior and in particular of the actual opening time of the pressure of the fuel to be injected may be due to the fact that the control valve is not perfectly pressure-balanced, because, for example, the geometry of the control valve changes depending on the pressure of the fuel. In particular, with an increase in the fuel pressure, even a slight widening of the valve seat, for example by a few micrometers, may occur.
  • the determination of the predetermined pressure-dependent current integral reference value is carried out for different pressures in the fuel line. This means that the above-described method for determining the (pressure-dependent) predetermined current integral reference value for different pressures is performed. In this way, a corresponding current integral reference value is stored in the memory of the engine controller for each measured pressure which is then used in the above-described determination of the opening time of the control valve.
  • the coil drive for generating the current flowing through the coil drive current is applied to a voltage corresponding to the battery voltage of a battery of the motor vehicle.
  • a method for driving an indirectly driven fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle comprising (a) determining the opening timing of the control valve by using the method described above for determining the opening timing of a spool drive control valve of an indirectly driven fuel injector,
  • the driving method described is based on the knowledge that the time shift of this actual opening time point relative to a reference opening time point t 0 can be determined based on the knowledge of the actual opening time of the control valve. In order to adapt and optimize the activation time for subsequent injection processes, this time shift can then be added to or subtracted from the previous activation time depending on the sign. In this way, a change in the effective activation duration of the control valve caused by an opening time shift (in particular as a result of a changed drive voltage for the coil drive) can be compensated and the actual injection duration of the indirectly driven one
  • Fuel injector be optimized.
  • the actual start of injection of an indirectly driven fuel injector typically has a certain hydraulic delay compared to the opening of the control valve.
  • This hydraulic delay which can be accurately measured, for example, on a motor test bench, is independent of the voltage applied to the coil drive, in a good approximation.
  • a dependence of this hydraulic delay is given by the pressure of the fuel applied to the fuel injector, which dependency, however, can also be determined in the context of test or calibration procedures, for example in an engine test bench.
  • the Actual operation of the engine may then utilize the fuel pressure information, which is provided in a known manner by a pressure sensor in the fuel line, to account for the currently occurring hydraulic deceleration in driving the control valve or coil drive of the control valve ,
  • Fuel injector described for an internal combustion engine of a motor vehicle comprises (a) a detection unit for detecting the time profile of the current intensity of a current flowing through the coil drive current, (b) a determination unit for determining a
  • the device described is based on the finding that the opening time of the control valve of an indirectly driven Kraftstoffinj ector by means of detection of the current integral, which rises steadily with the beginning of the current flow through the coil drive, can be detected.
  • the opening time of the control valve is the time at which this current integral reaches a certain reference value as a function of time.
  • At least some of the mentioned units of the device according to the invention and in particular all of these units can be realized by means of a microprocessor.
  • the micro-processor may be part of an engine control for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a computer program for determining the opening timing of a spool drive control valve of an indirectly driven fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle is described.
  • the computer program when executed by a processor, is arranged to control the above-described method for determining the opening timing of a spool drive control valve of an indirectly driven fuel injector.
  • the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc.
  • the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.).
  • the instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions.
  • the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
  • the invention can be implemented either by means of a computer program, ie software, or by means of one or more special electrical circuits, ie in hardware or in any desired manner hybrid form, ie by means of software components and hardware components.
  • FIG. 1 shows the pressure curve in the fuel supply line for an indirectly driven fuel injector.
  • FIG. 2 shows the time profile of the pressure in the fuel supply line for an indirectly driven fuel injector for two different long electrical activation periods (a);
  • FIG. 3 shows the time course of the integrated current through the coil drive for two different operating voltages.
  • FIGS. 4a to 4c illustrate an adaptation of the activation duration of a control valve of an indirectly driven fuel injector based on a determination of the actual opening time of the control valve.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a known from the prior art indirectly driven fuel injector.
  • FIG. 6 shows, for an indirectly driven fuel injector (a), the time curve of the voltage applied to the coil drive, (b) the time course of the coil current flowing through the coil drive, and (c) the time profile of the injection rate.
  • Figure 1 shows the pressure curve in the fuel supply line for an indirectly driven fuel injector for different battery voltages, which are used in the context of a low-voltage concept for driving the coil of the control valve of the indirectly driven fuel injector.
  • the timing of the opening of the control valve of the indirectly driven Kraftstoffinj injector each result from a significant pressure drop and are marked in Figure 1 by a solid circle.
  • the dotted line 161 shows the pressure curve at a first battery voltage Ul.
  • the corresponding opening time is indicated by the reference numeral 161a.
  • the dashed line 162 shows the pressure curve at a second battery voltage U2, which is greater than the first battery voltage Ul.
  • the corresponding opening time is indicated by reference numeral 162a.
  • the solid line 163 shows the pressure curve at a third battery voltage U3, which is greater than the second battery voltage U2.
  • the corresponding opening time is indicated by reference numeral 163a.
  • FIG. 1 shows that the opening time of the control valve of the indirectly driven fuel injector depends on the available battery voltage.
  • FIG. 2 shows the time profile of the pressure in the fuel supply line (upper diagram) for an indirectly driven fuel injector for two different long electrical activation periods ti of the control valve (a),
  • Pressure curve at a second relatively long compared to the first drive duration drive time of the control valve results in the opening time of the control valve, which is illustrated in all diagrams with a filled circle 171a.
  • the curve 173 shows the course of the injection rate at the first drive duration
  • the curve 174 shows the course of the injection rate at the second drive duration 174.
  • the actual start of the injection follows the opening time 171a with a certain temporal Delay, which is referred to as so-called hydraulic delay At.
  • the curve 175 shows the current integral / Idt at the first drive duration.
  • the curve 176 shows the current integral J " Idt at the second drive duration, which reaches a significantly higher value as a result of the longer electrical drive ti. If an opening of the control valve of the indirectly driven fuel injector actually occurs, this opening time 171a does not depend to a good approximation on the duration of the electrical drive Control of the servo valve from. From the behavior illustrated in FIG. 2 for the respective current integral Jidt, it is also clear that the opening time of the control valve depends on the current integral Idt.
  • the opening time (detectable by a drop in pressure in the fuel line) is determined by the time integral over the course of the current through the coil drive of the control valve.
  • This pressure-dependent value of the integral Yidt can now be used as a reference value Jldt ref for opening detection of the servo valve at other available battery voltages.
