WO2014154449A1 - Ermittlung des zeitpunkts eines vorbestimmten öffnungszustandes eines kraftstoffinjektors - Google Patents

Ermittlung des zeitpunkts eines vorbestimmten öffnungszustandes eines kraftstoffinjektors Download PDF

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Frank Denk
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of controlling fuel injectors.
  • the present invention relates to a method for determining the time of a predetermined opening state of a fuel injector having a coil drive for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the present invention further relates to a corresponding device, a motor controller and a computer program for determining the time of a predetermined opening state of a coil injector having fuel injector.
  • a method for determining the instant of a predetermined opening state of a coil drive fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the method described comprises: (a) detecting the time profile of the current intensity of a current flowing through the coil drive, (b) determining a difference profile based on the detected time characteristic of the current intensity and a reference current profile, wherein the reference current profile represents the time profile of the current intensity of the current flowing through the coil drive current in a state in which the fuel injector in a predetermined Position is fixed, and (c) determining a time at which the difference curve has an extremum, wherein the determined time is the time of the predetermined opening state.
  • the method described is based on the finding that the time profile of the current intensity during an opening process of the fuel injector (in which the coil drive is subjected to a voltage pulse (boost voltage)) is dependent on the inductance of the coil drive.
  • a proportion of movement inductance due to the armature movement comes. The portion of the movement inductance begins with the beginning of the opening phase (armature / needle movement begins) and ends at the end of the opening phase (armature / needle movement ends).
  • the injector is fixed in a predetermined position (for example closed, half open or fully open), for example by mechanical clamping, the course of the current (reference current profile) will also change as a result of the changed inductive influences. It has been found that it is possible to determine the time of a predetermined opening state by analyzing the difference curve (the difference between the detected time characteristic and the reference current profile).
  • the reference current waveform can be measured by laboratory measurements for a single fuel! be determined. Alternatively, the reference current waveform can be used as an average of measurements for multiple fuel! be determined.
  • extremum refers to a local or global extremum of the difference history as a function of time.
  • Determining the time at which the difference curve has an extreme can be carried out in particular by using numerical methods.
  • the predetermined position is a fully open or closed position. If the predetermined position is the fully open position in which the armature position is fixed in a minimum air gap position (between armature and abutment surface), then the current curve (ie, the reference current path) of the fuel injector will have a temporal behavior from the beginning the energization of higher inductive behavior, since the magnetic circuit from the beginning has smaller magnetic resistances.
  • the current curve (that is, the reference current path) of the fuel injector has a temporal behavior with less inductive behavior, since the magnetic circuit from the beginning of the normally possible armature movement has higher magnetic resistances.
  • the method further comprises: (a) determining a further difference profile based on the detected time profile of the current intensity and a further reference current profile, and (b) determining a further time point, to which the further difference profile has an extremum and / or to which there is a predetermined correlation between the difference curve and the further difference curve.
  • the reference current profile can correspond in particular to the completely open position of the fuel injector, and the further reference current profile can correspond in particular to the closed position of the fuel injector.
  • the reference current profile can correspond to the closed position of the fuel injector and the further reference current profile can correspond to the fully open position of the fuel injector.
  • a correlation between the difference curve and the further difference curve can exist, in particular, if the two difference curves enter at substantially the same time
  • the detected timing of the predetermined opening state of the fuel injector is an initial or end time of an opening or closing operation of the fuel injector.
  • opening operation of the fuel! in particular, a course that begins at the instant when the closed fuel injector begins to open due to the current flowing through the coil drive and ends at the instant the fuel injector has been fully opened
  • closing operation of the fuel injector refers to a course that begins at the time when the opened fuel injector begins to close due to shutdown of the current flowing through the coil drive and ends at the point where the fuel! The injector is completely closed again.
  • the course can be compensated in order to avoid a deviation from the intended injection quantity.
  • a method for driving a coil injector having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle comprises: (a) determining the timing of a predetermined opening state of the fuel injector by using the method according to the first aspect or one of the above embodiments, (b) determining a difference between the detected time and a reference time, and (c) driving the fuel injector, wherein the coil drive is subjected to a voltage pulse whose start time and / or time duration is based on the determined difference is determined.
