WO2013149924A1 - Bestimmen des zeitlichen bewegungsverhaltens eines kraft-stoffinjektors basierend auf einer auswertung des zeitlichen verlaufs von verschiedenen elektrischen messgrössen - Google Patents

Bestimmen des zeitlichen bewegungsverhaltens eines kraft-stoffinjektors basierend auf einer auswertung des zeitlichen verlaufs von verschiedenen elektrischen messgrössen Download PDF

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electrical
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time
fuel injector
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Frank Denk
Gerd RÖSEL
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of the control of fuel injectors, which have a mechanically coupled to a valve needle magnetic armature and a coil having coil drive for moving the magnetic armature.
  • the present invention relates in particular to a method and a device, a motor control and a computer program for determining the temporal movement behavior of a coil drive fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the determination of the movement behavior based on an evaluation of the time course of an electrical variable of a coil of the Spool drive takes place.
  • the present invention further relates to a method for driving a coil injector having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle based on a with the o.g. Procedure specific temporal movement behavior.
  • directly driven fuel injectors which have a magnetic needle mechanically coupled to a valve needle and a coil drive having a coil for moving the magnetic armature, with the same current / voltage parameters, electrical, magnetic and / or mechanical tolerances occur different temporal opening and / or
  • Closing behavior of the individual fuel injectors This in turn leads to undesirable injector-individual variations in the amount of fuel actually injected.
  • the relative injection quantity differences from fuel injector to fuel injector increase with shorter injection times and thus with smaller injection quantities. It is already important for modern engines, and for future generations of engines it will be even more important in view of a further reduction of pollutant emissions that a high level of accuracy can be ensured even with low fuel quantities to be injected.
  • a high quantity accuracy can only be achieved if the actual movement behavior of the valve needle or of the magnetic armature is known in particular during the opening process and / or during the closing process.
  • the object of the present invention is to characterize the actual movement behavior of a fuel injector, if possible without any additional expenditure on equipment.
  • a method for determining the temporal movement behavior of a coil drive having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the described method comprises (a) acting on a coil of the coil drive with an electrical excitation, which leads to an opening movement of a valve needle, which is coupled to a magnet armature of the coil drive, (b) detecting the time course of a first electrical measurement of the coil , (c) determining the time of the end of the opening movement based on the detected time history of the first electrical measurement, (d) modifying the electrical excitation of the coil so that the valve needle performs a closing movement, (e) detecting the time course of a second electrical Measurement of the coil and (f) determining the time of the end of the closing movement based on the detected time course of the second electrical measurement.
  • one of the two measured quantities is the magnitude of the voltage applied to the coil, and the other of the two measured quantities is the magnitude of the current flowing through the coil.
  • the described method is based on the finding that the time points (a) of the end of the opening movement and (b) the end of the closing movement can be determined particularly accurately by the evaluation of two different electrical measured values and thus obtain important information about the actual movement behavior of the fuel injector become can. This in turn allows a particularly accurate fuel metering for the combustion processes in an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the electrical excitation described can be any desired time characteristic of current and / or voltage, which ensures that a valve needle of the fuel injector is temporarily deflected out of its closed position and thus enables an injection process of the fuel injector.
  • the electrical excitation may have a time course which, for example, has a pre-charge phase, a boost phase, a commutation phase and / or a holding phase in a known manner.
  • the electrical parameters which initially as analog
  • Measured variables are recorded, can be further processed in analog and / or digital form.
  • the respective signal processing may in a known manner include suitable signal conditioning such as amplification, filtering (for example, to remove unwanted high-frequency noise) and / or impedance matching.
  • suitable signal conditioning such as amplification, filtering (for example, to remove unwanted high-frequency noise) and / or impedance matching.
  • a conversion of an analog signal into a corresponding digital signal can take place by means of an analog-digital converter and in particular with a so-called.
  • FDC Fast Analog-Digital Converter
  • the first electrical quantity is the magnitude of the current flowing through the coil
  • the second electrical quantity is the magnitude of the voltage applied to the coil.
  • the measurement of the current intensity can take place by means of a suitable current measuring method in which, for example, the current value is detected digitally via a FADC and the time of the end of the opening movement is detected based on the beginning of the current supply.
  • a suitable current measuring method in which, for example, the current value is detected digitally via a FADC and the time of the end of the opening movement is detected based on the beginning of the current supply.
  • the voltage dropping across a shunt can be measured.
  • the shunt can conceptually be in a current path to ground.
  • the measurement of the height of the voltage applied to the coil drive voltage can be carried out by means of a suitable voltage measuring method, in which the corresponding voltage values detected, for example via a second FADC in a digital manner and based on the end of the energization of the end of
  • Closing movement is detected.
  • the voltage applied to the coil drive voltage can be detected directly, the use of a shunt is not required.
  • a first measurement signal associated with the first electrical measurement quantity is processed by means of a first electronic circuit
  • a second measurement signal associated with the second electrical measurement variable is processed by means of a second electronic circuit.
  • the first electronic circuit is different from the second electronic circuit.
  • the different measurement channels represent an adaptation of the signal to be measured to the input of a corresponding FADC. This applies in particular with regard to the value range of the corresponding measurement signal, in terms of signal resolution and signal impedance.
  • the first and second electronic circuits are different circuits. This means that at least some of the components of the first electronic circuit are not used for the signal processing by means of the second electronic circuit. The same applies vice versa for at least some of the components of the second electronic circuit.
  • the two electronic circuits are preferably completely separated from one another. This means that no component of the first electronic circuit is also associated with the second electronic circuit and conversely that no component of the second electronic circuit is also associated with the first electronic circuit.
  • the method further comprises (a) determining a first time delay in the signal conditioning of the first measuring signal, and (b) determining a second time delay in the signal conditioning of the second measuring signal. Further, the determination of the timing of the end of the opening movement is further based on the first time delay and the determination of the time of the end of the closing movement is further based on the second time delay.
  • each electronic circuit has manufacturing technology through the Use of individual electronic components tolerances. Due to these tolerances, the time constant per channel also varies. In the present case, the variation of the time constants of the first electronic circuit is independent of the variation of the time constants of the second electronic circuit. However, the corresponding deviations are undesirable because, in the absence of compensation, they lead to a generally not to be neglected inaccuracy at the specific times. With the circuit-individual compensation of these time delays described here, production-related tolerances of the electronic circuits for signal processing can thus be recognized and compensated for by a suitably modified activation of the fuel injector.
  • determining the first time delay comprises (a) feeding a first test signal into the first electronic circuit, wherein the first test signal has an at least approximately erratic first level change, and (b) evaluating the time course of a first first output signal of the first electronic circuit, wherein the first output signal is the response of the first electronic circuit to the first test signal.