  • An appropriate opening time at this Referenz concerned. Nominal voltage can then be used as a reference opening time or as reference time to for determining a correction value for the electrical control of the control valve in the context of subsequent injection operations.
  • the line provided with the reference numeral 181 shows the current integral J " Idt at a first battery voltage which, according to the exemplary embodiment illustrated here, amounts to 9 volts .
  • the corresponding opening time, which is identified by the reference numeral 181a, is slightly above 700 ⁇ .
  • the line provided with the reference numeral 182 shows the current integral Yidt at a second battery voltage, which is 19 volts according to the exemplary embodiment shown here.
  • the corresponding opening time, which is designated by the reference numeral 182a is slightly over 600 is.
  • both opening times 181a and 182a occur independently of voltage with high accuracy exactly as soon as a current integral reference value Jldt ref is reached.
  • FIGS. 4a to 4c illustrate an adaptation of the activation duration of a control valve of an indirectly driven fuel injector based on a determination of the actual opening time of the control valve.
  • 4 a shows, at a reference or nominal voltage U ref, the relationship between a desired fuel injection quantity q per injection pulse (predetermined, for example, by the driver's request or the position of an accelerator pedal) and the electrical actuation duration ti of the control valve of an indirectly driven fuel injector , For a desired injection quantity amount qb as results in a certain electrical drive time tibas-
  • the curve shown in Figure 4a is typically stored in a so-called. Basis ti table in an engine control.
  • This base ti-table has different value pairs for different fuel pressures, consisting of an injection quantity q and the associated activation time ti.
  • FIG. 4a illustrates a detail of such a base ti table for a specific pressure. According to the embodiment shown here is in
  • a calibration is initially carried out in a calibration mode in which the corresponding adaptation values are generated with the aid of test pulses at the reference voltage.
  • test pulses are carried out for generating only one switching leakage in the indirectly driven fuel injector.
  • the value of the current integral, in which the fuel pressure begins to break down and the corresponding time after the start of control are stored as reference values (/ Idt r ef and t 0 ) in the adaptation map (see Figure 4b). Since the reference value and the reference time are pressure-dependent, this happens for a number of different fuel pressures.
  • the corresponding current is integrated with any fluctuating battery voltages during each actuation of the control valve.
  • the corresponding opening time is determined. This is illustrated in FIG. 4b for a voltage greater than the reference voltage (dotted line) and for a voltage less than the reference voltage (dashed line).
  • the corresponding deviation tkor this time from the reference time t 0 is then used to correct the effective driving time.
  • FIG. 4c shows the correspondingly adapted ti-table for the above-mentioned voltage, which is greater than the reference voltage.
  • ti bas a shortening of the electrical activation duration ti to an adapted electrical activation duration ti adap t results .
  • an injector individual reference value J " Idt re f and an injector individual reference drive time t 0 are thus determined based on a reference pressure drop in the fuel line of an indirectly driven fuel injector at a nominal battery voltage (eg 14 volts)
  • the injector-individual opening behavior of the corresponding control valve can be easily corrected by the following equation: tladapt - tibas + tlkor
  • the method described has the advantage, inter alia, that no additional sensors for detecting changes in the injection quantities are necessary for its implementation.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors (500) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren weist auf (a) Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (b) Bestimmen eines Stromintegrals über die erfasste Stromstärke als Funktion der Zeit ausgehend von einem vorgegebenen Startzeitpunkt, und (c) Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem das Stromintegral zumindest einen vorbestimmten Stromintegral-Referenzwert erreicht, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils ist. Es wird ferner eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zum Ermitteln des Öffnungszeitpunktes eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors beschrieben.

Description

Beschreibung
VEFAHREN ZUR ERMITTLUNG DES ÖFFNUNGS EITPUNKTES EINES KRAFTSTOFFINJEKTORS
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen
KraftstoffInjektors . Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zum Ermitteln des ÖffnungsZeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen
Kraftstoffinjektors .
Bei indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektoren steuert ein sog. Solenoid-Aktor den Ventilkolben eines Steuer- bzw. Servoventils , mit dem die Druckverhältnisse zwischen einem Steuerraum und einem Ventilraum beeinflusst werden. Die Bewegung der Ventilnadel des Kraftstoffinjektors wird dabei von den jeweils vorherrschenden Kraftverhältnissen bestimmt, welche durch eine Feder sowie den Drücken im Steuerräum und im Ventilraum bestimmt sind. Diese Druckverhältnisse lassen sich durch die Ansteuerung des
Steuerventils kontrollieren.
Figur 5 zeigt in einer schematischen Darstellung einen derartigen indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektor 500. Der Kraftstoffinj ektor 500 weist ein äußeres Gehäuse 502 sowie ein inneres Gehäuse 504 auf. Innerhalb des inneren Gehäuses 504 befindet sich eine verschiebbar gelagerte Ventilnadel 510, welche von einer Feder 512 vorgespannt wird. Diese Feder drückt die Ventilnadel 510 nach unten, so dass in einem Ausgangszustand eine Aus- trittsöffnung 514 des Kraftstoffinjektors 500 geschlossen ist. In einem in Figur 5 dargestellten oberen Teil des Kraftstoffinj ektors 500 befindet sich ein Steuerantrieb 520. Der Steuerantrieb 520 weist ein Solenoid 522 auf, welches sich innerhalb eines Eisenjochs 524 befindet. Der Steuerantrieb 520 weist ferner einen Kolben 530 bzw. einen Anker 530 auf, welcher verschiebbar gelagert ist und zwischen einer durch eine untere Anschlagfläche des Eisenjochs 524 und einem Sitz 532 des Steuerventils 520 bewegt werden kann. Der Kolben 530 ist über ein Koppelelement 528 mit einer Feder 526 mechanisch gekoppelt. Die Feder 526 befindet sich innerhalb des Solenoids 522.