  • the described method is based on the idea that the activation of the fuel injector can be adjusted based on the determined difference between the determined time and a reference time such that deviations in the injection quantity can be minimized.
  • reference timing means a timing at which the predetermined opening state of the fuel injector should ideally arrive, and the determined difference between the detected timing and the reference timing thus provides a measure of how much of the fuel injection
  • Time of the actual arrival of the predetermined opening state deviates from the ideal or desired time.
  • the start time of the voltage pulse applied to the coil drive can be shifted accordingly.
  • the injection duration may be adjusted to ensure that the intended amount of fuel is injected.
  • the duration of the voltage pulse can be extended in the event of a delayed opening of the fuel injector in order to avoid that too little fuel is injected.
  • the duration of the voltage pulse in the case of early opening of the fuel! shortened to avoid injecting too much fuel.
  • corrections can advantageously be carried out in a pulse-individual manner, that is to say for each individual opening process.
  • the corrections or time shifts may further physical
  • a device for determining the time of a predetermined opening state of a coil drive having fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the described device 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 difference profile based on the detected time profile of the current intensity and a reference current profile, wherein the reference current waveform represents the time history of the current intensity of the current flowing through the coil drive in a state in which the fuel injector is mechanically fixed in a predetermined position, and (c) a determination unit for determining a time point at which the difference waveform is an extremum wherein the determined time is the time of the predetermined opening state.
  • the device described is based on the same findings as described above in connection with the first and second aspects.
  • the detection unit includes a FADC (Fast Analog-to-Digital Converter) suitable for detecting the coil current of the fuel injector currently being operated.
  • FADC Fast Analog-to-Digital Converter
  • the determination unit and determination unit can be advantageously implemented using a microprocessor system that can perform the necessary mathematical operations to determine difference history and extremes.
  • the system may also include a memory unit configured to store reference current waveforms, pilot lines, models, etc.
  • the device can easily determine the start and end times of an opening process, so that the activation of the respective fuel injectors can be adjusted in such a way that relative injection quantity differences can be minimized.
  • an engine control system for a vehicle is described.
  • the described motor control is arranged to perform the methods according to the first or second aspect or one of the above embodiments.
  • This engine control makes it possible, with simple and inexpensive means, to minimize variations in the injection quantity in the case of several fuel injectors.
  • a computer program for attaining the time of a predetermined opening state of a fuel having a coil drive becomes! described njektors for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the computer program described is set up for carrying out the methods according to the first or second aspect or one of the above exemplary embodiments, if it is executed by a ⁇ -controller.
  • the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language, such as assembler, 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 both by means of a computer program, i. 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 coil current 10, two differential courses 20 and 30 and needle stroke 40 during an opening process of a fuel injector as functions of time according to one exemplary embodiment.
  • the coil current 10 is stable for a while at a low value (also 0A) and then starts to increase (when a boost voltage is turned on).
  • the first difference profile 20 represents a difference between the coil current 10 and a first reference current profile (not shown).
  • the first reference current profile is stored in a memory and was measured with a fuel injector or a plurality of identically constructed fuel injectors. the fuel injector (s) was fixed in a closed state (s).
  • the second difference curve 30 represents a difference between the coil current 10 and a second (also not shown) reference current profile.
  • the second reference current waveform is stored in the memory and was measured with a fuel injector or a plurality of identical fuel injectors the fuel injector (s) were fixed in a fully open condition.
  • the first difference profile 20 has an extremum (maximum) 22 at time T2.
  • the second difference curve 30 has an extremum (minimum) 31 at the time T1 and a further extremum (maximum) 32 at the time T2.
  • the extremes 22, 31 and 32 and the corresponding times T1 and T2 are determined according to the invention by means of suitable numerical methods. Furthermore, it is found that the two maxima 22 and 32 at about the same time T2 occur. Based on the extrema 22, 31 and 32 and the correlation of the extrema 22 and 32 is inventively determined that the opening process of the fuel injector begins at time T1 and ends at time T2.
  • the curve 40 was received by means of a needle lift sensor attached to a fuel injector. Until time T1, the needle stroke remains constant at a low level - the fuel injector is closed. In the area of time T1, the needle stroke begins to increase - this is marked with arrow 41. In the region of time T2, the needle stroke reaches its maximum value (stop) and subsequently stabilizes at a somewhat lower value. As indicated by arrow 42, the opening operation of the fuel injector near the timing T2 ends. The determination of the two times T1 and T2 now allows a correction of the control if these times T1 and T2 deviate from the predetermined values, so that it can be ensured that the injection quantity is equal to the predetermined amount.