  • determining the second time delay comprises (a) feeding a second test signal into the second electronic circuit, wherein the second test signal is at least approximately discontinuous second level change, and (b) evaluating the time course of a second output signal of the second electronic circuit, wherein the second output signal is the response of the second electronic circuit to the second test signal.
  • test input signals which have a time characteristic with a sudden level change has the advantage that the individual time delay caused by the respective electronic circuit can be determined in a simple manner. For this it is merely necessary to determine the time span which the respective output signal requires in order to carry out its response level change in response to the erratic level change.
  • the first test signal and / or the second test signal are part (s) of an electrical excitation, with which the coil drive of the fuel injector is acted upon in real operation of the internal combustion engine.
  • Energizing phase begins. As soon as the electronic switches of the current controller hardware have reached the "high-impedance" state, a mutual induction is generated at the coil drive, which determines the point in time at which the voltage applied to the coil of the coil drive changes abruptly.
  • This mutual inductance is limited in a conventional power controller hardware in that the corresponding energy is fed back into a boost circuit located in the relevant power controller hardware. This results in a voltage limitation to a voltage -V_boost, which corresponds approximately to the inverted boost voltage.
  • the current resulting from the induction goes to 0 amps after being fed back via a shunt of the current controller hardware to ground (GND). This then represents the detectable jump in the current profile.
  • the first test signal has a further first level change, which is opposite to the first level change.
  • the second test signal has a further second level change, which is opposite to the second level change. This has the advantage that the time delay caused by the respective electrical circuit can be determined even more accurately.
  • a method for driving a coil injector having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle comprises (a) determining the temporal movement behavior of the fuel injector by means of an above-mentioned method for determining the temporal movement behavior of a coil injector having fuel injector and (b) adjusting the electrical control of the fuel injector based on the determined temporal movement behavior, so that with an injection process, a predetermined amount of fuel is injected.
  • the driving method described is based on the recognition that the above-described method for determining the temporal movement behavior of a fuel injector having a coil drive can be used to control the electrical activation of the fuel injector based on a precise knowledge of (a) the time of the end of the opening. (b) the timing of the end of the closing movement of the valve needle to adjust so that the period of time within which the fuel injector is actually opened, adapted with regard to an optimal fuel injection amount, so that this as exactly as possible for a particular Operating state predetermined set amount corresponds.
  • the quantity accuracy of the fuel injector can be considerably improved, in particular with small quantities, and thus an important contribution can be made to low fuel consumption and / or reduced pollutant emissions.
  • a suitable mathematical method such as e.g. an analogue sampling and / or a
  • This Specified value can in particular represent a standard value for each electronic circuit without tolerances.
  • Fuel injector further from physical system parameters such. Depending on the fuel temperature and the time interval to the previous injection process are dependent, these dependencies can be stored in appropriate VorSteuerkennlinien or VorSteuerkennfeldern or described by a model.
  • a device for determining the temporal movement behavior of a coil drive having a fuel injector for a
  • the device described has (a) an electrical control device, configured to act on a coil of the coil drive with an electrical excitation, which leads to an opening movement of a valve needle which is coupled to a magnet armature of the coil drive, (b) a measuring device, designed to detect the time course of a first electrical measurement of the coil and (c) a Data processing device configured to determine the time of the end of the opening movement based on the detected time profile of the first electrical measured variable.
  • the electrical control device is further configured to modify the electrical excitation of the coil, so that the valve needle performs a closing movement.
  • the measuring device is further configured to detect the time profile of a second electrical measurement variable of the coil.
  • the data processing device is further configured to determine the time of the end of the closing movement based on the detected time profile of the second electrical measured variable, wherein one of the two measured variables is the height of the voltage applied to the coil, and the other of the two measured variables the strength of Current is flowing through the coil.
  • an engine control system for an internal combustion engine of a motor vehicle has (a) a device described above for determining the temporal movement behavior of a coil injector having a fuel injector
  • the motor control described is based on the finding that the device described above can be implemented in an engine control for an internal combustion engine of a motor vehicle and that, based on a precise knowledge of the actual movement behavior of the valve needle of a fuel injector by a modified electric motor.
  • j ector control (i) a suitable compensation of injector-individual tolerances and / or (ii) a suitable compensation of individual electrical tolerances of electronic circuits, which serve for example signal conditioning, can be achieved. This makes it possible to realize a particularly high quantity accuracy for fuel injection processes.
  • a computer program for determining the temporal movement behavior of a coil drive having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle is described.
  • the computer program when executed by a processor, is configured to perform the method of determining the temporal travel behavior of a fuel injector having a coil drive.
  • 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, Blue-ray disk, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory or processor, etc.).
  • the instruction code may program a computer or other programmable device, such as, in particular, an engine combustion engine control unit to perform the desired functions.
  • the computer program in a network such as the Internet, from which it can be downloaded by a user as needed.
  • the invention can be implemented both by means of a computer program, i. by means of software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
  • FIG. 1 shows a device for determining the time
  • Figure 2 illustrates determining one of an electronic
  • Signal conditioning circuit caused time delay based on an evaluation of the time course of an output signal, which compared to the time course of a two-edge having
  • Input test signal is smoothed. It should be noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. In particular, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed to the person skilled in the art with the embodiment variants explicitly illustrated here.
  • FIG. 1 shows a device 100 for determining the temporal movement behavior of a fuel injector.
  • the device 100 has an electrical control device 102, a measuring device 104 and a data processing device 106.
  • the electrical control device 102 is a current control device which is adapted to apply a coil, not shown, of the coil drive with an electrical excitation in the form of a predetermined course of a current flowing through the coil current.
  • the electrical excitation is so strong that it leads to an opening movement of a valve needle which is coupled to a magnet armature of the coil drive.
  • the electrical control device 102 is further configured to modify the electrical excitation of the coil, so that the valve needle performs a closing movement after the opening movement has been carried out.
  • the closing movement can be caused in particular by the spring force of a spring biased by the opening movement.
  • the measuring device 104 is configured to detect the time profile of a first electrical measured variable of the coil, this first measured variable being the strength of the current flowing through the coil.
  • the measuring device 104 is further configured to detect the time course of a second electrical measurement of the coil, wherein the second measured variable is the height of the voltage applied to the coil.
  • the measuring device 104 may be configured in such a way that the electrical measured quantities mentioned are respectively detected exclusively in specific time windows, for example with respect to the beginning or the end of the electrical excitation.
  • the data processing device 106 is set up for evaluating the time profile of the first electrical measured variable or the intensity of the coil current flowing through the coil and for determining the time of the end of the opening movement based on the result of the evaluation of the time profile of the first electrical measured variable.
  • the data processing device 106 is further configured to evaluate the time profile of the second electrical measurement variable or the level of voltage applied to the coil and to determine the time of the end of the closing movement based on the result of the evaluation of the time course of the second electrical measurement variable.