Der Kraftstoffinj ektor 500 weist ferner einen Steuerraum 542 auf, welcher über eine Hochdruckleitung 540 mit einem Common Rail System 550 verbunden ist. An dem Rail System ist ein Drucksensor 552 angebracht, mit dem der Druck in dem Rail System von einer nicht dargestellten Steuereinheit überwacht werden kann. Der Steuerraum 542 ist über einen in Figur 5 nicht dargestellten dünnen Kanal mit einem Ventilraum 544 verbunden. Durch diesen Kanal kann mit einer relativ geringen Flussrate Kraftstoff fließen. Der Steuerraum 542 ist ferner (a) über eine nicht mit einem Bezugszeichen versehene Leitung und (b) über das Steuerventil 520 mit einer Niederdruckleitung 546 verbunden. Die Niederdruckleitung wird häufig auch als Leckage-System 546 bezeichnet .
Soll eine Einspritzung ausgelöst werden, so wird der Solenoid 522 durch Anlegen einer Spannung U_Solenoid bestromt. Die An- steuerung des Solenoids 522 kann dabei beispielsweise stromgeregelt erfolgen. Der Strom generiert dabei eine Magnetkraft (in Figur 5 mit F_Solenoid bezeichnet) , die auf den Kolben 530 des Steuerventils 520 wirkt. Sobald diese Magnetkraft die von der Feder 526 ausgeübte Kraft (in Figur 5 mit F_Feder bezeichnet) , die das Steuerventil 520 im unbestromten Fall in der geschlossenen Position fixiert, überwindet, wird der Kolben 530 in Richtung des Solenoids 522 bzw. der unteren Anschlagfläche des Eisenjochs 524 beschleunigt. Dadurch wird das Steuerventil 520 geöffnet und der unter Hochdruck stehende Kraftstoff kann aus dem Steuerraum 542 in die Niederdruckleitung 546 entweichen. Der resultierende Druckunterschied zwischen dem Druck in dem 544 Ventilraum und dem Druck in dem Steuerraum 542 beschleunigt dann die Ventilnadel 510 des Kraftstoffinj ektors 500 nach oben und die Austrittsöffnung 514 wird freigegeben.
Soll die Einspritzung beendet werden, so wird der Stromfluss durch den Solenoid 522 unterbrochen. Die Magnetkraft baut sich ab und sobald die Magnetkraft die Kraft der Feder 526 unterschreitet, wird der Ventilkolben des Steuerventils 520 in die Schließposition nach unten beschleunigt. Der Hochdruck im
Steuerraum 542 wird erneut aufgebaut und die Ventilnadel 510 des Kraftstoffinj ektors 500 wird nach unten in die Schließposition beschleunigt . Die einzuspritzende KraftStoffmenge hängt damit direkt von der Ansteuerung des Steuerventils 520 ab. Das dynamische Verhalten des Steuerventils 520 wird dabei vornehmlich durch den Öffnungsund Schließvorgang beeinflusst. Toleranzen im Öffnungs- und Schließverhalten des Steuerventils 520 führen direkt zu einer Streuung der Einspritzmenge.
Der Öffnungsvorgang ist durch den zeitlichen Kraftaufbau des Solenoids 522 und des Eisenj ochs 524 auf den Kolben 530 sowie der diesem Kraftaufbau entgegenwirkenden Federkraft der Feder 526 charakterisiert. Der Kraftaufbau ist wiederum durch die geometrischen Dimensionen des Aktors (Solenoid 522 und Eisenjoch 524) , den elektrischen und/oder magnetischen Parametern des Solenoids 522 sowie im Wesentlichen durch den Erregerstrom bzw. durch den Gradienten des Erregerstroms durch das Solenoid 522 bestimmt.
Derzeit sind verschiedene Konzepte für die Ansteuerung von (Solenoid) Kraftstoffinj ektoren bekannt . Generell unterscheidet man dabei zwischen sog. Hochspannungskonzepten und Nieder- spannungskonzepten.
Bei den Hochspannungskonzepten wird über eine aufwendige Schaltung im Steuergerät eine stabilisierte Spannung (sog. Boostspannung) im Bereich zwischen typischerweise 40 Volt und 65 Volt bereitgestellt. Diese Spannung wird dann in der sogenannten Boostphase an den KraftstoffInjektor angelegt und garantiert einen reproduzierbaren und hochdynamischen Kraftaufbau am Spulenantrieb bzw. Solenoidaktor des Steuerventils des indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors .
Bei den Niederspannungskonzepten steht zur Ansteuerung des Solenoidaktors nur die Batteriespannung des entsprechenden Fahrzeugs zur Verfügung. Dies hat den Vorteil, dass eine aufwendige Schaltung zur Generierung der Boostspannung nicht erforderlich ist und damit eine beträchtliche Kostenersparnis bei der Herstellung von Einspritzsystemen erzielt werden kann. Der Nachteil von Niederspannungskonzepten besteht jedoch darin, dass die Batteriespannung im Fahrzeug je nach Betriebsbedingungen in einem relativ weiten Bereich von typischerweise 6 Volt bis 19 Volt schwanken kann. Dies hat zur Folge, dass der Kraftaufbau am Spulenantrieb bzw. Solenoidaktor durch die aktuelle Betriebsspannung beeinflusst wird. Der Kraftaufbau am Aktor ist jedoch die bestimmende Größe der Ventildynamik des Steuerventils. Somit hängen das Öffnungsverhalten des
Servoventils und dadurch auch die Einspritzrate direkt von der aktuellen Spannung am Injektor ab. Figur 6 zeigt für einen indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektor (a) den Zeitverlauf der an dem Spulenantrieb anliegenden Spannung, (b) den Zeitverlauf des durch den Spulenantrieb fließenden Spulenstroms und (c) den Zeitverlauf der Einspritzrate. Die durchgezogenen Linien resultieren aus Messungen, bei denen die zur Verfügung stehende Batteriespannung 19 Volt beträgt. Die gestrichelten Linien resultieren aus Messungen, bei denen die zur Verfügung stehende Batteriespannung 9 Volt beträgt .
Die insgesamt während eines Einspritzvorgangs eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt sich aus dem zeitlichen Integral über die Einspritzrate und ist damit maßgeblich von der Einspritzrate und deren zeitlichen Verlauf abhängig. Dabei beeinflusst der Einspritzbeginn nicht nur die Dauer der Einspritzung, sondern auch in bestimmten Ansteuerbereichen die maximale Rate, die während der Einspritzung erreicht werden kann.
Wie oben beschrieben, führt ein schneller Kraftaufbau zu einem schnellen Öffnen des Steuerventils und somit auch zu einem schnellen Öffnen der Düsennadel des indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors . Ein schneller Kraftaufbau wird dabei durch eine hohe (Batterie) Spannung und letztendlich durch eine hohe Stromstärke durch den Spulenantrieb des Steuerventils be- günstigt.
