WO2014154779A1 - Bestimmung der öffnungsenergie eines kraftstoffinjektors - Google Patents

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WO2014154779A1
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internal combustion
combustion engine
energy
fuel
fuel injector
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PCT/EP2014/056109
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Peter Matthias RUSSE
Hans-Jörg Wiehoff
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/08—Introducing corrections for particular operating conditions for idling

Definitions

  • the present invention generally relates to the technical field of controlling fuel injectors for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the present invention relates to a method, an engine controller and a computer program for determining the opening energy of a fuel injector of an internal combustion engine, which opening energy is at least required to at least partially open the fuel injector.
  • Direct-drive injection fuel injectors lift by electric
  • the opening energy can vary individually for each fuel injector.
  • the opening energy can vary individually for each fuel injector.
  • the most accurate possible knowledge of the fuel injector-individual opening energy is required.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus with which the opening energy of a fuel injector of an internal combustion engine can be determined as accurately as possible in a simple manner.
  • a method for determining the opening energy of a fuel injector of an internal combustion engine, wherein the opening energy is the energy which is at least required to at least partially open the fuel injector.
  • the described method comprises (a) operating the internal combustion engine in a stationary first operating state, wherein in each working cycle of the internal combustion engine the fuel injector is subjected to an electrical excitation, which leads to an injection of fuel, (b) additional charging of the fuel Fuel injector with an additional electrical excitation for at least one of the subsequent cycles, which is associated with a possible additional partial injection of fuel, the additional electrical excitation is still so weak that effectively no additional partial injection of fuel comes, (c) successive increase the energy of the additional electrical excitation for the at least one subsequent cycle until it comes to an additional partial injection of fuel through the fuel injector, wherein the additional partial injection then to a second Radio d) detecting the second operating state of the internal combustion engine and (e) determining the opening energy for the fuel injector based on the energy of the additional electrical excitation, which was required to the operating state of the Change internal combustion engine in the second operating state.
  • the method described is based on the finding that the individual opening energy that is individual for the respective fuel injector is determined in a simple and effective manner by a successive increase in the energy of an additional electrical excitation, which leads to an additional partial injection of fuel through the fuel injector from a certain height can.
  • This individual opening energy can in particular correspond exactly to that energy of the additional electrical excitation which is just required in order to actually lead to an additional partial injection of fuel by the fuel injector and thus to a change in the operating state of the internal combustion engine.
  • the electrical energy can be determined by integrating the power (voltage U x current I) over time.
  • the operating condition of the internal combustion engine may be defined by the value of any physical observable, which value is characteristic of the combustion of fuel in the internal combustion engine.
  • a change in the operating state from the stationary first operating state to the second operating state is thus characterized by a change in the value of the corresponding physical observable.
  • the operating state of the internal combustion engine can be determined in particular by (a) the pressure (progress) in a cylinder of the internal combustion engine, (b) by the fuel quantity injected by the relevant fuel injector, (c) by the torque generated by the internal combustion engine, and / or (D) by the current speed of the internal combustion engine. It should be noted that this list is not exhaustive and that other fuel-indicative observables may be used to detect the change in operating condition.
  • the internal combustion engine is preferably idle in the stationary first operating state.
  • the idling speed may be, for example, 800 revolutions per minute.
  • the method described during a normal operation of the internal combustion engine can always be executed when the internal combustion engine is currently idling.
  • the opening energy of the respective fuel injector can be determined again and again, for example, when the motor vehicle in question has to stop at a traffic light.
  • changes in the opening energy during the lifetime of the fuel injector can be detected individually for each fuel injector. Aging effects, which have an influence on the opening energy, can then be compensated for future working cycles by a suitable control of the relevant fuel injector.
  • the quantity accuracy can be improved, especially in the injection of very small quantities.
  • working cycle is to be understood in a known manner a working period of a four-stroke reciprocating engine.
  • This work period includes (a) an intake stroke, (b) a compression and ignition stroke, (c) a power stroke, and (d) an exhaust stroke.
  • the detection of the second operating state of the internal combustion engine comprises detecting a change of a manipulated variable in an engine control of the internal combustion engine.
  • the engine controller has a speed controller which adjusts the manipulated variable in such a way that the speed of the internal combustion engine remains at least approximately constant.
  • the manipulated variable may be, for example, the torque of the internal combustion engine. If the energy of the additional electrical excitations becomes so great that additional partial injection of fuel through the fuel injector occurs (transition from the first stationary operating state to the second operating state), then an overall slightly increased amount of fuel per operating cycle is injected, which initially increases an increased torque leads. To compensate for this, the speed controller must downshift the manipulated variable torque. The transition from the first stationary operating state to the second operating state is therefore characterized, according to the exemplary embodiment illustrated here, by a change in the manipulated variable torque.
  • the successive increase of the energy of the additional electrical excitation for the at least one subsequent working cycle comprises the following steps: (a) operating the internal combustion engine in a first phase for a first predetermined number of cycles with an additional electrical excitation with one first energy, (b) operating the internal combustion engine in a second phase for a second predetermined number of subsequent work cycles without additional electrical excitation, (c) operating the internal combustion engine in a third phase for a third predetermined number of cycles with an additional electrical power Energizing with a third energy greater than the first energy; and (d) repeating steps (a) and (c) until the additional partial injection of fuel by the fuel injector occurs.
  • the first and third predetermined numbers may preferably be the same size. This means that the phases in which the additional electrical excitation is activated are the same in terms of the number of working cycles.
  • first and third and the second predetermined number may be the same size. This means that the immediately successive phases of the operation of the internal combustion engine (a) with additional electrical excitation and (b) without additional electrical excitation are the same in terms of the number of working cycles.
  • the first, the second and / or the third predetermined number is between 2 and 10, in particular between 4 and 8 or preferably at 5.
  • an averaging of an indicative of the operating condition of the internal combustion engine physical observables is performed to detect the transition from the stationary first operating state to the second operating state within different phases of operation of the internal combustion.
  • the manipulated variable of the speed controller which recordable for a certain torque is indicative, changed accordingly.
  • the manipulated variable "torque” will then show a negative change during the transition to the second operating state.
  • the transition from the stationary first operating state to the second operating state is detected by the change of a cross-correlation function, wherein the cross-correlation function for each time point results from the product of the manipulated variable and the energy of the additional electrical excitation.
  • the time course of the additional electrical excitation energies in the above-described stepwise increase in the energy of the additional excitations, wherein before each increase the additional electrical excitation is deactivated for a second predetermined number of cycles, shows a course of discrete pulses .
  • the pulse width is determined by the first predetermined number or by the third predetermined number of work cycles.
  • the distance between two consecutive pulses is determined by the second predetermined number of cycles within which the additional electrical excitation is deactivated.
  • the height of the discrete pulses is indicative of the energy of the respective additional excitations.
  • the described use of the cross-correlation function has the advantage that the transition between the stationary first operating state and the second operating state can be detected particularly reliably.