  • the device 100 or at least parts of the device 100, in particular the measuring device 104 and / or the data processing device 106, can be implemented in an engine control for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • FIG. 2 illustrates a determination of a time delay caused by an electronic signal conditioning circuit on the basis of an evaluation of the time profile of an output signal, which is smoothed in comparison to the time profile of a two-edge input test signal.
  • a first test signal 221 is shown, which has two approximately step-shaped level changes in the form of a first edge 221a and a second edge 221b.
  • this first test signal 221 is the course of a voltage U_Injektor, which rests against the coil of the coil drive of the fuel injector. This voltage curve, which in a good approximation even with a normal control of a Fuel injector is applied to an input 241a of a Signalauf preparation circuit 241.
  • the signal conditioning circuit 241 is shown in simplified form in FIG. 2 as a low-pass filter which has an operational amplifier OPV, a resistor R and a capacitor C.
  • a time-delayed first output signal 231 is then output to a fast analog-to-digital converter (FADC), not shown, with the edges 221a, 221b originally present in the first test signal 221 being smoothed.
  • FDC fast analog-to-digital converter
  • the extent of this smoothing which can be analyzed by a FADC downstream evaluation unit (also not shown), is then a measure of the individual time delay caused by the signal conditioning circuit 241. In this case, the individual time delay is determined by the individual tolerances for the components which were installed for the signal conditioning circuit 241.
  • a second test signal 222 having two edges 222a and 222b is supplied to an input 242a of a second signal conditioning circuit 242.
  • this second test signal 222 is the course of a current I_shunt, which flows through a shunt connected in series with the coil of the coil drive of the fuel injector and which, to a good approximation, also occurs in the case of an ordinary control of a fuel injector.
  • the second signal conditioning circuit 242 has the character of a low-pass circuit, which is shown schematically in Figure 2 by means of an operational amplifier OPV, a resistor R and a capacitor C.
  • a second output signal 232 is output at an output 242b of the second signal conditioning circuit 242, with the edges 222a, 222b originally present in the second test signal 222 being smoothed.
  • the extent of this smoothing is supplied to a further evaluation unit (also not shown) after a digitization by a further FADC (not shown).
  • This further evaluation unit analyzes the output signal 232 and determines based on the smoothing made the individual time delay, which is caused by the Signalauf preparation circuit 242. In this case, the individual time delay is determined by the individual tolerances for the components which were installed for the signal conditioning circuit 242.
  • different measuring channels are therefore used for the two measuring signals, one of which is the course of a voltage signal and the other is the course of a current signal, each measuring channel having a signal conditioning circuit 241 or 242 and a FADC, not shown in each case.
  • the evaluation to be carried out by the two FADC after the digitization can be carried out by means of a common evaluation unit or by means of two different evaluation units.
  • the individual determination of the time delay for each measurement channel described here has the advantage that a different time delay through the two electronic circuits can be determined individually for each circuit and taken into account in the determination of the time of the end of the respective movement. As a result, a particularly high accuracy in determining the time of the end of the opening movement and in the determination of the time of the end of the closing movement is achieved. Based on such a precise knowledge of the movement behavior of the individual fuel injector and the time delays by the two individual signal conditioning circuits, then an electrical control of the coil drive of the fuel injector can be adjusted so that a particularly high quantity accuracy of the injected fuel can be achieved. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoff! njektors beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Erregung, welche zu einer Öffnungsbewegung einer Ventilnadel führt, die mit einem Magnetanker des Spulenantriebs gekoppelt ist, (b) Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer ersten elektrischen Messgröße der Spule, (c) Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Messgröße, (d) Modifizieren der elektrischen Erregung der Spule, so dass die Ventilnadel eine Schließbewegung ausführt, (e) Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer zweiten elektrischen Messgröße der Spule und (f) Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der zweiten elektrischen Messgröße. Dabei ist eine der beiden Messgrößen die Höhe der an der Spule anliegenden Spannung und die andere ist die Stärke des durch die Spule fließenden Stromes.

Description

Beschreibung
Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors basierend auf einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs von verschiedenen elektrischen Messgrößen
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei die Bestimmung des Bewegungsverhaltens basierend auf einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Messgröße einer Spule des Spu- lenantriebs erfolgt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges basierend auf einem mit dem o.g. Verfahren bestimmten zeitlichen Bewegungsverhalten.
Beim Betrieb insbesondere von direkt angetriebenen Kraftstoffinj ektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen, mit gleichen Strom/Spannungsparametern kommt es aufgrund von elektrischen, magnetischen und/oder mechanischen Toleranzen zu einem unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs- und/oder
Schließverhalten der individuellen Kraftstoffinj ektoren . Dies wiederum führt zu unerwünschten Injektor-individuellen Variationen in der Menge des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffs. Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffinjektor vergrößern sich jedoch bei kürzer werdenden Einspritzzeiten und damit bei geringen Einspritzmengen. Für moderne Motoren ist es bereits wichtig und für zukünftige Motorengenerationen wird es in Anbetracht einer weiteren Reduzierung von Schadstoffemissionen noch wichtiger sein, dass auch bei geringen einzuspritzenden Kraftstoffmengen eine hohe Mengengenauigkeit gewährleistet werden kann. Eine hohe Mengengenauigkeit kann jedoch nur dann erreicht werden, wenn das tatsächliche Bewegungsverhalten der Ventilnadel bzw. des magnetischen Ankers insbesondere während des Öffnungsvorgangs und/oder während des Schließvorgangs bekannt ist.
Der zum Betrieb eines einen Spulenantrieb aufweisenden
Kraftstoffinjektors benötigte Spulenstrom wird typischerweise durch eine geeignete Stromregler Hardware zur Verfügung gestellt. Der sich einstellende zeitliche Verlauf des Stromes durch die Spule des Spulenantriebs ist dabei unter anderem von der Induktivität und dem elektrischen Widerstand der Spule abhängig. Der elektrische Widerstand setzt sich aus dem ohmschen Widerstand der Wicklung (en) der Spule und dem Widerstand des (ferro ) magnetischen Materials des Kraftstoffinjektors zusammen. Wirbelströme, die aufgrund von magnetischen Flussänderungen im ferromagnetischen Material fließen, werden durch den endlichen elektrischen Widerstand des ( ferro ) magnetischen Materials gedämpft .
Mittels einer präzisen Auswertung des genauen zeitlichen Verlaufs des Spulenstromes oder der Spulenspannung kann das Ende einer Öffnungsbewegung des magnetischen Ankers bzw. der Ventilnadel (der magnetische Anker schlägt an einem mechanischen Öffnungsanschlag an) und auch das Ende der nachfolgenden Schließbewegung des magnetischen Ankers bzw. der Ventilnadel (der magnetische Anker schlägt an einen Ventilsitz an) bestimmt werden. Diese Enden sind nämlich jeweils als Knick in dem Verlauf des Spulenstromes oder der Spulenspannung erkennbar. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst ohne einen zusätzlichen apparativen Aufwand das tatsächliche Bewegungsverhalten eines Kraftstoffinjektors zu charakterisieren .