Diese Überlegungen erklären somit den Unterschied zwischen den beiden in der unteren Abbildung von Figur 6 dargestellten Kurvenverläufen. Bei einer höheren zur Verfügung stehenden Batteriespannung öffnet das Steuerventil schneller und der resultierende Einspritzvorgang beginnt (nach einer gewissen hydraulischen Verzögerung) früher. Dadurch ergibt sich bei der höheren Batteriespannung ein größerer Wert für das zeitliche Integral über die Einspritzrate und die insgesamt eingespritzte Kraftstoffmenge pro Einspritzpuls ist größer als bei einer geringeren zur Verfügung stehenden Batteriespannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mengengenauigkeit von indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektoren zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorlie- genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln des ÖffnungsZeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen
Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Der Kraftstoffinjektor ist insbesondere ein indirekt angetriebener Dieselkraftstoffinjektor . Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (b) Bestimmen eines Stromintegrals über die erfasste Stromstärke als Funktion der Zeit ausgehend von einem vorgegebenen Startzeitpunkt, und (c) Ermitteineines Zeitpunkts, zu dem das Stromintegral zumindest einen vorbestimmten
Stromintegral-Referenzwert erreicht, wobei der ermittelte Zeitpunkt der ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils ist.
Dem beschriebenen Öffnungszeitpunkt-Ermittlungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es eine direkte Korrelation zwischen dem ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils, welcher beispielsweise durch einen Druckabfall in einer Kraftstoffleitung für den indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektor detektierbar ist, und dem Stromintegral als rein elektrische Betriebsgröße des Steuerventils gibt. Es wurde nämlich herausgefunden, dass das Steuerventil des indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektors unabhängig von Randbedingungen wie zum Beispiel der Temperatur oder einem Leckage-Gegendruck, welcher an dem indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektor anliegt, in guter Näherung genau dann öffnet, wenn das als Funktion der Zeit bestimmte Stromintegral über den durch den Spulenantrieb fließenden Strom einen gewissen Referenzwert erreicht. Da der zeitliche Verlauf und insbesondere die Größe des Stromintegrals auch von der Spannung abhängig ist, mit der der Strom in den Spulenantrieb eingespeist wird, wird die selbstverständlich vorhandene Abhängigkeit des ÖffnungsZeitpunkts des Steuerventils von dieser Spannung durch die erfindungsgemäße Abhängigkeit des ÖffnungsZeitpunkts von dem Stromintegral berücksichtigt .
Der vorgegebene Startzeitpunkt liegt dabei innerhalb eines Zeitfensters vor dem Beginn der Beaufschlagung des Steuerventils mit dem Strom bzw. der den Strom verursachenden Spannung. Da die Ansteuerung und insbesondere der Zeitverlauf der Ansteuerung des Steuerventils in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges genau bekannt ist, kann der vorgegebene Startzeitpunkt auf einfache Weise geeignet gewählt werden, so dass er einerseits rechtzeitig vor dem Beginn der Ansteuerung des Steuerventils und anderseits nicht zu lange vor dem Beginn dieser Ansteuerung liegt, so dass ggf. auftretende und ggf. störende Fluktuationen bei der Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke nicht zu sehr ins Gewicht fallen.
Anschaulich gesprochen wird die Zunahme des Stromintegrals als Funktion der Zeit überwacht. Sobald das Stromintegral den genannten Referenzwert erreicht, wird davon ausgegangen, dass das Steuerventil des indirekt angetriebenen Einspritzinjektors öffnet. Durch die beschriebene Verwendung des Stromintegrals kann der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils unabhängig von anderen Messgrößen wie z.B. einer Druckmessung, einer Temperaturmessung etc. und unbeeinflusst von anderen Betriebsbedingungen wie beispielsweise einer ggf. aktuell vorliegenden Aktivität einer Kraftstoffpumpe und/oder einer aktuellen Kraftstoffeinspritzung mittels eines anderen Kraftstoffin- jektors, der an die gleiche Kraftstoffleitung angeschlossen ist, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Der verwendete Referenzwert kann im Rahmen von Testeinspritzungen beispielsweise in einer speziell dafür vorgesehenen Motor-Testapparatur ermittelt werden. Bevorzugt wird der Referenzwert dabei bei stabilen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einer Spannung von 14 Volt und frei von
Druckschwankungen in einer den Einspritzinjektor mit Kraftstoff versorgenden Kraftstoffleitung, ermittelt.
Es wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Verfahren selbstverständlich auch mittels einer digitalen Verarbeitung von Messdaten durchgeführt werden kann. In diesem Fall wird das
Stromintegral durch eine Summation über verschiedene digitale Messwerte gebildet, die der jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmten Stromstärke entsprechen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bestimmen des vorbestimmten Stromintegral-Referenzwertes auf. Das Bestimmen dieses vorbestimmten Stromintegral-Referenzwertes umfasst (a) ein Detektieren des Zeitpunkts eines Druckabfalls in einer Kraftstoffleitung, über die dem Kraftstoffinjektor Kraftstoff zugeführt wird, und (b) ein Messen des Stromintegrals zu dem detektierten Zeitpunkt, wobei das gemessene Stromintegral der vorbestimmte Strominteg- ral-Referenzwert ist.
Wie bereits oben beschrieben, resultiert der beschriebene Druckabfall auf der Öffnung des Steuerventils. Damit entspricht der Zeitpunkt des Auftretens des Druckabfalls dem Zeitpunkt, zu dem das Steuerventil tatsächlich öffnet. Das gemessene
Stromintegral ist damit die Strommenge (in der Einheit Ampere Sekunden) durch den Spulenantrieb, die sich ab dem vorgegebenen Startzeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt des Druckabfalls akkumuliert hat.