  • the reliability of detecting this transition from the cross-correlation function is particularly high when the cross-correlation function is used in a logarithmic scale.
  • the transition between the stationary first operating state and the second operating state can be plotted in the logarithmic Cross correlation function can be detected very precisely by means of an occurring stage.
  • the method further comprises (a) after detecting the second operating state of the internal combustion engine, successively reducing the energy of the additional electrical excitation for at least one subsequent working cycle until the additional partial injection of fuel by the fuel injector ceases and the (B) detecting the stationary first operating condition of the internal combustion engine, and (c) redetermining the opening energy for the fuel injector based on the energy of the additional electrical excitation, which is just so small that the additional Partial injection of fuel through the fuel injector stops again and the engine returns to the stationary first operating state.
  • the energy of the additional electrical excitation approaches the actual opening energy in an iterative manner from different sides. So if the second operating state has been reached, then one can approach the actual opening energy with (now smaller) steps from the top.
  • the transition back to the stationary first operating state then describes in more detail the opening energy of the relevant fuel injector.
  • the accuracy can be further improved if, after the "first reaching" of the stationary first operating state again with (now even smaller) steps approach from below to the actual opening energy.
  • the renewed transition to the second operating state then describes, with even greater accuracy, the opening energy of the relevant fuel injector.
  • a method for determining the individual opening energies of a plurality of fuel injectors of an internal combustion engine is described, (a) In this method, the method described above simultaneously for the plurality of fuel! (b) Further, the specific opening power required to change the operating state of the internal combustion engine to the second operating state is identified as the opening energy, which is determined by the engine (C) Thereafter, the above-described method is performed one by one for each of the plurality of fuel injectors individually, wherein the energy of the additional electric excitation for the at least one subsequent cycle is gradually increased from the determined lowest opening energy is increased.
  • the described method for determining the individual opening energies of a plurality of fuel injectors is based on the finding that the above-described method for determining the opening energy of an individual fuel injector can initially be applied collectively for a plurality of fuel injectors and preferably for all fuel injectors of an internal combustion engine.
  • the energy of the additional electrical excitation is successively increased, the operating state of the entire internal combustion engine will change if and only if, as a result of the increasing additional electrical excitation, the first of the plurality of fuel injectors actually performs an additional partial injection.
  • the opening energy identified as the lowest opening energy is then used as offset value for all fuel injectors.
  • the method further comprises (a) determining a magnitude of the additional electrical excitation that results in the additional partial injection of fuel by the fuel injector, and (b) calculating the time at which the fuel injector trails the beginning of the additional electrical excitation begins to open, based on (i) the determined current intensity of the additional electrical excitation and (ii) the capacitance of a piezoelectric capacitive drive of the fuel injector.
  • the time at which the fuel injector begins to open after the onset of additional electrical excitation, which is often OPP1 can be preferably calculated from the following well-known physical relationship:
  • Q is the charge of the piezoelectric capacitive drive
  • U is the voltage applied to the piezoelectric capacitive drive
  • I is the determined current of the additional electrical excitation
  • T0pp1 is the time at which the fuel injector after the start of the additional electrical excitation starts to open
  • Cpiezo is the typically pre-known capacity of a piezoelectric capacitive drive of the fuel! njek- tor.
  • an engine controller for determining the opening energy of a fuel injector of an internal combustion engine is described.
  • the described engine controller is configured to perform any of the methods described above.
  • the described motor control is based on the finding that the method described above can be carried out without additional hardware, such as special sensors. It is only necessary to modify an already existing engine control of an internal combustion engine so that it causes an implementation of the method described above.
  • the modification of the engine control can be done for example by means of a suitable programming.
  • a computer program for determining the opening energy of a fuel injector of an internal combustion engine is described.
  • the computer program when executed by a processor, is configured to perform one of the methods described above.
  • 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 / 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 can be provided in a network, such as the Internet, from where it can be downloaded by a user as required.
  • the invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electronic circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a motor control for a
  • FIG. 2 shows a simulated signal course for determining the opening energy of a fuel injector in a single-cylinder four-stroke engine.
  • the method explained below with reference to FIG. 2 uses the speed response in a stationary operating point of the internal combustion engine, e.g. at idle, at systematic excitation jumps, or at the injection of an identifiable pattern well distinguishable from the noise.
  • the excitation jumps or the distinguishable and identifiable pattern is shown in FIG. 2 above.
  • Plotted as a function of time, which is indicated here in the form of sampling the additional electrical excitation of the fuel injector, which leads from a certain height to an additional partial injection in each cycle of the internal combustion engine.
  • the additional electrical excitation is plotted as additional excitation energy for each cycle in the unit mJ.
  • four scanning steps correspond to a working cycle of the internal combustion engine.
  • this procedure can be applied to any fuel! be performed individually.
  • the energy leap or the additional electrical energy at which or at which the speed of the internal combustion engine has responded to the electrical excitation jumps for the first time can then be used as starting offset for a subsequent fuel injector-individual determination of the opening energy, from which the additional electrical excitation or the additional electrical Energy is increased.
  • the offsets of the respectively not to be adapted fuel injectors can be kept constant.
  • the speed-controlled idling operation of the internal combustion engine is used as the stationary operating point.
  • the idle controller of the engine control of the internal combustion engine contains inter alia an integral controller. Its control value decreases when the additional electrical excitation associated with a possible additional partial injection exceeds the fuel injector individual opening energy and, in fact, additional fuel is injected.
  • the manipulated variable of the integral controller is a control signal which is proportional to the desired value of the current torque. If an additional torque is generated from a certain additional electrical excitation due to an additional partial injection of fuel, then the idle controller will reduce its control signal for the target value of the current torque accordingly to keep the total torque generated and the speed of the internal combustion engine constant. This is shown in the middle diagram of FIG. From an additional energy in the amount of 20 mJ, a change of the setpoint value for the torque generated by the internal combustion engine, which is correlated in time with the additional electrical excitations, can be recognized from the approximately 360-degree sampling step.
  • the idle controller of the engine control thus ensures that the total torque generated by the engine and thus the speed of the internal combustion engine despite the additional electrical excitations, which lead according to the embodiment shown here from a height of 20 mJ to an additional partial injection of fuel , stay constant.
  • a cross-correlation function KKF can be evaluated which for each time point is calculated from the product of the additional energy (plotted in the upper energy) Diagram of Figure 2) and the setpoint for the torque to be generated (plotted in the middle diagram of Figure 2). Further, the reliability for detecting changes in the target value for the torque to be generated can be improved by using, for the calculation of the cross-correlation function KKF from the target value for the torque to be generated, only the integral component output from the idle controller and not the proportional component becomes. This then corresponds to a smoothing or an averaging over several sampling steps.
  • the duration over which this smoothing or averaging takes place is determined by the time constant of the integral component.