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das be- schriebene Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Erregung, welche zu einer Öffnungsbewegung einer Ventilnadel führt, die mit einem Magnetanker des Spulenantriebs gekoppelt ist, (b) Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer ersten elektrischen Messgröße der Spule, (c) Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Messgröße, (d) Modifizieren der elektrischen Erregung der Spule, so dass die Ventilnadel eine Schließbewegung ausführt, (e) Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer zweiten elektrischen Messgröße der Spule und (f ) Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der zweiten elektrischen Messgröße. Erfindungsgemäß ist eine der beiden Messgrößen die Höhe der Spannung, welche an der Spule anliegt, und die andere der beiden Messgrößen ist die Stärke des Stromes, welcher durch die Spule fließt .
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Auswertung von zwei verschiedenen elektrischen Messgrößen die Zeitpunkte (a) des Endes der Öffnungsbewegung und (b) des Endes der Schließbewegung besonders genau bestimmt werden können und damit wichtige Erkenntnisse über das tatsächliche Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors gewonnen werden können. Dies wiederum erlaubt eine besonders genaue Kraftstoffzumessung für die Verbrennungsvorgänge in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Die beschriebene elektrische Erregung kann ein beliebiger Zeitverlauf von Strom und/oder Spannung sein, welcher dafür sorgt, dass eine Ventilnadel des Kraftstoffinjektors vor- rübergehend aus ihrer Schließposition ausgelenkt wird und somit einen Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ermöglicht. Die elektrische Erregung kann je nach spezieller Anwendung einen zeitlichen Verlauf haben, welcher in bekannter Weise beispielsweise eine Pre-Charge-Phase, eine Boostphase, eine Abkommutierungsphase und/oder eine Haltephase aufweist. Die elektrischen Messgrößen, welche zunächst als analoge
Messgrößen erfasst werden, können in analoger und/oder digitaler Form weiterverarbeitet werden . Die jeweilige Signalverarbeitung kann in bekannter Weise eine geeignete Signalaufbereitung wie zum Beispiel eine Verstärkung, eine Filterung (beispielsweise zum Entfernen von einem unerwünschten Hochfreguenz-Rauschen ) und/oder eine Impedanzanpassung umfassen. Eine Umwandlung eines Analogsignales in ein entsprechendes Digitalsignal kann mittels eines Analog-Digital-Konverters und insbesondere mit einem sog. Fast Analog-Digital Konverter (FADC) erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste elektrische Messgröße die Stärke des Stromes, welcher durch die Spule fließt, und die zweite elektrische Messgröße ist die Höhe der Spannung, welche an der Spule anliegt. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders hohe Genauigkeit sowohl bei der Bestimmung des Endes der Öffnungsbewegung als auch bei der Bestimmung des Endes der Schließbewegung erreicht werden kann. Die Erfinder des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens haben nämlich erkannt, dass (a) der Verlauf der Öffnungsbewegung besonders genau mittels eines geeigneten Strommessverfahrens und dass (b) der Verlauf der Schließbewegung besonders genau mittels eines geeigneten Spannungsmessverfahrens bestimmt werden kann. Die Messung der Stromstärke kann mittels eines geeigneten Strommessverfahrens erfolgen, bei dem beispielsweise der Stromwert über einen FADC in digitaler Weise erfasst und bezogen auf den Beginn der Bestromung die Zeit des Endes der Öffnungsbewegung detektiert wird. Zur Erfassung der Stromstärke kann die an einem Shunt (Messwiderstand) abfallende Spannung gemessen werden. Der Shunt kann sich konzeptmäßig in einem Strompfad gegen Masse befinden.
Die Messung der Höhe der an dem Spulenantrieb anliegenden Spannung kann mittels eines geeigneten Spannungsmessverfahrens erfolgen, bei dem die entsprechenden Spannungswerte beispielsweise über einen zweiten FADC in digitaler Weise erfasst und bezogen auf das Ende der Bestromung das Ende der
Schließbewegung detektiert wird. Dabei kann direkt die an dem Spulenantrieb anliegende Spannung erfasst werden, die Verwendung eines Shunts ist nicht erforderlich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird (a) ein der ersten elektrische Messgröße zugeordnetes erstes Messsignal mittels einer ersten elektronischen Schaltung aufbereitet und (b) ein der zweiten elektrische Messgröße zugeordnetes zweites Messsignal wird mittels einer zweiten elektronischen Schaltung aufbereitet. Dabei ist die erste elektronische Schaltung verschieden zu der zweiten elektronischen Schaltung. Dies hat den Vorteil, dass für unterschiedliche Messprinzipien, eine Strommessung und eine Spannungsmessung, jeweils eine optimal geeignete elektronische Schaltung verwendet werden kann. Damit weisen beide Messkanäle, der Strommesskanal und der Spannungsmesskanal, jeweils die für eine optimale Signalaufbereitung geeigneten elektronischen Komponenten auf .
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass die verschiedenen Messkanäle eine Anpassung des zu messenden Signals an den Eingang eines entsprechenden FADCs darstellen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich des Wertebereichs des entsprechenden Messsignals, hinsichtlich der Signalauflösung und hinsichtlich der Signalimpedanz .
Die erste und die zweite elektronische Schaltung sind ver- schiedene Schaltungen. Dies bedeutet, dass zumindest einige der Komponenten der ersten elektronischen Schaltung nicht für die Signalaufbereitung mittels der zweiten elektronischen Schaltung verwendet werden. Gleiches gilt umgekehrt für zumindest einige der Komponenten der zweiten elektronischen Schaltung. Bevorzugt sind die beiden elektronischen Schaltungen jedoch vollständig voneinander getrennt. Dies bedeutet, dass keine Komponente der ersten elektronischen Schaltung auch der zweiten elektronischen Schaltung zugeordnet ist und umgekehrt dass keine Komponente der zweiten elektronischen Schaltung auch der ersten elektronischen Schaltung zugeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) ein Ermitteln einer ersten zeitlichen Verzögerung in der Signalaufbereitung des ersten Messsignals, und (b) ein Ermitteln einer zweiten zeitlichen Verzögerung in der Signalaufbereitung des zweiten Messsignals. Dabei erfolgt das Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung ferner basierend auf der ersten zeitlichen Verzögerung und das Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung erfolgt ferner basierend auf der zweiten zeitlichen Verzögerung. Dies hat den Vorteil, dass eine unterschiedliche zeitliche Verzögerung durch die beiden elektronischen Schaltungen individuell für jede Schaltung bestimmt und bei der Bestimmung des Zeitpunktes des Endes der jeweiligen Bewegung berücksichtigt werden kann. Dadurch wird die Genauigkeit der Bestimmung des Zeitpunktes des Endes der Öffnungsbewegung und der Bestimmung des Zeitpunktes des Endes der Schließbewegung weiter verbessert.