Es wird darauf hingewiesen, dass der hydraulisch basierend auf dem Druckabfall bestimmte Öffnungszeitpunkt des Steuerventils in Verbindung mit der Bestimmung des Stromintegrals auch für eine regelmäßige Kalibrierung verwendet werden kann, bei der unter bestimmten Randbedingungen Testansteuerungen zur Erzeugung lediglich einer Schaltleckage des Einspritzventils und noch nicht zur Erzeugung einer tatsächlichen Einspritzung ausgeführt werden und damit der Wert des Stromintegrals zum Öffnungszeitpunkt bestimmt wird. Mit diesem bestimmten und ggf. ak- tualisierten Wert wird dann im weiteren Verlauf des Fahrzyklus (oder darüber hinaus) die Öffnung des Steuerventils detektiert. Dies kann dann auch bei Betriebsbedingungen erfolgen, bei denen dies mit dem einem Drucksignal nicht möglich wäre. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hängt der vorbestimmte Stromintegral-Referenzwert von dem Druck in der Kraftstoffleitung ab. Ferner umfasst das Bestimmen des vorbestimmten Stromintegral-Referenzwertes ferner (a) ein Messen des Drucks in der Kraftstoffleitung, und (b) ein Abspeichern des gemessenen Stromintegrals und des gemessenen Drucks in einem Speicher einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges, wobei das gemessene Stromintegral für den gemessenen Druck der druckabhängige vorbestimmte Stromintegral-Referenzwert ist. Durch die Berücksichtigung des Kraftstoffdruckes bei der Bestimmung des Stromintegral-Referenzwertes kann der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils besonders genau ermittelt werden.
Bevorzugt wird die beschriebene Bestimmung des Stromintegral-Referenzwertes bei einer festen und bevorzugt besonders stabilen Nominal- bzw. Referenzspannung durchgeführt. Die Nominal- bzw. Referenzspannung ist dabei erneut diejenige Spannung, mit der der Spulenantrieb beaufschlagt wird, um den zur Aktivierung des Steuerventils erforderlichen Strom bereit zu stellen.
Eine Abhängigkeit des Öffnungsverhaltens und insbesondere des tatsächlichen ÖffnungsZeitpunktes von dem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs kann darin beruhen, dass das Steuerventil nicht perfekt Druck-ausgeglichen ist, weil sich beispielsweise die Geometrie des Steuerventils abhängig vom Druck des Kraftstoffs ändert. Insbesondere kann es bei einer Erhöhung des Kraftstoffdruckes zu einer wenn auch geringfügigen Verbreiterung des Ventilsitzes beispielsweise um wenige Mikrometer kommen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Bestimmen des vorbestimmten druckabhängigen Stromintegral-Referenzwertes für verschiedene Drücke in der Kraft- stoffleitung vorgenommen. Dies bedeutet, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung des (druckabhängigen) vorbestimmten Stromintegral-Referenzwertes für verschiedene Drücke durchgeführt wird. Auf diese Weise wird in dem Speicher der MotorSteuerung für jeden gemessenen Druck ein entsprechender Stromintegral-Referenzwert abgelegt, der dann bei der oben beschriebenen Bestimmung des Öffnungszeitpunkt des Steuerventils verwendet wird.
Dies kann anschaulich formuliert bedeuten, dass beim Betrieb mit einer Refe enzspannung bzw. NominalSpannung zum tatsächlichen ÖffnungsZeitpunkt , welcher durch einen vorrübergehenden Ein- bruch des Drucks in der Kraftstoffleitung (Raildruck) detektiert wird, das Integral des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes erfasst wird. Dieser vom Raildruck abhängige Wert des Stromintegrals kann im Folgenden als Stromintegral-Referenzwert ( / Idtref ) zur Erkennung der Öffnung des Steuerventils herangezogen werden, wenn der entsprechende indirekt angetriebene Kraftstoffinjektor bei anderen an dem Spulenantrieb anliegenden Spannungen betrieben wird. Die entsprechende Öffnungszeit bei dieser Referenzspannung kann, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, als Referenzöffnungszeitpunkt t0 zur Ermittlung eines Korrekturwertes für eine Ansteuerung des Steuerventils im Rahmen von nachfolgenden Einspritzvorgängen herangezogen werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Spulenantrieb zur Erzeugung des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes mit einer Spannung beaufschlagt, welche der Batteriespannung einer Batterie des Kraftfahrzeuges entspricht. Dies bedeutet, dass das beschriebene Verfahren im Rahmen eines sog. Niederspannungskonzeptes für die Ansteuerung des Spulenantriebs des indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors verwendet wird. Dabei wird auf eine relativ aufwendige Erzeugung einer Spannungsüberhöhung zum Zwecke einer besonders schnellen Ansteuerung des Steuerventils verzichtet. Da bei der Verwendung eines Niederspannungskonzeptes Schwankungen in der Batteriespannung zu signifikanten Verschiebungen des Öffnungszeitpunktes führen können und derartige ÖffnungsZeitpunkt- Verschiebungen durch das beschriebene Verfahren ermittelt und bei nachfolgenden Einspritzvorgänge durch eine entsprechend geänderte Ansteuerung kompensiert werden können, kann das beschriebene Verfahren bei derartigen Niederspannungskonzepten besonders hilfreich sein, um eine optimierte Ansteuerung des indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors zu erreichen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei der Kraftstoffin ektor ein Steuerventil mit einem Spu- lenantrieb aufweist. Das beschriebene Ansteuerverfahren weist auf (a) Ermitteln des ÖffnungsZeitpunkts des Steuerventils durch Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors ,
(b) Optimieren einer Zeitdauer für die Ansteuerung des Spulenantriebs basierend auf dem ermittelten ÖffnungsZeitpunkt, und
(c) Ansteuern des indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors , wobei der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, dessen Zeitdauer gleich der optimierten Zeitdauer ist.