  • the cross-correlation function KKF generated in this way is shown in the lower diagram of FIG. It should be noted that the cross-correlation function KKF is plotted on a logarithmic scale. It can be seen clearly that, when the opening energy has been reached at approximately the 360th sampling step, the logarithmic values of the cross-correlation function KKF have increased comparatively strongly.
  • the point in time OPP2 is the point in the course of the opening of a fuel injector in which, after the start of the electrical excitation of the fuel injector, the fuel injector reaches its full flow, for example by means of a boost phase. This means that at the time OPP2 the fuel injector is fully open and that the needle of the fuel injector is at its upper stop.
  • the point in time OPP4 is the point in time in the course of the opening of a fuel injector in which the fuel injector is completely closed again after the start of its electrical excitation.
  • a detection of the times OPP2 and OPP4 is used in a known manner in fuel injectors for determining their opening behavior and their closing behavior in order to control the relevant fuel injector in a suitable manner later, that fuel injector-individually a high quantity accuracy is achieved, especially for small amounts of fuel to be injected.
  • the opening energy of the fuel injector can be determined with the method described here and the electrical excitation of the fuel injector can be adapted accordingly for future injection processes. In this way, the stiffness of the fuel injector can be compensated in a suitable manner by a stronger electrical excitation.
  • a basic characteristic with regard to their individual opening behavior can be created, and the validity of an existing regulation can be checked.
  • the determined basic characteristic can be written back into a non-volatile memory of a motor control and adjusted at a later time with current values. If these values differ considerably, it can be assumed that the relevant fuel injector will be replaced, and the corresponding adaptation characteristic fields can be reset.
  • a value of the above-mentioned cross-correlation function KKF describing the fuel injector state "just opened” can be achieved via a proportional control. Too high a KKF value means that the opening energy has been exceeded too far. In this case, the algorithm can slowly downshift the energy of the electrical excitation with a reduced gain factor.
  • the use of the method described here can increase the likelihood, after a loss of the OPP2 and OPP4 detection possibility, of the relevant fuel! To control the ejector based on the individually determined opening energy so that again the possibility of OPP2 and OPP4 detection is given. This can be avoided if necessary, an unnecessary emergency program to protect the component fuel injector.
  • fuel injectors in the already installed state can be characterized with regard to their electrical and hydraulic properties. In the case of directly driven injection systems, this also allows fuel injection with a high quantity accuracy even for small or ballistic injection processes in which the needle of the fuel injector is not completely deflected but only with a partial lift over the opening point.
  • control parameters can be learned, adapted and optimized by an engine control unit itself.
  • the individual opening energy can already be determined during the production of fuel injectors in a motor test stand. In this case, even the smallest additional quantities of injected fuel can be detected, in particular by the application of a cross-correlation function, which would normally not be detectable due to unavoidable noise in a fuel quantity measuring technique.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) Betreiben der Brennkraftmaschine in einem stationären ersten Betriebszustand, wobei in jedem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine der Kraftstoffinjektor mit einer elektrischen Erregung beaufschlagt wird, welche zu einer Einspritzung von Kraftstoff führt, (b) zusätzliches Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung für zumindest eines der nachfolgenden Arbeitsspiele, welche einer möglichen zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff zugeordnet ist, wobei die zusätzliche elektrische Erregung zunächst noch so schwach ist, dass es effektiv zu keiner zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff kommt, (c) sukzessives Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest eine nachfolgende Arbeitsspiel, bis es zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor kommt, wobei die zusätzliche Teileinspritzung dann zu einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine führt, welcher unterschiedlich ist zu dem stationären ersten Betriebszustand, (d) Erkennen des zweiten Betriebszustands der Brennkraftmaschine und (e) Bestimmen der Öffnungsenergie für den Kraftstoffinjektor basierend auf der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche erforderlich war, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den zweiten Betriebszustand zu ändern. Es wird ferner ein Verfahren zum Bestimmen der individuellen Öffnungsenergien von einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren beschrieben. Außerdem werden eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm zur Durchführung der genannten Verfahren beschrieben.

Description

Beschreibung
Bestimmung der Öffnungsenergie eines Kraftstoff! njektors Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine, welche Öff- nungsenergie mindestens erforderlich ist, um den Kraftstoffinjektor zumindest teilweise zu öffnen.
Direkt angetriebene Einspritz-Kraftstoffinjektoren heben durch elektrische
Bestromung eines Spulenantriebs oder eines piezoelektrischen Wandlers eine Nadel aus ihrem Sitz und geben somit Düsenlöcher für den Durchfluss von Kraftstoff frei. Je mehr elektrische Energie dem Kraftstoffinjektor zugeführt wird, desto weiter öffnet die Nadel. Ist die elektrische Energie kleiner als die sogenannte Öffnungsenergie des betreffenden Kraftstoffinjektors, reicht diese nicht zum Anheben der Nadel aus.
Durch Herstellungstoleranzen, Alterungseffekte und unterschiedliche Umgebungsbedingungen kann die Öffnungsenergie individuell für jeden Kraftstoffinjektor variieren. Um jedoch insbesondere bei der Einspritzung von geringen Kraftstoffmengen, beispielsweise im sog. ballistischen Betrieb des Kraftstoffinjektors, oder im Falle von Mehrfacheinspritzungen mit sehr kleinen Teileinspritzungen eine hohen Mengengenauigkeit zu erzielen, ist eine möglichst genaue Kenntnis der Kraftstoffinjektor-individuellen Öffnungsenergie erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine auf einfache Weise möglichst genau bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vor- liegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Öffnungsenergie diejenige Energie ist, welche mindestens erforderlich ist, um den Kraftstoffinjektor zumindest teilweise zu öffnen. Das beschriebene Ver- fahren weist auf (a) Betreiben der Brennkraftmaschine in einem stationären ersten Betriebszustand, wobei in jedem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine der Kraft- stoffinjektor mit einer elektrischen Erregung beaufschlagt wird, welche zu einer Einspritzung von Kraftstoff führt, (b) zusätzliches Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung für zumindest eines der nachfolgenden Arbeitsspiele, welche einer möglichen zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff zugeordnet ist, wobei die zusätzliche elektrische Erregung zunächst noch so schwach ist, dass es effektiv zu keiner zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff kommt, (c) sukzessives Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest eine nachfolgende Arbeitsspiel, bis es zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor kommt, wobei die zusätzliche Teileinspritzung dann zu einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine führt, welcher unterschiedlich ist zu dem stationären ersten Betriebszustand, (d) Erkennen des zweiten Betriebszustands der Brennkraftmaschine und (e) Bestimmen der Öffnungsenergie für den Kraftstoffinjektor basierend auf der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche erforderlich war, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den zweiten Betriebszustand zu ändern.