  • T1 is too small (opening operation begins too early) or too large (opening operation begins too late)
  • T2 is too small (opening operation ends too early) or too large (opening operation ends too late)
  • this can be compensated by a corresponding abbreviation or extension of the injection duration.
  • the injector delivers with great accuracy the predetermined injection quantity per injection process, so that no or only very small relative differences in quantity between the injectors can occur.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes (41, 42) eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Verfahren weist auf: (a) Erfassen des zeitlichen Verlaufs (10) der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (b) Bestimmen eines Differenzverlaufs (20, 30) basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf (10) der Stromstärke und einem Referenz-Stromverlauf, wobei der Referenz-Stromverlauf den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes in einem Zustand darstellt, in welchem der Kraftstoffinjektor in einer vorbestimmten Stellung fixiert ist, und (c) Ermitteln eines Zeitpunkts (T1, T2), zu dem der Differenzverlauf ein Extremum (22, 31, 32) aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt (T1, T2) der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist. Es wird ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors, sowie eine Vorrichtung, eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm beschrieben.

Description

Beschreibung
Ermittlung des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines Kraft- stoffinjektors
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung, eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors. Bei Betrieb von Kraftstoffinjektoren mit Spulenantrieb kommt es aufgrund von elektrischen, magnetischen, mechanischen und hydraulischen Toleranzen zu unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs-/ und Schließungsverhalten der einzelnen Injektoren und somit zu Variationen in der jeweiligen Einspritzmenge. Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Injektor zu Injektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten. Bisher waren diese relativen Mengenunterschiede klein und ohne praktische Bedeutung. Die Entwicklung in Richtung kleinere Einspritzmengen und -zeiten führt aber dazu, dass der Einfluss von den relativen Mengenunterschieden nicht mehr außer Betracht gelassen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte AnSteuerung von Kraftstoffinjektoren bereitzustellen, die toleranzbedingte relative Einspritzmengenunterschiede effektiv kompensieren kann. 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 Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf: (a) Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (b) Bestimmen eines Differenzverlaufs basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und einem Referenz-Stromverlauf, wobei der Referenz-Stromverlauf den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes in einem Zustand darstellt, in welchem der Kraftstoff- injektor in einer vorbestimmten Stellung fixiert ist, und (c) Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der zeitliche Verlauf der Stromstärke während eines Öffnungsvorgangs des Kraftstoffinjektors (in dem der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls (Boostspannung) beaufschlagt wird) abhängig von der Induktivität des Spulenantriebs ist. Zusätzlich zur sich ändernden Eigeninduktivität des Spulenantriebs (aufgrund des nicht linearen ferromagnetischen Magnetmaterials) kommt ein Anteil Bewegungsinduktivität auf- grund der Ankerbewegung. Der Anteil der Bewegungsinduktivität beginnt mit Beginn der Öffnungsphase (Anker-/Nadelbewegung beginnt) und endet am Ende der Öffnungsphase (Anker-/Nadelbewegung endet). Wenn der Injektor, zum Beispiel durch mechanisches Klemmen, in einer vorbestimmten Stellung (zum Beispiel geschlossen, halb offen oder ganz offen) fixiert ist, wird sich durch die veränderten induktiven Einflüsse der Stromverlauf (Referenz-Stromverlauf) ebenfalls ändern. Es hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, den Zeitpunkt eines vorbestimmten Öffnungszustandes durch Analyse des Differenzverlaufs (der Differenz zwischen dem erfassten zeitlichen Stromverlauf und dem Referenz-Stromverlauf) zu ermitteln.
Der Referenz-Stromverlauf kann durch im Labor durchgeführte Messungen für einen einzigen Kraftstoff! njektor ermittelt worden sein. Alternativ kann der Referenz-Stromverlauf als Durchschnitt von Messungen für mehrere Kraftstoff! njektoren ermittelt worden sein.
In diesem Dokument bezeichnet„Extremum" insbesondere ein lokales oder globales Extremum des Differenzverlaufs als Funktion der Zeit.