Die Möglichkeit der Berücksichtigung der individuellen Ver- zögerung einer bestimmten elektronischen Schaltung ist aus folgenden Gründen für die Genauigkeit bei dem Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens von großer Bedeutung: Jede elektronische Schaltung besitzt fertigungstechnisch durch die Verwendung individueller elektronischer Bauteile Toleranzen. Aufgrund dieser Toleranzen variiert auch die Zeitkonstante pro Kanal. Im vorliegenden Fall ist die Variation der Zeitkonstanten der ersten elektronischen Schaltung unabhängig von der Variation der Zeitkonstanten der zweiten elektronischen Schaltung. Die entsprechenden Abweichungen sind jedoch unerwünscht, da sie im Falle einer ausbleibenden Kompensation zu einer im Allgemeinen nicht zu vernachlässigenden Ungenauigkeit bei den bestimmten Zeitpunkten führen. Mit der hier beschriebenen schaltungsin- dividuellen Kompensation dieser zeitlichen Verzögerungen können somit fertigungstechnisch bedingte Toleranzen der elektronischen Schaltungen zur Signalaufbereitung erkannt und diese durch eine geeignet modifizierte Ansteuerung des Kraftstoffinjektors kompensiert werden.
Die erste zeitliche Verzögerung wird von der ersten elektronischen Schaltung bewirkt und die zweite zeitliche Verzögerung wird von der zweiten elektronischen Schaltung bewirkt. Dies kann anschaulich auf einfache Weise verstanden werden, weil beide elektronische Schaltungen idealisiert zumindest für hohe (Rausch) Freguenzen ein Tiefpassverhalten besitzen. Dieses Verhalten spiegelt sich in einer bestimmten zeitlichen Konstanten T wider, welche die jeweilige elektronische Schaltung am Ausgang gegenüber einer sprunghaften Eingangssignaländerung zeigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln der ersten zeitlichen Verzögerung auf (a) ein Einspeisen eines ersten Testsignals in die erste elektronische Schaltung, wobei das erste Testsignal eine zumindest annähernd sprunghafte erste Pegeländerung aufweist, und (b) ein Auswerten des zeitlichen Verlaufs eines ersten Ausgangssignals der ersten elektronischen Schaltung, wobei das erste Ausgangssignal die Antwort der ersten elektronischen Schaltung auf das erste Testsignal ist. Alternativ oder in Kombination weist das Ermitteln der zweiten zeitlichen Verzögerung auf (a) ein Einspeisen eines zweiten Testsignals in die zweite elektronische Schaltung, wobei das zweite Testsignal eine zumindest annähernd sprunghafte zweite Pegeländerung aufweist, und (b) ein Auswerten des zeitlichen Verlaufs eines zweiten Ausgangssignals der zweiten elektronischen Schaltung, wobei das zweite Ausgangssignal die Antwort der zweiten elektronischen Schaltung auf das zweite Testsignal ist.
Die Verwendung von Test-Eingangssignalen, welchen einen zeitlichen Verlauf mit einer sprunghaften Pegeländerung aufweisen, hat den Vorteil, dass die individuelle zeitliche Verzögerung, welche von der jeweiligen elektronischen Schaltung verursacht wird, auf einfache Weise bestimmt werden kann. Dazu ist es nämlich lediglich erforderlich, die Zeitspanne zu ermitteln, welche das jeweilige Ausgangssignal benötigt um als Antwort auf die sprunghafte Pegeländerung seine Ant- wort-Pegeländerung zu vollziehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das erste Testsignal und/oder das zweite Testsignal Bestandteil (e) einer elektrischen Erregung, mit welcher der Spulenantrieb des Kraftstoffinjektors im realen Betrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine Bestimmung der von den beiden elektronischen Schaltungen verursachten individuellen zeitlichen Verzögerungen im Regelbetrieb des betreffenden Kraftstoffinjektors durchgeführt werden kann. Somit können auch während des Betriebs des Verbrennungsmotors abhängig von den aktuellen Betriebsbedingungen jeweils die genauen zeitlichen Verzögerungen bestimmt werden. Dies bedeutet, dass auch bei schwankenden zeitlichen Verzögerungen, welche durch veränderte Betriebsbedingungen wie zum Beispiel der Temperatur verursacht werden können, stets die aktuell gültigen zeitlichen Verzögerungen verwendet werden können, um die Zeitpunkte genau zu bestimmen, zu denen die Öffnungsbewegung bzw. die
Schließbewegung der Ventilnadel endet. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass es bei bekannten Stromregler-Einrichtungen (von Technikern häufig auch Stromregler-Hardware genannt), welche zur Beaufschlagung des Spulenantriebs mit für reale Einspritzvorgänge geeigneten elektrischen Erregungen verwendet werden, kurze Zeitspannen oder Zeitpunkte gibt, in denen bzw. bei denen sich sowohl der gemessene Strom als auch die gemessenen Spannung sprunghaft ändern. Diese kurzen Zeitspannen oder Zeitpunkte liegen insbesondere in einem Zeitfenster, welches unmittelbar nach dem Ende der
Bestromungsphase beginnt . Sobald die elektronischen Schalter der Stromregler-Hardware nämlich den Zustand "hochohmig" erreicht haben, wird am Spulenantrieb eine Gegeninduktion erzeugt, welche den Zeitpunkt bestimmt, zu dem sich die an der Spule des Spulenantriebs anliegende Spannung sprunghaft ändert. Diese Gegeninduktion wird bei einer üblichen Stromregler-Hardware dadurch begrenzt, indem die entsprechende Energie in eine in der betreffenden Stromregler-Hardware befindliche Boost-Schaltung rückgespeist wird. Dadurch ergibt sich eine Spannungsbegrenzung auf eine Spannung -V_boost, welche annähernd der invertierten Boostspannung entspricht. Der durch die Induktion entstehende Strom geht nach der Rückspeisung über einen Shunt der Stromregler-Hardware gegen Masse (GND) gegen 0 Ampere. Dies stellt dann den detektierbaren Sprung im Stromverlauf dar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das erste Testsignal eine weitere erste Pegeländerung auf, welche gegenläufig zu der ersten Pegeländerung ist. Alternativ oder in Kombination weist das zweite Testsignal eine weitere zweite Pegeländerung auf, welche gegenläufig zu der zweiten Pegeländerung ist. Dies hat den Vorteil, dass die zeitliche Verzögerung, welche durch die jeweilige elektrische Schaltung verursacht wird, noch genauer bestimmt werden kann.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass das in diesem Dokument beschriebene Verfahren durch eine adaptierte
Strom/Spannungsansteuerung erweitert werden kann, so dass zusätzlich eine zweite Flanke am Eingang der Strom- bzw.