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine sukzessive Erhöhung der Energie einer zusätzlichen elektrischen Erregung, welche ab einer gewissen Höhe zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor führt, auf einfache und effektive Weise die für den jeweiligen Kraftstoffinjektor individuelle Öffnungsenergie bestimmt werden kann. Diese individuelle Öffnungsenergie kann insbesondere genau derjenigen Energie der zu- sätzlichen elektrischen Erregung entsprechen, welche gerade erforderlich ist, um tatsächlich zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraft- stoffinjektor und damit zu einer Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zu führen. Die elektrische Energie kann durch eine Integration der Leistung (Spannung U x Strom I) über die Zeit bestimmt werden. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann durch den Wert einer beliebigen physikalischen Observablen definiert sein, welcher Wert für die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine charakteristisch ist. Eine Änderung des Betriebszustands von dem stationären ersten Betriebszustand zu dem zweiten Be- triebszustand zeichnet sich damit durch eine Änderung des Wertes der entsprechenden physikalischen Observablen aus. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann insbesondere bestimmt sein (a) durch den Druck(verlauf) in einem Zylinder der Brennkraftmaschine, (b) durch die von dem betreffenden Kraftstoffin- jektor eingespritzte Kraftstoffmenge, (c) durch das von der Brennkraftmaschine generierte Drehmoment und/oder (d) durch die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Aufzählung nicht abschließend ist und dass zur Erkennung der Änderung des Betriebszustandes auch andere für die Kraftstoffverbrennung indikative Observablen verwendet werden können. Bevorzugt befindet sich die Brennkraftmaschine in dem stationären ersten Betriebszustand im Leerlauf. Die Leerlaufdrehzahl kann beispielsweise 800 Umdrehungen pro Minute sein. Damit kann das beschriebene Verfahren während eines üblichen Betriebs der Brennkraftmaschine immer dann ausgeführt werden, wenn sich die Brennkraftmaschine gerade im Leerlauf befindet. Damit kann die Öff- nungsenergie des betreffenden Kraftstoffinjektors immer wieder neu, beispielsweise wenn das betreffende Kraftfahrzeug gerade an einer Ampel halten muss, bestimmt werden. Damit können Veränderungen in der Öffnungsenergie während der Lebenszeit des Kraftstoffinjektors individuell für jeden Kraftstoffinjektor erkannt werden. Alterungseffekte, die einen Einfluss auf die Öffnungsenergie haben, kön- nen dann für zukünftige Arbeitsspiele durch eine geeignete Ansteuerung des betreffenden Kraftstoffinjektors kompensiert werden. Damit kann die Mengengenauigkeit insbesondere bei der Einspritzung von Kleinstmengen verbessert werden.
Unter dem Begriff Arbeitsspiel ist in bekannter Weise eine Arbeitsperiode eines Viertakt-Hubkolbenmotors zu verstehen. Diese Arbeitsperiode umfasst (a) einen Ansaugtakt, (b) einen Verdichtungs- und Zündtakt, (c) einen Arbeitstakt und (d) einen Ausstoßtakt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Erkennen des zweiten Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein Erkennen einer Änderung einer Stellgröße in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine. Dies hat den Vorteil, dass für die Erkennung der Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine keine eigene Sensorik erforderlich ist. Damit kann das beschriebene Verfahren ohne zusätzliche Aufwendungen für Hardware realisiert werden. Es ist lediglich eine geeignete Programmierung der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine erforderlich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Motorsteue- rung einen Drehzahlregler auf, welcher die Stellgröße derart einstellt, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine zumindest annähernd konstant bleibt.
Die Stellgröße kann beispielsweise das Drehmoment der Brennkraftmaschine sein. Wenn die Energie der zusätzlichen elektrischen Erregungen so groß wird, dass es zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor kommt (Übergang von dem ersten stationären Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand), dann wird insgesamt eine etwas erhöhte Kraftstoffmenge pro Arbeitsspiel eingespritzt, was zunächst zu einem erhöhten Drehmoment führt. Um dies auszugleichen muss der Drehzahlregeler die Stellgröße Drehmoment herunter regeln. Der Übergang von dem ersten stationären Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zeichnet sich also gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Änderung der Stellgröße Drehmoment aus.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das sukzessive Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest eine nachfolgende Arbeitsspiel folgenden Schritte auf: (a) Betreiben der Brennkraftmaschine in einer ersten Phase für eine erste vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung mit einer ersten Energie, (b) Betreiben der Brennkraftmaschine in einer zweiten Phase für eine zweite vorbestimmte An- zahl von nachfolgenden Arbeitsspielen ohne eine zusätzliche elektrische Erregung, (c) Betreiben der Brennkraftmaschine in einer dritten Phase für eine dritte vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung mit einer dritten Energie, welche größer ist als die erste Energie, und (d) Wiederholen der Schritte (a) und (c) bis es zu der zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor kommt.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass während der Phase des sukzessiven Erhöhens der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung die zusätzliche elektrische Erregung abwechselnd für eine erste bzw. dritte vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen aktiviert und danach die für eine vorbestimmte zweite vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen deaktiviert wird. Auf diese Weise ist jeweils für eine vorbestimmte Anzahl an Arbeitsspielen abwechselnd die zusätzliche elektri- sehe Erregung aktiviert oder deaktiviert. Dabei wird die Energie mit jeder neuen Phase, in der die zusätzliche elektrische Erregung aktiviert ist, sukzessive erhöht.
Die erste und die dritte vorbestimmte Anzahl können bevorzugt gleich groß sein. Dies bedeutet, dass die Phasen, in denen die zusätzliche elektrische Erregung aktiviert ist, hinsichtlich der Anzahl an Arbeitsspielen gleich lang sind.
Auch die erste bzw. dritte und die zweite vorbestimmte Anzahl können gleich groß sein. Dies bedeutet, dass die unmittelbar aufeinander folgenden Phasen des Be- triebs der Brennkraftmaschine (a) mit zusätzlicher elektrischer Erregung und (b) ohne zusätzlicher elektrischer Erregung hinsichtlich der Anzahl an Arbeitsspielen gleich lang sind.