Das Ermitteln des Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, kann insbesondere durch Einsatz numerischer Verfahren erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die vorbestimmte Stellung eine ganz offene oder geschlossene Stellung. Wenn die vorbestimmte Stellung die ganz offene Stellung ist, in welcher die Ankerposition in einer Stellung mit minimalen Luftspalt (zwischen Anker und Anschlagfläche) fixiert ist, dann weist die Stromkurve (das heißt, der Referenz-Stromverlauf) des Kraftstoffinjektors ein zeitliches Verhalten mit von Beginn der Bestromung höherem induktiven Verhalten auf, da der Magnetkreis von Anfang an kleinere magnetische Widerstände aufweist.
Wenn die vorbestimmte Stellung die geschlossene Stellung ist, in welcher die Ankerposition in einer Stellung mit maximalen Luftspalt (zwischen Anker und An- schlagfläche) fixiert ist, dann weist die Stromkurve (das heißt, der Referenz-Stromverlauf) des Kraftstoffinjektors ein zeitliches Verhalten mit geringerem induktiven Verhalten auf, da der Magnetkreis von Beginn der normalerweise möglichen Ankerbewegung an höhere magnetische Widerstände aufweist. Durch Ermitteln der Zeitpunkte, zu denen der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, kann nun in beiden Fällen der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszu- standes des Kraftstoffinjektors bestimmt werden. Durch Vergleichen des ermittelten Zeitpunkts mit einem vorgegebenen Zeitpunkt, das heißt einem Zeitpunkt, zu dem der vorbestimmten Öffnungszustand idealerweise erreicht werden soll, können Abweichungen von einem idealen Öffnungsverlaufs des Kraftstoff! njektors festgestellt und gegebenenfalls kompensiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf: (a) Bestimmen eines weiteren Differenzverlaufs basierend auf dem er- fassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und einem weiteren Referenz-Stromverlauf, und (b) Ermitteln eines weiteren Zeitpunkts, zu dem der weitere Differenzverlauf ein Extremum aufweist und/oder zu dem eine vorbestimmte Korrelation zwischen dem Differenzverlauf und dem weiteren Differenzverlauf besteht. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Referenz-Stromverlauf insbesondere der ganz offenen Stellung des Kraftstoffinjektors entsprechen und der weitere Referenz-Stromverlauf kann insbesondere der geschlossenen Stellung des Kraftstoffinjektors entsprechen. Alternativ kann der Referenz-Stromverlauf der geschlossenen Stellung des Kraftstoffinjektors entsprechen und der weitere Refe- renz-Stromverlauf kann der ganz offenen Stellung des Kraftstoffinjektors entsprechen. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Korrelation zwischen dem Differenzverlauf und dem weiteren Differenzverlauf insbesondere dann bestehen, wenn die beiden Differenzverläufe zu einem in Wesentlichen gleichen Zeitpunkt ein
Extremum aufweisen. Zum Beispiel besteht eine solche Korrelation, wenn die beiden Differenzverläufe zum gleichen Zeitpunkt ein lokales oder globales Maximum oder Minimum aufweisen, oder wenn zum gleichen Zeitpunkt einer der Differenzverläufe ein Maximum und der anderen Differenzverlauf ein Minimum aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ermittelte Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinjektors ein Anfangsoder Endzeitpunkts eines Öffnungs- oder Schließvorgangs des Kraftstoffinjektors.
In diesem Dokument bezeichnet„Öffnungsvorgang des Kraftstoff! njektors" insbe- sondere einen Verlauf, der zu dem Zeitpunkt beginnt, wo der geschlossene Kraft- stoffinjektor wegen des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes fängt an sich zu öffnen, und zu dem Zeitpunkt endet, wo der Kraftstoffinjektor voll geöffnet worden ist. In diesem Dokument bezeichnet„Schließvorgang des Kraftstoffinjektors" insbesondere einen Verlauf, der zu dem Zeitpunkt beginnt, an dem der geöffnete Kraft- stoffinjektor wegen Abschaltung des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes sich zu schließen beginnt, und zu dem Zeitpunkt endet, wo der Kraftstoff! njektor wieder ganz geschlossen ist.