Spannungsmessung erscheint, deren Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen der ersten Flanke (d.h. der o.g. sprunghaften ersten bzw. zweiten Pegeländerung) invertiert ist und welche (zweite Flanke) im Vergleich zu der ersten Flanke in einen definierten zeitlichen Abstand erzeugt werden kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Ansteuerverfahren weist auf (a) ein Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens des Kraftstoffinjektors mittels eines o.g. Verfahrens zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektor und (b) ein Anpassen der elektrischen Ansteuerung des Kraftstoffinjektors basierend auf dem bestimmten zeitlichen Bewegungsverhaltens, so dass mit einem Einspritzvorgang eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff injiziert wird .
Dem beschriebenen Ansteuerverfahren liegt die Erkenntnis zu- gründe, dass das oben erläuterte Verfahren zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors dazu verwendet werden kann, die elektrische Ansteuerung des Kraftstoffinjektors basierend auf einer genauen Kenntnis (a) des Zeitpunkts des Endes der Öff- nungsbewegung der Ventilnadel und (b) des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung der Ventilnadel derart anzupassen, dass die Zeitdauer, innerhalb welcher der Kraftstoffinjektor tatsächliche geöffnet ist, im Hinblick auf eine optimale Kraftstoff-Einspritzmenge angepasst ist, so dass diese möglichst genau einer für einen bestimmten Betriebszustand vorgegebenen Sollmenge entspricht.
Mit dem beschriebenen Ansteuerverfahren kann die Mengengenauigkeit des Kraftstoffinjektors insbesondere bei kleinen Mengen erheblich verbessert werden und damit ein wichtiger Beitrag für einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder für reduzierte Schadstoffemissionen geleistet werden.
Anschaulich ausgedrückt kann durch ein geeignetes mathematisches Verfahren wie z.B. einem analogen Abtasten und/oder einem
Vergleichen mit einem Sollwert die Abweichung der ermittelten Zeitpunkte, zu denen die Öffnungsbewegung bzw. die Schließbewegung endet, von diesem Sollwert ermittelt werden. Dieser Sollwert kann insbesondere einen Normwert für jeweils eine elektronische Schaltung ohne Toleranzen darstellen. Durch eine genaue Kenntnis der Abweichung bei der jeweils verwendeten realen und damit toleranzbehafteten elektronischen Schaltung kann durch ein Anpassen des Beginns der Bestromung und der Dauer der
Bestromung die Einspritzmenge im Hinblick auf eine hohe Mengengenauigkeit des eingespritzten Kraftstoffs besonders genau eingestellt werden. Ist beispielsweise der Zeitpunkt des Endes der Öffnungsbewegung zeitlich nach hinten verschoben, kann dies durch eine entsprechende Verschiebung des Strombeginns nach vorne korrigiert werden. In entsprechender Weise kann bei einer zeitlichen Verschiebung des Endes der Schließbewegung nach hinten die entsprechend verlängerte Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors durch eine entsprechend verkürzte Bestromungsdauer ausgeglichen werden. Derartige Korrekturen können vorteilhafterweise puls- und/oder zylinderindividuell ausgeführt werden. Da die aufzuprägenden Korrekturen neben den Toleranzen des
Kraftstoffinjektors weiterhin von physikalischen Systemparametern wie z.B. der Kraftstofftemperatur und dem zeitlichen Abstand zum vorherigen Einspritzvorgang abhängig sind, können diese Abhängigkeiten in geeigneten VorSteuerkennlinien bzw. VorSteuerkennfeldern abgelegt oder durch ein Model beschrieben werden .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine elektrische Regelungseinrichtung, eingerichtet zum Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Erregung, welche zu einer Öffnungsbewegung einer Ventilnadel führt, die mit einem Magnetanker des Spulenantriebs gekoppelt ist, (b) eine Messeinrichtung, eingerichtet zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer ersten elektrischen Messgröße der Spule und (c) eine Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Messgröße. Die elektrische Regelungseinrichtung ist ferner eingerichtet zum Modifizieren der elektrischen Erregung der Spule, so dass die Ventilnadel eine Schließbewegung ausführt. Die Messeinrichtung ist ferner eingerichtet zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer zweiten elektrischen Messgröße der Spule. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist ferner eingerichtet zum Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der zweiten elektrischen Messgröße, wobei eine der beiden Messgrößen die Höhe der Spannung ist, welche an der Spule anliegt, und die andere der beiden Messgrößen die Stärke des Stromes ist, welcher durch die Spule fließt.
Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Auswertung von zwei verschiedenen elektrischen Messgrößen die Zeitpunkte (a) des Endes der Öffnungsbewegung und (b) des Endes der Schließbewegung besonders genau bestimmt werden können und damit wichtige Erkenntnisse über das tatsächliche Bewegungsverhalten des Kraftstoffinjektors gewonnen werden können. Dies wiederum erlaubt einer genauere Kraftstoffzumessung für die Verbrennungsvorgänge in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung weist auf (a) eine oben beschriebene Vorrichtung zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors
Der beschriebenen Motorsteuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene Vorrichtung in einer Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs implementiert werden kann und dass damit basierend auf einer genauen Kenntnis des tatsächlichen Bewegungsverhaltens der Ventilnadel eines Kraftstoffinjektors durch eine modifizierte elektrischen In- j ektor-Ansteuerung (i) eine geeignete Kompensation von Injektor-individuellen Toleranzen und/oder (ii) eine geeignete Kompensation von individuellen elektrischen Toleranzen von elektronischen Schaltungen, welche beispielsweise einer Signalaufbereitung dienen, erreicht werden können. Damit lässt sich eine besonders hohe Mengengenauigkeit für Kraftstoff-Einspritzvorgänge realisieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden 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, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher oder Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor 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. mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder auch 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 Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen 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. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Bestimmen des zeitlichen
Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors .
Figur 2 illustriert ein Ermitteln einer von einer elektronischen
Signalaufbereitungs Schaltung verursachten zeitlichen Verzögerung anhand einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs eines Ausgangssignals, welcher im Vergleich zu dem zeitlichen Verlauf eines zwei Flanken aufweisenden
Eingangs-Testsignal geglättet ist. 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 eine Vorrichtung 100 zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors . Die Vorrichtung 100 weist eine elektrische Regelungseinrichtung 102, eine Messeinrichtung 104 und eine Datenverarbeitungseinrichtung 106 auf.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Regelungseinrichtung 102 eine Stromregelungseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine nicht dargestellte Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Erregung in Form eines vorgegebene Verlaufs eines durch die Spule fließenden Stromes zu beaufschlagen. Die elektrische Erregung ist dabei so stark, dass sie zu einer Öffnungsbewegung einer Ventilnadel führt, die mit einem Magnetanker des Spulenantriebs gekoppelt ist. Die elektrische Regelungseinrichtung 102 ist ferner eingerichtet zum Modifizieren der elektrischen Erregung der Spule, so dass die Ventilnadel nach dem Ausführen der Öffnungsbewegung eine Schließbewegung ausführt. Dabei kann die Schließbewegung insbesondere von der Federkraft einer durch die Öffnungsbewegung vorgespannten Feder verursacht werden.