Hinsichtlich der genauen Größe der verschiedenen vorbestimmten Anzahlen an Arbeitsspielen in den verschiedenen Phasen des Betriebs der Brennkraftmaschine gibt es keine speziellen Vorgaben. Es ist jedoch zu beachten, dass die Zeitdauer, innerhalb der die Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung sukzessive erhöht wird, mit einer vorbestimmten Anzahl an Arbeitsspielen zunimmt, da jede einzelne Phase des Betriebs der Brennkraftmaschine länger dauert. Auf der anderen Seite verringert eine größere vorbestimmte Anzahl an Arbeitsspielen die Wahrscheinlichkeit, dass beispielsweise infolge von Schwankungen oder einem Rauschen der Observablen, die den Übergang von dem stationären ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand anzeigen soll, dieser Übergang nicht korrekt erkannt wird. Ein guter Kompromiss zwischen diesen beiden Aspekten hinsichtlich der jeweiligen vorbestimmten Anzahl scheint derzeit darin zu bestehen, dass die erste, die zweite und/oder die dritte vorbestimmte Anzahl zwischen 2 und 10, insbesondere zwischen 4 und 8 oder vorzugsweise bei 5 liegt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zum Erkennen des Übergangs von dem stationären ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand innerhalb von verschiedenen Phasen des Betriebs der Brenn kraftmasch ine jeweils eine Mittelung von einer für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine indikativen physikalischen Observablen durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass statistische Schwankungen oder ein Rauschen der physikalischen Observablen heraus gemittelt werden. Damit wird das beschriebene Verfahren besonders zuverlässig. Wie bereits vorstehend erläutert, kann die physikalische Observable je nach speziellem Anwendungsfall aus einer Vielzahl von theoretisch möglichen physikalischen Observablen ausgewählt werden. Besonders bevorzugt erscheint derzeit als physikalische Observable eine Antwort eines Drehzahlreglers auf das zusätzliche Drehmoment zu verwenden, welches infolge der zusätzlichen Teileinspritzung in dem zweiten Betriebszustand erzeugt wird. Um eine bestimmte Drehzahl (insbesondere die Leerlaufdrehzahl) beizubehalten, wird bei Vorliegen der zusätzlichen Teileinspritzung die Stellgröße des Drehzahlreglers, welche bespielsweise für ein bestimmtes Drehmoment indikativ ist, entsprechend geändert. In dem entspre- chenden Regelsignal des Drehzahlreglers wird die Stellgröße "Drehmoment" dann beim Übergang in den zweiten Betriebszustand eine negative Änderung zeigen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Übergang von dem stationären ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand anhand der Änderung einer Kreuzkorrelationsfunktion erkannt, wobei sich die Kreuzkorrelationsfunktion für jeden Zeitpunkt aus dem Produkt aus der Stellgröße und der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung ergibt.
Der zeitliche Verlauf der Energien der zusätzlichen elektrischen Erregungen zeigt bei der vorstehend beschriebenen schrittweisen Erhöhung der Energie der zusätzlichen Erregungen, wobei vor jeder Erhöhung die zusätzliche elektrische Erregung für eine zweite vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen deaktiviert bzw. auf Null gesetzt wird, einen Verlauf von diskreten Pulsen. Dabei ist die Pulsbreite durch die erste vorbestimmte Anzahl bzw. durch die dritte vorbestimmte Anzahl von Ar- beitsspielen bestimmt. In entsprechender Weise ist der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Pulsen von der zweiten vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen bestimmt, innerhalb derer die zusätzliche elektrische Erregung deaktiviert ist. Die Höhe der diskreten Pulse ist indikativ für die Energie der jeweiligen zusätzlichen Erregungen.
Die beschriebene Verwendung der Kreuzkorrelationsfunktion hat den Vorteil, dass der Übergang zwischen dem stationären ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand besonders zuverlässig erkannt werden kann. Die Zuverlässigkeit der Erkennung dieses Übergangs anhand der Kreuzkorrelationsfunktion ist be- sonders hoch, wenn die Kreuzkorrelationsfunktion in einer logarithmischen Skalierung verwendet wird. Der Übergang zwischen dem stationären ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand kann in der logarithmisch aufgetragenen Kreuzkorrelationsfunktion besonders präzise anhand einer auftretenden Stufe erkannt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) nach dem Erkennen des zweiten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, sukzessives Reduzieren der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für zumindest ein nachfolgendes Arbeitsspiel, bis die zusätzliche Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor wieder aufhört und die Brennkraftmaschine wieder in dem stationären ersten Betriebszustand betrieben wird, (b) Erkennen des stationären ersten Betriebszustands der Brennkraftmaschine, und (c) erneutes Bestimmen der Öffnungsenergie für den Kraftstoffinjektor basierend auf der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche gerade so klein ist, dass die zusätzliche Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraft- stoffinjektor wieder aufhört und die Brennkraftmaschine wieder in den stationären ersten Betriebszustand übergeht.
Dies bedeutet anschaulich ausgedrückt, dass sich die Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung in iterativer Weise von verschiedenen Seiten an die tatsächliche Öffnungsenergie annähert. Wenn also der zweite Betriebszustand erreicht wurde, dann kann man sich mit (nun kleineren) Schritten von oben an die tatsächliche Öffnungsenergie annähern. Der Übergang zurück in den stationären ersten Betriebszustand beschreibt dann noch genauer die Öffnungsenergie des betreffenden Kraftstoffinjektors. Selbstverständlich kann die Genauigkeit weiter verbessert werden, wenn man sich nach dem "wieder Erreichen" des stationären ersten Betriebszustands erneut mit (nun noch kleineren) Schritten wieder von unten an die tatsächliche Öffnungsenergie annähert. Der erneute Übergang in den zweiten Betriebszustand beschreibt dann mit noch größerer Genauigkeit die Öffnungsenergie des betreffenden Kraft- stoffinjektors.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der individuellen Öffnungsenergien von einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren einer Brennkraftmaschine beschrieben, (a) Bei diesem Verfahren wird das vor- stehend beschriebene Verfahren gleichzeitig für die Mehrzahl von Kraftstoff! njek- toren durchgeführt, (b) Ferner wird die bestimmte Öffnungsenergie, welche erforderlich war, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den zweiten Betriebszustand zu ändern, als diejenige Öffnungsenergie identifiziert, welche von der Mehrzahl von individuellen Öffnungsenergien die geringste Öffnungsenergie darstellt, (c) Danach wird das vorstehend beschriebene Verfahren nacheinander für jeden der Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren individuell durchgeführt, wobei die Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest eine nachfol- gende Arbeitsspiel ausgehend von der bestimmten geringsten Öffnungsenergie sukzessive erhöht wird.
Dem beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der individuellen Öffnungsenergien von einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines individuellen Kraftstoffinjektors zunächst kollektiv für eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren und bevorzugt für alle Kraftstoffinjektoren einer Brennkraftmaschine angewendet werden kann. Bei dem sukzessiven Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung wird sich genau dann der Betriebszustand der ge- samten Brennkraftmaschine ändern, wenn infolge der stärker werdenden zusätzlichen elektrischen Erregung der erste der Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren tatsächlich eine zusätzliche Teileinspritzung durchführt. Bei der folgenden Bestimmung der individuellen Öffnungsenergie für die einzelnen Kraftstoffinjektoren wird dann die als die geringste Öffnungsenergie identifizierte Öffnungsenergie als Offset Wert für alle Kraftstoffinjektoren verwendet. Damit kann das Verfahren schneller ausgeführt werden, da jedes sukzessive Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung nicht bei einem viel zu kleinen Wert sondern bereits bei dem Offset Wert (= geringste Öffnungsenergie aller Öffnungsenergien) beginnt und damit die individuelle Öffnungsenergie für jeden einzelnen Kraftstoffinjektor schneller erreicht wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) ein Bestimmen einer Stromstärke der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche zu der zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor führt, und (b) ein Berechnen des Zeitpunktes, zu welchem sich der Kraftstoffinjektor nach dem Beginn der zusätzlichen elektrischen Erregung beginnt zu öffnen, basierend auf (i) der bestimmten Stromstärke der zusätzlichen elektrischen Erregung und (ii) der Kapazität eines piezoelektrischen kapazitiven Antriebs des Kraftstoffinjektors.