Durch Ermitteln des Anfangszeitpunkts und des Endzeitpunkts des Öffnungsvorgangs bzw. Schließvorgangs kann festgestellt werden, ob der Öffnungsvorgang bzw. Schließvorgang so verläuft, wie es vorgesehen war. Sollte dies nicht der Fall sein, zum Beispiel wegen toleranzbedingter Abweichungen in elektrischen, mag- netischen, mechanischen und hydraulischen Parameter des Kraftstoffinjektors, kann der Verlauf kompensiert werden, um eine Abweichung von der vorgesehenen Einspritzmenge zu vermeiden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebenen Verfahren weist auf: (a) Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinjektors durch Anwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele, (b) Bestimmen einer Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und einem Referenz-Zeitpunkt, und (c) Ansteuern des Kraftstoffinjektors, wobei der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, dessen Anfangszeit und/oder Zeitdauer basierend auf der bestimmten Differenz festgelegt wird.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Idee zu Grunde, dass das Ansteuern des Kraftstoffinjektors basierend auf der bestimmten Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und einem Referenz-Zeitpunkt derart angepasst werden kann, dass Abweichungen in der Einspritzmenge minimiert werden können.
In diesem Dokument bezeichnet„Referenz-Zeitpunkt" insbesondere einen Zeitpunkt, bei dem der vorbestimmte Öffnungszustand des Kraftstoffinjektors im Idealfall eintreffen soll. Die bestimmte Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und dem Referenz-Zeitpunkt stellt demzufolge ein Maß dafür dar, wie viel der
Zeitpunkt des tatsächlichen Eintreffens des vorbestimmten Öffnungszustands von dem idealen bzw. gewünschten Zeitpunkt abweicht.
Wird zum Beispiel festgestellt, dass der Anfang des Öffnungsvorgangs zeitlich verschoben ist, kann die Anfangszeit des Spannungspulses, mit welchem der Spulenantrieb beaufschlagt wird, entsprechend verschoben werden.
Wird zum Beispiel festgestellt, dass das Ende des Öffnungsvorgangs zeitlich verschoben ist, kann die Einspritzdauer angepasst werden, um sicherzustellen, dass die vorgesehene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Mit anderen Worten kann die Zeitdauer des Spannungspulses im Falle eines verzögerten Öffnens des Kraft- stoffinjektors verlängert werden, um zu vermeiden, dass zu wenig Kraftstoff eingespritzt wird. In ähnlicher Weise kann die Zeitdauer des Spannungspulses im Falle eines frühzeitigen Öffnens des Kraftstoff! njektors verkürzt werden, um zu vermei- den, dass zu viel Kraftstoff eingespritzt wird.
Die oben erwähnten Korrekturen können vorteilhafterweise pulsindividuell durchgeführt werden, dass heißt für jeden einzelnen Öffnungsvorgang. Die Korrekturen bzw. Zeitverschiebungen können des Weiteren physikalische
Systemparameter, wie zum Beispiel Kraftstofftemperatur, Abstand zum vorherigen Einspritzvorgang usw., berücksichtigen. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung entsprechender Vorsteuerkennlinien bzw. -Felder oder eines Modells erfolgen. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist auf: (a) eine Erfas- sungseinheit zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (b) eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Differenzverlaufs basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und einem Referenz-Stromverlauf, wobei der Referenz-Stromverlauf den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes in einem Zustand darstellt, in welchem der Kraftstoffinjektor in einer vorbestimmten Stellung mechanisch fixiert ist, und (c) eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist. Der beschriebenen Vorrichtung liegen die gleichen Erkenntnisse zugrunde, wie oben in Verbindung mit den ersten und zweiten Aspekten beschrieben.
Die Erfassungseinheit weist in einem Ausführungsbeispiel zum Beispiel einen FADC (Fast-Analog-to-Digital-Converter), der zum Erfassen des Spulenstroms des jeweils aktuell betriebenen Kraftstoffinjektors geeignet ist.
Die Bestimmungseinheit und Ermittlungseinheit können vorteilhafterweise unter Verwendung von einem Mikroprozessorsystem implementiert werden, das die notwendigen mathematischen Operationen durchführen kann, um Differenzverlauf und Extrema zu bestimmen. Das System kann auch eine Speichereinheit aufweisen, die zum Speichern von Referenz-Stromverläufen, Vorsteuerkennlinien, Modellen usw. eingerichtet ist.