Dem beschriebenen Ansteuerverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass basierend auf der Kenntnis des tatsächlichen ÖffnungsZeitpunkts des Steuerventils die zeitliche Verschiebung dieses tatsächlichen ÖffnungsZeitpunkts relativ zu einem Re- ferenzöffnungsZeitpunkt t0 bestimmt werden kann. Zur Adaption und Optimierung der Ansteuerzeit für nachfolgende Einspritzvorgänge kann dann diese zeitliche Verschiebung je nach Vorzeichen zu der bisherigen Ansteuerzeit addiert oder von dieser subtrahiert werden. Damit kann eine durch eine Öffnungszeit- punktverschiebung (insbesondere infolge einer veränderten AnsteuerSpannung für den Spulenantrieb) verursachte Änderung der effektiven Ansteuerdauer des Steuerventils kompensiert und die tatsächliche Einspritzdauer des indirekt angetriebenen
Kraftstoffinj ektors optimiert werden.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der tatsächliche Einspritzbeginn eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors im Vergleich zu der Öffnung des Steuer- ventils typischerweise eine gewisse hydraulische Verzögerung aufweist. Diese hydraulische Verzögerung, welche beispielsweise an einem Motor-Prüfstand genau gemessen werden kann, ist in guter Näherung von der an den Spulenantrieb angelegten Spannung unabhängig. Allerdings ist eine Abhängigkeit dieser hydrau- lischen Verzögerung von dem Druck des an dem Kraftstoffinjektor anliegenden Kraftstoffs gegeben, welche Abhängigkeit jedoch ebenfalls im Rahmen von Test- bzw. Kalibrierungsprozeduren beispielsweise in einem Motor-Prüfstand bestimmt werden kann. Im tatsächlichen Betrieb des Motors kann dann die Information über den Kraftstoffdruck, welche in bekannter Weise von einem Drucksensor in der Kraftstoffleitung bereitgestellt wird, dafür genutzt werden, um auch noch die aktuell auftretende hydraulische Verzögerung bei der Ansteuerung des Steuerventils bzw. des Spulenantriebs des Steuerventils zu berücksichtigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermitteln des ÖffnungsZeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen
Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Erfassungseinheit zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (b) eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines
Stromintegrals über die erfasste Stromstärke als Funktion der Zeit ausgehend von einem vorgegebenen Startzeitpunkt, und (c) eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem das Stromintegral zumindest einen vorbestimmten Strominteg- ral-Referenzwert erreicht, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils ist.
Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors mittels einer Erfassung des Stromintegrals, welches mit dem Begin des Stromflusses durch den Spulenantrieb stetig ansteigt, detektiert werden kann. Der ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils ist dabei der Zeitpunkt, zu dem dieses Stromintegral als Funktion der Zeit einen gewissen Referenzwert erreicht.
Zumindest einige der genannten Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere alle dieser Einheiten können mittels eines Mikroprozessors realisiert werden. Der Mikro- Prozessor kann Teil einer Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Ermitteln des ÖffnungsZeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Steuern des vorstehen beschriebenen Verfahrens zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors eingerichtet.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines ComputerSystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem Computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann. Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen .
Figur 1 zeigt den Druckverlauf in der Kraftstoff-Zuführungsleitung für einen indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektor .
Figur 2 zeigt für einen indirekt angetriebenen Kraftstoff- in ektor für jeweils zwei unterschiedliche lange elektrische Ansteuerdauern (a) den Zeitverlauf des Drucks in der KraftStoff-Zuführungsleitung,
(b) den Zeitverlauf der Einspritzrate und
(c) den Zeitverlauf des Stromintegrals.
Figur 3 zeigt für zwei verschiedene Betriebsspannungen den zeitlichen Verlauf des integrierten Stroms durch den Spulenantrieb .
Figuren 4a bis c illustrieren eine Adaption der Ansteuerdauer eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors basierend auf einer Ermittlung des tatsächlichen ÖffnungsZeitpunktes des Steuerventils. Figur 5 zeigt in einer Schematischen Darstellung einen aus dem Stand der Technik bekannten indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektor .
Figur 6 zeigt für einen indirekt angetriebenen Kraftstoff- injektor (a) den Zeitverlauf der an dem Spulenantrieb anliegenden Spannung, (b) den Zeitverlauf des durch den Spulenantrieb fließenden Spulenstroms und (c) den Zeitverlauf der Einspritzrate.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Figur 1 zeigt den Druckverlauf in der Kraftstoff-Zuführungsleitung für einen indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektor für verschiedene Batteriespannungen, welche im Rahmen eines Niederspannungskonzeptes zur Ansteuerung der Spule des Steuerventils des indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors verwendet werden. Die Zeitunkte des Öffnens des Steuerventils des indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors ergeben sich jeweils aus einem signifikanten Druckabfall und sind in Figur 1 durch jeweils einen ausgefüllten Kreis gekennzeichnet. Die gepunktet dargestellte Linie 161 zeigt den Druckverlauf bei einer ersten Batteriespannung Ul . Der entsprechende Öffnungszeitpunkt ist mit dem Bezugszeichen 161a gekennzeichnet. Die gestrichelt dargestellte Linie 162 zeigt den Druckverlauf bei einer zweiten Batteriespannung U2 , welche größer ist als die erste Batteriespannung Ul . Der entsprechende Öffnungszeitpunkt ist mit dem Bezugszeichen 162a gekennzeichnet. Die durchgezogene Linie 163 zeigt den Druckverlauf bei einer dritten Batteriespannung U3, welche größer ist als die zweite Batteriespannung U2. Der entsprechende ÖffnungsZeitpunkt ist mit dem Bezugszeichen 163a gekennzeichnet. Aus Figur 1 ergibt sich, dass der ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils des indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors von der zur Verfügung stehenden Batte- riespannung abhängt .
Figur 2 zeigt für einen indirekt angetriebenen Kraftstoffin- jektor für jeweils zwei unterschiedliche lange elektrische Ansteuerdauern ti des Steuerventils (a) den Zeitverlauf des Drucks in der Kraftstoff-Zuführungsleitung (oberes Diagramm) ,
(b) den Zeitverlauf der Einspritzrate (mittleres Diagramm) und
(c) den Zeitverlauf des Stromintegrals (unteres Diagramm) . Die mit dem Bezugszeichen 171 versehene Linie zeigt den Druckverlauf bei einer ersten relativ kurzen Ansteuerdauer des Steuerventils . Die mit dem Bezugszeichen 172 versehene Linie zeigt den
Druckverlauf bei einer zweiten im Vergleich zu der ersten Ansteuerdauer relativ langen Ansteuerdauer des Steuerventils. Aus diesen Druckverläufen ergibt sich der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils, welcher in allen Diagrammen mit einem ausgefüllten Kreis 171a illustriert ist.
In dem mittleren Diagramm zeigt die Kurve 173 den Verlauf der Einspritzrate bei der ersten Ansteuerdauer, die Kurve 174 zeigt den Verlauf der Einspritzrate bei der zweiten Ansteuerdauer 174. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich, folgt der tatsächliche Beginn der Einspritzung dem Öffnungszeitpunkt 171a mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, welche als sog. hydraulische Verzögerung At bezeichnet wird.