Der Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoffinjektor nach dem Beginn der zusätzlichen elektrischen Erregung beginnt sich zu öffnen und welcher häufig auch als OPP1 bezeichnet wird, kann bevorzugt anhand folgender allgemein bekannten physikalischen Beziehung berechnet werden:
E = 0,5■ Q■ U = 0,5■ (I ■ Toppl )Λ2 / Cpiezo
Dabei gilt: Q ist die Ladung des piezoelektrischen kapazitiven Antriebs, U ist die Spannung, die an dem piezoelektrischen kapazitiven Antrieb anliegt, I ist die bestimmte Stromstärke der zusätzlichen elektrischen Erregung, T0pp1 ist der Zeitpunkt, zu welchem sich der Kraftstoffinjektor nach dem Beginn der zusätzlichen elektrischen Erregung beginnt zu öffnen und Cpiezo ist die typischerweise vorbe- kannte Kapazität eines piezoelektrischen kapazitiven Antriebs des Kraftstoff! njek- tors.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung ist konfiguriert, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen.
Der beschriebenen Motorsteuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vorstehend beschriebene Verfahren ohne zusätzliche Hardware wie beispielsweise besondere Sensoren ausgeführt werden kann. Es ist lediglich erforderlich, eine ohnehin bereits vorhandene Motorsteuerung einer Brennkraftmaschine dahingehend zu modifizieren, dass diese eine Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens veranlasst. Die Modifizierung der Motorsteuerung kann beispielsweise mittels einer geeigneten Programmierung erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen eines der vorstehend beschriebenen Verfahren einge- richtet.
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 Computerprogramin 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/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 bereitge- stellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer 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 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 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 derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Motorsteuerung für eine
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Figur 2 zeigt einen simulierten Signalverlauf zu Bestimmung der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors bei einem Einzylinder Viertaktmotor.
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 Aus- führungsformen 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 in einer schematischen Darstellung eine Motorsteuerung 100 für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Motorsteuerung 100 ist zum
Durchführen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors der Brennkraftmaschine programmtechnisch eingerichtet.
Das nachfolgend anhand von Figur 2 erläuterte Verfahren nutzt die Drehzahlantwort in einem stationären Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, z.B. im Leerlauf, auf systematische Anregungssprünge oder auf die Aufschaltung eines gut von dem Rauschen unterscheidbaren identifizierbaren Musters. Die Anregungssprünge bzw. das unterscheidbare und identifizierbare Muster ist in Figur 2 oben dargestellt. Aufgetragen ist als Funktion der Zeit, welche hier in Form von Abtastschritten angegeben ist, die zusätzliche elektrische Erregung des Kraftstoffinjektors, welche ab einer gewissen Höhe zu einer zusätzlichen Teileinspritzung in jedem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine führt. Die zusätzliche elektrische Erregung ist als zusätz- liehe Erregungsenergie für jedes Arbeitsspiel in der Einheit mJ aufgetragen. In der in Figur 2 gezeigten Darstellung entsprechen vier Abtastschritte einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, werden gemäß dem hier dargestellten Ausführungs- beispiel ausgehend von einem stabilen Betriebspunkt (hier Leerlauf der Brenn- kraftmachine) größer werdende zusätzliche elektrische Erregungen auf alle Kraft- stoffinjektoren zugeschaltet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden diese zusätzlichen elektrischen Erregungen jeweils für 5 Arbeitsspiele aktiviert und danach für weitere 5 Arbeitsspiele deaktiviert. Danach wird das alter- nierende Aktivieren und Deaktivieren der zusätzlichen elektrischen Erregung mit einer etwas stärkeren zusätzlichen elektrischen Erregung fortgesetzt. Das alternierende Aktivieren und Deaktivieren der zusätzlichen elektrischen Erregung mit stärker werdender zusätzlicher elektrischer Erregung wird solange fortgesetzt, bis ab einer gewissen zusätzlichen elektrischen Erregung bzw. ab einer gewissen zusätzlichen elektrischen Energie die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf den zeitlichen Verlauf der elektrischen Erregung reagiert. Sobald dies der Fall ist, kann im Falle einer Brennkraftmaschine mit mehreren Kraftstoffinjektoren diese Prozedur für jeden Kraftstoff! njektor individuell durchgeführt werden. Der Energiesprung bzw. die zusätzliche elektnsche Energie, bei dem bzw. bei der die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf die elektrischen Erregungssprünge erstmalig reagiert hat, kann dann für eine nachfolgende Kraftstoffinjektor-individuelle Bestimmung der Öffnungsenergie als Startoffset verwendet werden, ab dem die zusätzliche elektrische Erregung bzw. die zusätzliche elektrische Energie erhöht wird. Die Offsets der jeweils nicht zu adaptierenden Kraftstoffinjektoren können dabei konstant gehalten werden.
In einer derzeit als besonders geeignet erscheinenden Ausführungsform wird als stationärer Betriebspunkt der Drehzahl-geregelte Leerlauf-Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet. Der Leerlauf-Regler der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine enthält unter anderem einen Integral-Regler. Dessen Stellwert verringert sich, wenn die einer möglichen zusätzlichen Teileinspritzung zugeordnete zusätzliche elektrische Erregung die Kraftstoffinjektor-individuelle Öffnungsenergie über- schreitet und tatsächlich zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stellgröße des Integral-Reglers ein Steuersignal, welches proportional zu dem Sollwert des aktuellen Drehmomentes ist. Wird ab einer gewissen zusätzlichen elektrischen Erregung aufgrund einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff ein zusätzliches Drehmoment erzeugt, dann wird der Leerlauf-Regler sein Steuersignal für den Sollwert des aktuellen Drehmomentes entsprechend reduzieren, um das insgesamt erzeugte Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant zu halten. Dies ist in dem mittleren Diagramm von Figur 2 gezeigt. Ab einer zusätzlichen Energie in Höhe von 20 mJ ist ab dem ungefähr 360-sten Abtastschritt eine zeitlich mit den zusätzlichen elektrischen Erregungen korrelierte Änderung des Sollwerts für das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment zu erkennen. Der Leerlauf-Regler der Motorsteuerung sorgt also dafür, dass das insgesamt von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment und damit auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine trotz der zusätzlichen elektrischen Erregungen, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ab einer Hohe von 20 mJ zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff führen, konstant bleiben.