Die Vorrichtung kann in einfacher Weise die Anfangs- und Endzeiten eines Öff- nungsvorgangs ermitteln, so dass die Ansteuerung der jeweiligen Kraftstoff Injektoren derart angepasst werden kann, dass relative Einspritzmengenunterschiede minimiert werden können.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung ist zum Durchführen der Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet. Diese Motorsteuerung ermöglicht es mit einfachen und kostengünstigen Mitteln Variationen in der Einspritzmenge bei mehreren Kraftstoffinjektoren zu minimieren.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Er- mittein des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoff! njektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Computerprogramm ist zum Durchführen der Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet, wenn es von einem μ-Controller aus- geführt wird.
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 ge- eigneten Programmiersprache wie beispielsweise in Assembler, 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 heruntergeladen 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 be- liebige 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 einer bevorzugten Ausführungsform.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt. Figur 1 zeigt Spulenstrom 10, zwei Differenzverläufe 20 und 30 sowie Nadelhub 40 während eines Öffnungsvorgangs eines Kraftstoffinjektors als Funktionen der Zeit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Der Spulenstrom 10 ist erst eine Zeitlang stabil auf einem niedrigen Wert (auch 0A) und fängt dann an zu steigen (wenn eine Boostspannung eingeschaltet wird). Der erste Differenzverlauf 20 stellt eine Differenz zwischen dem Spulenstrom 10 und einem ersten (nicht gezeigten) Referenz-Stromverlauf dar. Der erste Referenz-Stromverlauf ist in einem Speicher gespeichert und wurde mit einem Kraft- stoffinjektor oder mehreren baugleichen Kraftstoffinjektoren gemessen, wobei der bzw. die Kraftstoffinjektor(en) in einem geschlossenen Zustand fixiert war(en). In ähnlicher Weise stellt der zweite Differenzverlauf 30 eine Differenz zwischen dem Spulenstrom 10 und einem zweiten (auch nicht gezeigten) Referenz-Stromverlauf dar. Auch der zweite Referenz-Stromverlauf ist in dem Speicher gespeichert und wurde mit einem Kraftstoffinjektor oder mehreren baugleichen Kraftstoffinjektoren gemessen, wobei der bzw. die Kraftstoffinjektor(en) in einem ganz offenen Zustand fixiert war(en).
Der erste Differenzverlauf 20 weist ein Extremum (Maximum) 22 zum Zeitpunkt T2 auf. Der zweite Differenzverlauf 30 weist ein Extremum (Minimum) 31 zum Zeit- punkt T1 und ein weiteres Extremum (Maximum) 32 zum Zeitpunkt T2 auf. Die Extrema 22, 31 und 32 und die entsprechenden Zeitpunkte T1 und T2 werden erfindungsgemäß mittels geeigneter numerischen Verfahren ermittelt. Des Weiteren wird festgestellt, dass die beiden Maxima 22 und 32 in etwa zum gleichen Zeitpunkt T2 auftreten. Basierend auf der Extrema 22, 31 und 32 sowie der Korrelation der Extrema 22 und 32 wird erfindungsgemäß festgestellt, dass der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors zum Zeitpunkt T1 beginnt und zum Zeitpunkt T2 endet. Diese Feststellungen stimmen mit dem auch in Figur 1 gezeigten Verlauf des Nadelhubs 40 gut überein. Die Kurve 40 wurde mittels eines an einem Kraftstoffinjektor angebrachten Nadelhubsensors aufgenommen. Bis zum Zeitpunkt T1 bleibt der Nadelhub konstant auf einem niedrigen Wert - der Kraftstoffinjektor ist geschlossen. Im Bereich des Zeitpunkts T1 fängt der Nadelhub an zu steigen - dies ist mit Pfeil 41 markiert. Im Bereich des Zeitpunkts T2 erreicht der Nadelhub seinen Maximalwert (Anschlag) und stabilisiert sich nachfolgend auf einem etwas niedrigeren Wert. Wie es mit Pfeil 42 markiert ist, endet der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors in der Nähe des Zeitpunkts T2. Die Ermittlung der beiden Zeitpunkte T1 und T2 ermöglicht jetzt eine Korrektur der Ansteuerung falls diese Zeitpunkte T1 und T2 von den vorgegebenen Werten abweichen, so dass sichergestellt werden kann, dass die Einspritzmenge gleich der vorgegebenen Menge ist. Falls es festgestellt wird, dass T1 zu klein (Öffnungsvorgang fängt zu früh an) oder zu groß (Öffnungsvorgang fängt zu spät an) ist, kann dies durch eine entsprechende Verschiebung des Einschaltens der Boostspannung kompensiert werden. Falls es festgestellt wird, dass T2 zu klein (Öffnungsvorgang endet zu früh) oder zu groß (Öffnungsvorgang endet zu spät) ist, kann dies durch eine entsprechende Abkürzung oder Verlängerung des Einspritzdauer kompensiert werden.