Die Messeinrichtung 104 ist eingerichtet zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer ersten elektrischen Messgröße der Spule, wobei diese erste Messgröße die Stärke des Stromes ist, welcher durch die Spule fließt. Die Messeinrichtung 104 ist ferner eingerichtet zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer zweiten elektrischen Messgröße der Spule, wobei die zweite Messgröße die Höhe der Spannung ist, welche an der Spule anliegt. Die Messeinrichtung 104 kann derart konfiguriert sein, dass die genannten elektrischen Messgrößen jeweils ausschließlich in bestimmten Zeitfenstern beispielsweise in Bezug zu dem Beginn oder zu dem Ende der elektrischen Erregung erfasst werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 106 ist eingerichtet zum Auswerten des zeitlichen Verlaufs der ersten elektrischen Messgröße bzw. der Stärke des durch die Spule fließenden Spulenstroms und zum Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung basierend auf dem Ergebnis der Auswertung des zeitlichen Verlaufs der ersten elektrischen Messgröße. Die Datenverarbeitungseinrichtung 106 ist ferner eingerichtet zum Auswerten des zeitlichen Verlaufs der zweiten elektrischen Messgröße bzw. des Pegels der an der Spule anliegenden Spannung und zum Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung basierend auf dem Ergebnis der Auswertung des zeitlichen Verlaufs der zweiten elektrischen Messgröße.
Die Vorrichtung 100 oder zumindest Teile der Vorrichtung 100, wie insbesondere die Messeinrichtung 104 und/oder die Datenverarbeitungseinrichtung 106, kann bzw. können in einer Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs implementiert sein.
Figur 2 illustriert ein Ermitteln einer von einer elektronischen Signalaufbereitungsschaltung verursachten zeitlichen Verzögerung anhand einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs eines Ausgangs Signals , welcher im Vergleich zu dem zeitlichen Verlauf eines zwei Flanken aufweisenden Eingangs-Testsignal geglättet ist. Im oberen Teil von Figur 2 ist ein erstes Testsignal 221 dargestellt, welches zwei näherungsweise stufenförmige Pegeländerungen in Form einer ersten Flanke 221a und einer zweiten Flanke 221b aufweist. Gemäß dem hier dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist dieses erste Testsignal 221 der Verlauf einer Spannung U_Injektor, welche an der Spule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors anliegt. Dieser Spannungsverlauf, welcher in guter Näherung auch bei einer gewöhnlichen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors vorkommt, wird an einen Eingang 241a einer Signalauf ereitungsschaltung 241 angelegt. Die Signalaufbereitungsschaltung 241 ist in Figur 2 vereinfacht als ein Tiefpass dargestellt, welcher einen Operationsverstärker OPV, einen Widerstand R und einen Kondensator C aufweist. An einem Ausgang 241b der Signalaufbereitungs Schaltung 241 wird dann ein zeitlich verzögertes erstes Ausgangssignal 231 an einen nicht dargestellten schnellen Analog-Digital-Konverter (FADC) ausgegeben, wobei die ursprünglich in dem ersten Testsignal 221 vorhandenen Flanken 221a, 221b geglättet sind. Das Ausmaß dieser Glättung, welche von einer dem FADC nachgeschalteten Auswerteeinheit (ebenfalls nicht dargestellt) analysiert werden kann, ist dann ein Maß für die individuelle zeitliche Verzögerung, welcher von der Signalaufbereitungsschaltung 241 verursacht wird. Dabei wird die individuelle zeitliche Verzögerung von den individuellen Toleranzen für die Bauteile bestimmt, welche für die Signalaufbereitungsschaltung 241 verbaut wurden.
In entsprechender Weise wird ein zwei Flanken 222a und 222b aufweisendes zweites Testsignal 222 einem Eingang 242a einer zweiten Signalaufbereitungsschaltung 242 zugeführt. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses zweite Testsignal 222 der Verlauf eines Stromes I_Shunt, welcher durch einen in Serie mit der Spule des Spulenantriebs des Kraftstoff- injektors geschalteten Shunt fließt und welcher in guter Näherung auch bei einer gewöhnlichen Ansteuerung eines Kraftstoffin- jektors vorkommt. Auch die zweite Signalaufbereitungsschaltung 242 weist den Charakter einer Tiefpassschaltung auf, welche in Figur 2 schematisch mittels eines Operationsverstärker OPV, eines Widerstandes R und eines Kondensators C dargestellt ist. Auch hier wird an einem Ausgang 242b der zweiten Signalaufbereitungsschaltung 242 ein zweites Ausgangssignal 232 ausgegeben, wobei die ursprünglich in dem zweiten Testsignal 222 vorhandenen Flanken 222a, 222b geglättet sind. Das Ausmaß dieser Glättung wird nach einer Digitalisierung durch einen nicht dargestellten weiteren FADC einer weiteren Auswerteeinheit (ebenfalls nicht dargestellt) zugeführt. Diese weitere Auswerteeinheit analysiert dann das Ausgangssignal 232 und bestimmt anhand der vorgenommenen Glattung die individuelle zeitliche Verzögerung, welcher von der Signalauf ereitungs Schaltung 242 verursacht wird. Dabei wird die individuelle zeitliche Verzögerung von den individuellen Toleranzen für die Bauteile bestimmt, welche für die Signalaufbereitungsschaltung 242 verbaut wurden.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden also für die beiden Messsignale, von denen eines der Verlauf eines Spannungssignals und das andere der Verlauf eines Stromsignales ist, unterschiedliche Messkanäle verwendet, wobei jeder Messkanal eine Signalaufbereitungsschaltung 241 oder 242 sowie einen jeweils nicht dargestellten FADC aufweist. Die nach der Digitalisierung durch die beiden FADC vorzunehmende Auswertung kann mittels einer gemeinsamen Auswerteeinheit oder mittels zweier verschiedener Auswerteeinheiten vorgenommen werden.