Um vor dem Hintergrund eines stets rauschenden Stellgrößen-Steuersignals die Zuverlässigkeit der Erkennung von Änderungen in dem Sollwert für das zu erzeugende Drehmoment zu erhöhen, kann eine Kreuzkorrelationsfunktion KKF ausgewertet werden, welche sich für jeden Zeitpunkt aus dem Produkt der zusätzlichen Energie (aufgetragen in dem oberen Diagramm von Figur 2) und dem Sollwert für das zu erzeugende Drehmoment (aufgetragen in dem mittleren Diagramm von Figur 2). Ferner kann die Zuverlässigkeit für die Erkennung von Änderungen in dem Sollwert für das zu erzeugende Drehmoment dadurch verbessert werden, dass für die Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion KKF von dem Sollwert für das zu erzeugende Drehmoment lediglich der von dem Leerlauf-Regler ausgegebene Integralanteil und nicht der Proportionalanteil verwendet wird. Dies entspricht dann einer Glättung bzw. einer Mittelwertbildung über mehrere Abtastschritte. Die zeitliche Dauer, über welche diese Glättung bzw. Mittelwertbildung erfolgt, wird durch die Zeitkonstante des Integralanteils bestimmt. Die auf diese Weise erzeugte Kreuzkorrelationsfunktion KKF ist in dem unteren Diagramm von Figur 2 dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass die Kreuzkorrelationsfunktion KKF auf einer logarithmischen Skala aufgetragen ist. Man erkennt deutlich, dass ab dem Erreichen der Öffnungsenergie bei ungefähr dem 360-sten Abtastschritt der logarithmische Werte der Kreuzkorrelationsfunktion KKF vergleichsweise stark zugenommen hat.
Es wird darauf hingewiesen, dass das in diesem Dokument beschriebene Verfahren für einen Kraftstoff! njektor besonders bevorzugt dann eingesetzt werden kann, wenn dieser Kraftstoffinjektor bespielsweise aufgrund von einer Alterung oder aufgrund von einem teilweisen Defekt bei einer regulären elektrischen Erregung gar nicht mehr öffnet und demzufolge auch keine Detektion der Zeitpunkte OPP2 und OPP4 mehr möglich ist, zu welchen eine Ventilnadel des Kraftstoff! njektors in ihrer jeweiligen Endposition anschlägt. Bei einem derartig träg bzw. schwergängig gewordenen Kraftstoffinjektor wird in diesem Dokument auch von einem Verlust der OPP2 und OPP4 Detektionsmöglichkeit gesprochen.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Zeitpunkt OPP2 derjenige Zeitpunkt in dem Öffnungsverlauf eines Kraftstoffinjektors zu verstehen, bei dem nach dem Beginn der elektrischen Erregung des Kraftstoffinjektors beispielsweise mittels einer Boostphase der Kraftstoffinjektor seinen vollen Durchfluss erreicht. Dies be- deutet, dass zum Zeitpunkt OPP2 der Kraftstoffinjektor vollständig geöffnet ist und dass sich die Nadel des Kraftstoffinjektors an ihrem oberen Anschlag befindet. Unter dem Zeitpunkt OPP4 ist derjenige Zeitpunkt in dem Öffnungsverlauf eines Kraftstoffinjektors zu verstehen, bei dem der Kraftstoffinjektor nach dem Beginn seiner elektrischen Erregung wieder vollständig geschlossen ist. Eine Detektion der Zeitpunkte OPP2 und OPP4 wird in bekannter Weise bei Kraftstoffinjektoren zur Bestimmung deren Öffnungsverhaltens und deren Schließverhaltens eingesetzt, um den betreffenden Kraftstoffinjektor später in geeigneter Weise so anzusteuern, dass Kraftstoffinjektor-individuell eine hohe Mengengenauigkeit insbesondere bei geringen Mengen an einzuspritzenden Kraftstoff erreicht wird.
Nach einem Verlust der OPP2 und OPP4 Detektionsmöglichkeit (der betreffende Kraftstoffinjektor öffnet sich mit einem üblichen Erregungsverlauf nicht mehr vollständig), kann mit dem hier beschriebenen Verfahren die Öffnungsenergie des Kraftstoffinjektors bestimmt und für zukünftige Einspritzvorgänge die elektrische Erregung des Kraftstoffinjektors entsprechend angepasst werden. Auf diese Weise kann durch eine stärkere elektrische Erregung die Schwergängigkeit des Kraft- stoffinjektors in geeigneter Weise kompensiert werden.
Ferner kann mit dem hier beschriebenen Verfahren für Kraftstoffinjektoren eine Grundcharakteristik hinsichtlich ihres individuellen Öffnungsverhaltens erstellt werden, sowie die Gültigkeit einer bestehenden Regelung übergeprüft werden. Die ermittelte Grundcharakteristik kann in einen nicht-flüchtigen Speicher einer Motorsteuerung zurückgeschrieben werden und zu einem späteren Zeitpunkt mit aktuellen Werten abgeglichen werden. Unterscheiden sich diese Werte erheblich, kann von einem Austausch des betreffenden Kraftstoffinjektors ausgegangen werden und es kann ein Zurücksetzen der entsprechenden Adaptionskennfelder erfolgen.
Bei einem Verlust der OPP2 und OPP4 Detektionsmöglichkeit kann die
Strom-Stellgröße mit dem mittleren Strom der anderen Kraftstoffinjektoren vorinitialisiert werden. Falls diese Maßnahme nicht zu einem Wiedererlangen der OPP2 und OPP4 Detektionsmöglichkeit führt oder eine bestehende Regelung überprüft werden soll, dann kann durch einen definierbaren Suchlauf die Stellgröße immer weiter von der Initialisierung erhöht und erniedrigt werden. Ein möglicher Stromverlauf ist in dem oberen Diagramm von Figur 2 angegeben. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die modellierte Öffnungsenergie 20,0 mJ. Ein Algorithmus des Suchlaufes erkennt in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen Wert von 20,1 mJ.
Bei einem derartigen Algorithmus kann über eine Proportional-Regelung ein Wert der o.g. Kreuzkorrelationsfunktion KKF erreicht werden, der den Kraftstoff inj ek- tor-Zustand "gerade geöffnet" beschreibt. Ein zu hoher KKF-Wert bedeutet, dass die Öffnungsenergie zu weit überschritten wurde. In diesem Fall kann der Algorithmus langsam mit einem reduzierten Verstärkungsfaktor die Energie der elektrischen Erregung herunter regeln. Zusammenfassend bleibt festzustellen: Mit der Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, nach einem Verlust der OPP2 und OPP4 Detektionsmöglichkeit den betreffenden Kraftstoff! njektor basierend auf der individuell bestimmten Öffnungsenergie so anzusteuern, dass wieder die Möglichkeit einer OPP2 und OPP4 Detektion gegeben ist. Damit kann ggf. ein unnötiges Notlaufprogramm zum Schutz der Komponente Kraftstoffinjektor vermieden werden.