Im Ergebnis kann erreicht werden, dass jeder Kraftstoff! njektor mit großer Genauigkeit die vorgegebene Einspritzmenge pro Einspritzvorgang liefert, so dass keine oder nur sehr geringe relative Mengenunterschiede zwischen den Injektoren vorkommen können.
Die notwendige Kompensation erfolgt in einfacher Weise durch Verschiebung der Einschaltung der Boostspannung und/oder Verlängerung oder Verkürzung der Einspritzdauer. Demzufolge werden an sich keine Änderungen in den Stromprofilen während der Öffnungs- und Schließvorgänge benötigt. 1
Bezugszeichenliste
10 Spulenstrom
20 Erster Differenzverlauf
22 Maximum
30 Zweiter Differenzverlauf
31 Minimum
32 Maximum
40 Nadelhub
41 Anfang des Öffnungsvorgangs
42 Ende des Öffnungsvorgangs
T1 Anfangszeitpunkt des Öffnungsvorgangs
T2 Endzeitpunkt des Öffnungsvorgangs

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszu- standes (41 , 42) eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
Erfassen des zeitlichen Verlaufs (10) der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes,
Bestimmen eines Differenzverlaufs (20, 30) basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf (10) der Stromstärke und einem Referenz-Stromverlauf, wobei der Referenz-Stromverlauf den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes in einem Zustand darstellt, in welchem der Kraftstoffinjektor in einer vorbestimmten Stellung fixiert ist, und
Ermitteln eines Zeitpunkts (T1 , T2), zu dem der Differenzverlauf ein Extremum (22, 31 , 32) aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt (T1 , T2) der Zeit- punkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist.
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vorbestimmte Stellung eine ganz offene oder geschlossene Stellung ist.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend Bestimmen eines weiteren Differenzverlaufs (20, 30) basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf (10) der Stromstärke und einem weiteren Referenz-Stromverlauf, und
Ermitteln eines weiteren Zeitpunkts (T1 , T2), zu dem der weitere Diffe- renzverlauf ein Extremum (22, 31 , 32) aufweist und/oder zu dem eine vorbestimmte Korrelation zwischen dem Differenzverlauf (20, 30) und dem weiteren Differenzverlauf (20, 30) besteht.
4. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der ermittelte Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinjektors ein Anfangs- oder Endzeitpunkts eines Öffnungs- oder Schließvorgangs des Kraftstoffinjektors ist.
5. Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraft- stoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend Ermitteln des Zeitpunkts (T1 , T2) eines vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinjektors durch Anwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
Bestimmen einer Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und einem Referenz-Zeitpunkt, und
Ansteuern des Kraftstoffinjektors, wobei der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, dessen Anfangszeit und/oder Zeitdauer basierend auf der bestimmten Differenz festgelegt wird.
6. Vorrichtung zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungs- zustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die Vorrichtung aufweisend
eine Erfassungseinheit zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs (10) der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes,
eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Differenzverlaufs (20, 30) basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf (10) der Stromstärke und einem Referenz-Stromverlauf, wobei der Referenz-Stromverlauf den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes in einem Zustand darstellt, in welchem der Kraftstoff! njektor in einer vorbestimmten Stellung fixiert ist, und
eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Zeitpunkts (T1 , T2), zu dem der Differenzverlauf ein Extremum (22, 31 , 32) aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt (T1 , T2) der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist.
7. Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei die Motorsteuerung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eingerichtet ist.
8. Computerprogramm zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoff! njektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eingerichtet ist.
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