Die hier beschriebene individuellen Bestimmung der zeitlichen Verzögerung für jeden Messkanal hat den Vorteil, dass eine unterschiedliche zeitliche Verzögerung durch die beiden elektronischen Schaltungen individuell für jede Schaltung bestimmt und bei der Bestimmung des Zeitpunktes des Endes der jeweiligen Bewegung berücksichtigt werden kann. Dadurch wird eine besonders hohe Genauigkeit bei der Bestimmung des Zeitpunktes des Endes der Öffnungsbewegung und bei der Bestimmung des Zeitpunktes des Endes der Schließbewegung erreicht. Basierend auf einer solchen genauen Kenntnis des Bewegungsverhaltens des individuellen Kraftstoffinjektors und der zeitlichen Verzögerungen durch die beiden individuellen Signalaufbereitungsschaltungen kann dann eine elektrische Ansteuerung des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors so angepasst werden, dass eine besonders hohen Mengengenauigkeit des eingespritzten Kraftstoffes erreicht werden kann. Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung zum Bestimmen des zeitlichen
Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinj ek- tors
102 elektrische Regelungseinrichtung / Strom- regelungseinrichtung
104 Messeinrichtung
106 Datenverarbeitungseinrichtung
221 erstes Testsignal
221a erste Flanke
221b zweite Flanke
222 zweites Testsignal
222a erste Flanke
222b zweite Flanke
231 erstes Ausgangssignal
232 zweites Ausgangssignal
241 erste elektronische Schaltung / erste Signalaufbereitungsschaltung
241a Eingang
241b Ausgang
242 zweite elektronische Schaltung / zweite
Signalaufbereitungs Schaltung
242a Eingang
242b Ausgang
U_Injektor Spannung am Injektor
FADC_U_Injektor Spannung am Ausgang 241b der ersten Signalaufbereitungsschaltung 241
I_Shunt Strom durch Shunt-Widerstand
FADC_I_Shunt Spannung am Ausgang 242b der zweiten Signalaufbereitungsschaltung 242
OPV Operationsverstärker
R Widerstand
C Kondensator

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Erregung, welche zu einer Öffnungsbewegung einer Ventilnadel führt, die mit einem Magnetanker des Spulenantriebs gekoppelt ist,
Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer ersten elektrischen Messgröße der Spule,
Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Messgröße,
Modifizieren der elektrischen Erregung der Spule, so dass die Ventilnadel eine Schließbewegung ausführt,
Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer zweiten elektrischen Messgröße der Spule und
Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der zweiten elektrischen Messgröße,
wobei eine der beiden Messgrößen die Höhe der Spannung ist, welche an der Spule anliegt, und die andere der beiden Messgrößen die Stärke des Stromes ist, welcher durch die Spule fließt.
2. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
die erste elektrische Messgröße die Stärke des Stromes ist, welcher durch die Spule fließt, und wobei
die zweite elektrische Messgröße die Höhe der Spannung ist, welche an der Spule anliegt.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein der ersten elektrischen Messgröße zugeordnetes erstes Messsignal mittels einer ersten elektronischen Schaltung (241) aufbereitet wird und bei dem ein der zweiten elektrischen Messgröße zugeordnetes zweites Messsignal mittels einer zweiten elektronischen Schaltung (242) aufbereitet wird,
wobei die erste elektronische Schaltung (241) verschieden ist zu der zweiten elektronischen Schaltung (242) ist.
4. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend
Ermitteln einer ersten zeitlichen Verzögerung in der Signalaufbereitung des ersten Messsignals, und
Ermitteln einer zweiten zeitlichen Verzögerung in der
Signalaufbereitung des zweiten Messsignals,
wobei das Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung ferner basierend auf der ersten zeitlichen Verzögerung erfolgt und
wobei das Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung ferner basierend auf der zweiten zeitlichen Verzögerung erfolgt.
5. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
das Ermitteln der ersten zeitlichen Verzögerung aufweist
Einspeisen eines ersten Testsignals (221) in die erste elektronische Schaltung (241), wobei das erste Testsignal (221) eine zumindest annähernd sprunghafte erste Pegeländerung (221a) aufweist, und
Auswerten des zeitlichen Verlaufs eines ersten Aus- gangssignals (231) der ersten elektronischen Schaltung (241), wobei das erste Ausgangssignal (231) die Antwort der ersten elektronischen Schaltung (241) auf das erste Testsignal (221) ist, und/oder wobei
das Ermitteln der zweiten zeitlichen Verzögerung aufweist
Einspeisen eines zweiten Testsignals (222) in die zweite elektronische Schaltung (242), wobei das zweite Testsignal (222) eine zumindest annähernd sprunghafte zweite Pegeländerung (222a) aufweist, und
Auswerten des zeitlichen Verlaufs eines zweiten Aus- gangssignals (232) der zweiten elektronischen Schaltung (242), wobei das zweite Ausgangssignal (232) die Antwort der zweiten elektronischen Schaltung (242) auf das zweite Testsignal (222) ist .
6. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
das erste Testsignal (221) und/oder das zweite Testsignal (222) Bestandteil einer elektrischen Erregung sind, mit welcher der Spulenantrieb des Kraftstoffinjektors im realen Betrieb des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 6, wobei
das erste Testsignal (221) eine weitere erste Pegeländerung (221b) aufweist, welche gegenläufig zu der ersten Pegeländerung (221a) ist und/oder wobei
das zweite Testsignal (222) eine weitere zweite Pegeländerung (222b) aufweist, welche gegenläufig zu der zweiten Pegeländerung (222a) ist.
8. Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens des Kraft- stoffinjektors mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7,
Anpassen der elektrischen Ansteuerung des Kraftstoffinjektors basierend auf dem bestimmten zeitlichen Bewegungsverhaltens, so dass mit einem Einspritzvorgang eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff injiziert wird.
9. Vorrichtung zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die Vorrichtung (100) aufweisend
eine elektrische Regelungseinrichtung (102), eingerichtet zum Beaufschlagen einer Spule des Spulenantriebs mit einer elektrischen Erregung, welche zu einer Öffnungsbewegung einer Ventilnadel führt, die mit einem Magnetanker des Spulenantriebs gekoppelt ist,
eine Messeinrichtung (104), eingerichtet zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer ersten elektrischen Messgröße der Spule und eine Datenverarbeitungseinrichtung (106), eingerichtet zum Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Öffnungsbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Messgröße, wobei
- die elektrische Regelungseinrichtung (102) ferner eingerichtet ist zum Modifizieren der elektrischen Erregung der Spule, so dass die Ventilnadel eine Schließbewegung ausführt,
- die Messeinrichtung (104) ferner eingerichtet ist zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs einer zweiten elektrischen Messgröße der Spule, und
- die Datenverarbeitungseinrichtung (106) ferner eingerichtet ist zum Bestimmen des Zeitpunkts des Endes der Schließbewegung basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der zweiten elektrischen Messgröße,
wobei eine der beiden Messgrößen die Höhe der Spannung ist, welche an der Spule anliegt, und die andere der beiden Messgrößen die Stärke des Stromes ist, welcher durch die Spule fließt.
10. Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraft- fahrzeuges, die Motorsteuerung aufweisend
eine Vorrichtung (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges.
11. Computerprogramm zum Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
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