In dem unteren Diagramm zeigt die Kurve 175 das Stromintegral /Idt bei der ersten Ansteuerdauer . Die Kurve 176 zeigt das infolge der längeren elektrischen Ansteuerung ti einen deutlich höheren Wert erreichende Stromintegral J"Idt bei der zweiten Ansteuerdauer. Sofern tatsächlich eine Öffnung des Steuerventils des indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors auftritt, hängt dieser ÖffnungsZeitpunkt 171a in guter Näherung nicht von der Dauer der elektrischen Ansteuerung des Servoventils ab. Aus dem in Figur 2 illustrierten Verhalten für das jeweilige Stromintegral Jidt ergibt sich ferner, dass der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils von dem Stromintegral Idt abhängt. Dies bedeutet, dass beim Betrieb des Kraftstoffinj ektors mit einer Referenzspannung bzw. NominalSpannung der Öffnungszeitpunkt (detektierbar durch einen Einbruch des Drucks in der Kraftstoffleitung) durch das zeitliche Integral über den Verlauf des Stroms durch den Spulenantrieb des Steuerventils bestimmt wird. Dieser druckabhängige Wert des Integrals Jidt kann nun als Referenzwert Jldtref zur Öffnungserkennung des Servoventils bei anderen zur Verfügung stehenden Batteriespannungen herangezogen werden. Eine entsprechende Öffnungszeit bei dieser Referenzbzw. NominalSpannung kann dann als Referenzöffnungszeitpunkt bzw. als Bezugszeit to zur Ermittlung eines Korrekturwertes für die elektrische Ansteuerung des Steuerventils im Rahmen von nachfolgenden Einspritzvorgängen verwendet werden.
Figur 3 zeigt für zwei verschiedene Betriebsspannungen den zeitlichen Verlauf des Stromintegrals J"Idt durch den Spulenantrieb des Steuerventils. Die mit dem Bezugszeichen 181 versehene Linie zeigt das Stromintegral J"Idt bei einer ersten Batteriespannung, welche gemäß dem hier dargestellten Aus- führungsbeispiel 9 Volt beträgt. Der entsprechende Öffnungszeitpunkt, welcher mit dem Bezugszeichen 181a gekennzeichnet ist, liegt bei etwas über 700 με . Die mit dem Bezugszeichen 182 versehene Linie zeigt das Stromintegral Jidt bei einer zweiten Batteriespannung, welche gemäß dem hier dargestellten Aus- führungsbeispiel 19 Volt beträgt. Der entsprechende Öffnungszeitpunkt, welcher mit dem Bezugszeichen 182a gekennzeichnet ist, liegt bei etwas über 600 is .
Aus Figur 3 ergibt sich, dass beide ÖffnungsZeitpunkte 181a und 182a spannungsunabhängig mit hoher Genauigkeit genau dann auftreten, sobald ein Stromintegral-Referenzwert Jldtref erreicht wird. Gemäß dem hier dargestellten Aus führungsbeispiel liegt dieser Stromintegral-Referenzwert J"Idtref knapp unter 0,05 A ms (= 5xl0"5 As) .
Die Figuren 4a bis c illustrieren eine Adaption der Ansteuerdauer eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors basierend auf einer Ermittlung des tatsächlichen Öffnungszeitpunktes des Steuerventils. Figur 4a zeigt bei einer Referenz- bzw. NominalSpannung Uref den Zusammenhang zwischen einer gewünschten Kraftstoff-Einspritzmenge q pro Einspritzpuls (vorgegeben z . B . durch den Fahrerwunsch bzw. der Stellung eines Gaspedals) und der elektrischen Ansteuerdauer ti des Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors . Für eine gewünschte Einspritzmenge Menge qbas ergibt sich eine bestimmte elektrische Ansteuerzeit tibas- Die in Figur 4a dargestellte Kurve ist typischerweise in einer sog. Basis ti-Tabelle in einer Motorsteuerung abgelegt. Diese Basis ti-Tabelle weist jeweils für verschiedene Kraftstoffdrücke verschiedene Wertepaare bestehend aus eine Einspritzmenge q und der zugehörigen Ansteuerzeit ti auf. Figur 4a illustriert für einen bestimmten Druck einen Ausschnitt aus einer derartigen Basis ti-Tabelle. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird im
Fahrzeugbetrieb und damit bei schwankenden Batteriespannungen ausgehend von der Basis ti-Tabelle über ein Adaptionskennfeld eine adaptierte ti-Tabelle bestimmt. Diese Adaption wird im Folgenden anhand der Figuren 4b und 4c beschrieben.
Dabei wird zunächst in einem Kalibrierungsmodus eine Kalibrierung durchgeführt, bei der die entsprechenden Adaptionswerte mit der Hilfe von Testpulsen bei der Referenzspannung erzeugt werden. Dazu werden in einem Zeitfenster, in dem der Kraft- stoffdruck in der Kraftstoffleitung stabil ist (keine Pumpenförderung oder Einspritzung) , Testpulse zur Erzeugung von lediglich einer Schaltleckage in dem indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektor durchgeführt. Der Wert des Stromintegrals, bei dem der Kraftstoffdruck beginnt einzubrechen und die dazu entsprechende Zeit nach Ansteuerbeginn, werden als Referenzwerte (/Idtref und t0) im Adaptionskennfeld hinterlegt (vgl. Figur 4b) . Da der Referenzwert und die Referenzzeit druckabhängig sind, geschieht dies für eine Reihe von verschiedenen Kraftstoffdrücken.
Außerhalb des Kalibrierungsmodus wird bei ggf. schwankenden Batteriespannungen während jeder Ansteuerung des Steuerventils der entsprechende Strom integriert. Sobald dieses Integral /Idt den Referenzwert /Idtref erreicht, wird die entsprechende Öffnungszeit bestimmt. Dies ist in Figur 4b für eine Spannung größer als die Referenzspannung (gepunktete Linie) und für eine Spannung kleiner als die Referenzspannung (gestrichelte Linie) illustriert. Die entsprechende Abweichung tkor dieser Zeit von der Referenzzeit t0 wird dann zur Korrektur der effektiven Ansteuerdauer herangezogen.