Ferner können unter Ausnutzung der Möglichkeit der Bestimmung der individuellen Öffnungsenergie nun Kraftstoffinjektoren mit einer größeren Nullpunktverschiebung bzw. mit einem höheren Drift für eine Brennkraftmaschine ausgewählt werden. Ferner können auch Endstufen für Motorsteuerungen mit einer größeren Toleranz verwendet werden. Damit kann bei der Herstellung der Komponenten Endstufen für Motorsteuerungen und Kraftstoffinjektoren die Ausschussrate ohne eine Änderung der Herstellungsbedingungen auf effektive Weise verringert werden.
Zudem können mit dem hier beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der Öffnungsenergie Kraftstoffinjektoren im bereits verbauten Zustand hinsichtlich ihrer elektrischen und hydraulischen Eigenschaften charakterisiert werden. Dies ermög- licht bei direkt angetriebenen Einspritzsystemen auch für kleine bzw. ballistische Einspritzvorgänge, bei denen die Nadel des Kraftstoffinjektors nicht vollständig sondern nur mit einem Teilhub minimal über den Öffnungspunkt ausgelenkt wird, eine Kraftstoffeinspritzung mit einer hohen Mengengenauigkeit. Außerdem können durch die Kraftstoffinjektor-individuelle Bestimmung der Öffnungsenergie Ansteuerparameter durch ein Motorsteuergerät selbst gelernt, adaptiert und optimiert werden. Ferner kann bereits bei der Herstellung von Kraftstoffinjektoren in einem Motorteststand die individuelle Öffnungsenergie bestimmt werden. Hier können insbesondere durch die Anwendung einer Kreuzkorrelati- onsfunktion bereits kleinste zusätzliche Mengen an eingespritztem Kraftstoff de- tektiert werden, welche normalerweise aufgrund eines nicht zu vermeidenden Rauschens bei einer Kraftstoffmengen-Messtechnik nicht detektierbar wären.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine, welche Öffnungsenergie mindestens erforderlich ist, um den Kraftstoffinjektor zumindest teilweise zu öffnen, das Verfahren aufweisend
Betreiben der Brennkraftmaschine in einem stationären ersten Betriebszustand, wobei in jedem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine der Kraftstoffinjektor mit einer elektrischen Erregung beaufschlagt wird, welche zu einer Einspritzung von Kraftstoff führt,
zusätzliches Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung für zumindest eines der nachfolgenden Arbeitsspiele, welche einer möglichen zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff zugeordnet ist, wobei die zusätzliche elektrische Erregung zunächst noch so schwach ist, dass es effektiv zu keiner zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff kommt,
sukzessives Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest eine nachfolgende Arbeitsspiel, bis es zu einer zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor kommt, wobei die zusätzliche Teileinspritzung dann zu einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine führt, welcher unterschiedlich ist zu dem stationären ersten Betriebszustand,
Erkennen des zweiten Betriebszustands der Brennkraftmaschine und
Bestimmen der Öffnungsenergie für den Kraftstoffinjektor basierend auf der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche erforderlich war, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den zweiten Betriebszustand zu ändern.
2. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
das Erkennen des zweiten Betriebszustands der Brenn kraftmasch ine ein Erkennen einer Änderung einer Stellgröße in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine umfasst.
3. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
die Motorsteuerung einen Drehzahlregler aufweist, welcher die Stellgröße derart einstellt, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine zumindest annähernd konstant bleibt.
4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
das sukzessive Erhöhen der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest ein nachfolgendes Arbeitsspiel aufweist (a) Betreiben der Brennkraftmaschine in einer ersten Phase für eine erste vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung mit einer ersten Energie,
(b) Betreiben der Brennkraftmaschine in einer zweiten Phase für eine zweite vorbestimmte Anzahl von nachfolgenden Arbeitsspielen ohne eine zusätzliche elektrische Erregung,
(c) Betreiben der Brennkraftmaschine in einer dritten Phase für eine dritte vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen mit einer zusätzlichen elektrischen Erregung mit einer dritten Energie, welche größer ist als die erste Energie, und
(d) Wiederholen der Schritte (a) und (c) bis es zu der zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor kommt.
5. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
zum Erkennen des Übergangs von dem stationären ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand innerhalb von verschiedenen Phasen des Betriebs der Brennkraftmaschine jeweils eine Mittelung von einer für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine indikativen physikalischen Observablen durchgeführt wird.
6. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
der Übergang von dem stationären ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand anhand der Änderung einer Kreuzkorrelationsfunktion erkannt wird, wobei sich die Kreuzkorrelationsfunktion für jeden Zeitpunkt aus dem Produkt aus der Stellgröße und der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung ergibt.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend nach dem Erkennen des zweiten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, sukzessives Reduzieren der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für zumindest ein nachfolgendes Arbeitsspiel, bis die zusätzliche Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor wieder aufhört und die Brennkraftmaschine wieder in dem stationären ersten Betriebszustand betrieben wird,
Erkennen des stationären ersten Betriebszustands der Brennkraftmaschine, und
erneutes Bestimmen der Öffnungsenergie für den Kraftstoffinjektor basierend auf der Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche gerade so klein ist, dass die zusätzliche Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor wieder aufhört und die Brennkraftmaschine wieder in den stationären ersten Betriebszustand übergeht.
8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Bestimmen einer Stromstärke der zusätzlichen elektrischen Erregung, welche zu der zusätzlichen Teileinspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor führt, und
Berechnen des Zeitpunktes, zu welchem sich der Kraftstoffinjektor nach dem
Beginn der zusätzlichen elektrischen Erregung beginnt zu öffnen, basierend auf (i) der bestimmten Stromstärke der zusätzlichen elektrischen Erregung und (ii) der Kapazität eines piezoelektrischen kapazitiven Antriebs des Kraftstoffinjektors.
9. Verfahren zum Bestimmen der individuellen Öffnungsenergien von einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren einer Brennkraftmaschine, wobei
das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche gleichzeitig für die Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren durchgeführt wird,
die bestimmte Öffnungsenergie, welche erforderlich war, um den Betriebs- zustand der Brennkraftmaschine in den zweiten Betriebszustand zu ändern, als diejenige Öffnungsenergie identifiziert wird, welche von der Mehrzahl von individuellen Öffnungsenergien die geringste Öffnungsenergie darstellt, und
das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche nacheinander für jeden der Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren individuell durchgeführt wird, wobei die Energie der zusätzlichen elektrischen Erregung für das zumindest eine nachfolgende Arbeitsspiel ausgehend von der bestimmten geringsten Öffnungsenergie sukzessive erhöht wird.
10. Motorsteuerung (100) zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraft- stoffinjektors einer Brennkraftmaschine, wobei die Motorsteuerung (100) konfiguriert ist, um das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
1 1 . Computerprogramm zum Bestimmen der Öffnungsenergie eines Kraftstoff- injektors einer Brennkraftmaschine, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
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