Figur 4c zeigt die entsprechend adaptierte ti-Tabelle für die o.g. Spannung, welche größer als die Referenzspannung ist. Im vorliegenden Fall ergibt sich ausgehend von tibas eine Verkürzung der elektrischen Ansteuerdauer ti hin zu einer adaptierten elektrischen Ansteuerdauer tiadapt.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird somit ein Injektor-individueller Referenzwert J"Idtref und eine Injektor-individuelle Referenzansteuerzeit t0 basierend auf einem Referenzdruckeinbruch in der Kraftstoffleitung eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors bei einer nominalen Batteriespannung (z.B. 14 Volt) bestimmt. Ferner wird über ein Adaptionskennfeld eine von der aktuell zur Verfügung stehenden Betriebsspannung abhängige Injektor-individuelle Öffnungszeitkorrektur (tkor) bestimmt. Das Injektor-individuelle Öff- nungsverhalten des entsprechenden Steuerventils kann durch folgenden Gleichung auf einfache Weise korrigiert werden: tladapt - tibas + tlkor Das beschriebene Verfahren hat u.a. den Vorteil, dass zu dessen Durchführung keine zusätzlichen Sensoren zur Erkennung von Änderungen der Einspritzmengen notwendig sind.
Bezugszeichenliste
161 Druckverlauf bei erster Batteriespannung Ul
161a ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils bei erster Batte- riespannung Ul
162 Druckverlauf bei zweiter Batteriespannung U2 (U2>U1) 162a Öffnungszeitpunkt des Steuerventils bei zweiter Batteriespannung U2
163 Druckverlauf bei dritter Batteriespannung U3 (U3>U2) 163a ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils bei dritter Batteriespannung U3
171 Druckverlauf bei einer ersten Ansteuerdauer
171a Öffnungszeitpunkt des Steuerventils
172 Druckverlauf bei einer zweiten Ansteuerdauer, welche länger ist als die erste Ansteuerdauer
173 Verlauf der Einspritzrate bei der ersten Ansteuerdauer
174 Verlauf der Einspritzrate bei der zweiten Ansteuerdauer
175 Stromintegral bei der ersten Ansteuerdauer
176 Stromintegral der zweiten Ansteuerdauer
181 Stromintegral bei niedriger Batteriespannung (9 V)
181a ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils bei niedriger
Batteriespannung (9 V)
182 Stromintegral bei hoher Batteriespannung (19 V)
182a ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils bei hoher Batteriespannung (19 V)
500 indirekt angetriebener Kraftstoffinjektor
502 äußeres Gehäuse
504 inneres Gehäuse
510 Ventilnadel
512 Feder
514 Austrittsöffnung
520 Steuerantrieb / Steuerventil
522 Spule / Solenoid
524 Eisenjoch
526 Feder Koppe1e1ement
Kolben / Anker Steuerventil
Sitz Steuerventil
Hochdruckleitung
Steuerraum
Ventilraum
Niederdruckleitung / Leckage-System
Common Rail System
Sensor für Raildruck

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors (500) , insbesondere eines Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Dieselkraftstoffinj ektors (500) , für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes,
Bestimmen eines Stromintegrals über die erfasste Stromstärke als Funktion der Zeit ausgehend von einem vorgegebenen Startzeitpunkt, und
Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem das Stromintegral zumindest einen vorbestimmten Stromintegral-Referenzwert erreicht, wobei der ermittelte Zeitpunkt der ÖffnungsZeitpunkt des Steuerventils ist.
2. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend Bestimmen des vorbestimmten Stromintegral-Referenzwertes, wobei das Bestimmen aufweist
- Detektieren des Zeitpunkts eines Druckabfalls in einer Kraftstoffleitung, über die dem Kraftstoffinj ektor Kraftstoff zugeführt wird, und
- Messen des Stromintegrals zu dem detektierten Zeitpunkt, wobei das gemessene Stromintegral der vorbestimmte Stromintegral-Referenzwert ist.
3. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei
der vorbestimmte Stromintegral-Referenzwert von dem Druck in der Kraftstoffleitung abhängt und wobei
das Bestimmen des vorbestimmten Stromintegral-Referenzwertes ferner aufweist
- Messen des Drucks in der Kraftstoffleitung, und
- Abspeichern des gemessenen Stromintegrals und des gemessenen Drucks in einem Speicher einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges, wobei das gemessene Stromintegral für den gemessenen Druck der druckabhängige vorbestimmte Stromintegral-Referenzwert ist.
4. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei
das Bestimmen des vorbestimmten druckabhängigen Stromintegral-Referenzwertes für verschieden Drücke in der Kraftstoffleitung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spulenantrieb zur Erzeugung des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes mit einer Spannung beaufschlagt wird, welche der Batteriespannung einer Batterie des Kraftfahrzeuges entspricht .
6. Verfahren zum Ansteuern eines indirekt angetriebenen
Kraftstoffin ektors (500) , insbesondere zum Ansteuern eines indirekt angetriebenen Dieselkraftstoffinjektors (500) , für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinj ektor (500) ein Steuerventil (520) mit einem Spulenantrieb aufweist, das Verfahren aufweisend
Ermitteln des Öffnungszeitpunkts des Steuerventils (520) durch Anwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,
Optimieren einer Zeitdauer für die Ansteuerung des Spu- lenantriebs basierend auf dem ermittelten Öffnungszeitpunkt, und
Ansteuern des indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors (500) , wobei der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, dessen Zeitdauer gleich der optimierten Zeitdauer ist.
7. Vorrichtung zum Ermitteln des ÖffnungsZeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors (500) , insbesondere eines Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Diesel- kraftstoffinjektors (500) , für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die Vorrichtung aufweisend eine Erfassungseinheit zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes ,
eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Stromintegrals über die erfasste Stromstärke als Funktion der Zeit ausgehend von einem vorgegebenen Startzeitpunkt, und
eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem das Stromintegral zumindest einen vorbestimmten Stromintegral-Referenzwert erreicht, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Öffnungs Zeitpunkt des Steuerventils ist.
8. Computerprogramm zum Ermitteln des Öffnungs Zeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors (500), insbesondere eines Steuerventils (520) eines indirekt angetriebenen Dieselkraftstoffinj ektors (500) , für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Steuern des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
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