WO2017063982A1 - Präzise bestimmung der einspritzmenge von kraftstoffinjektoren - Google Patents

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injection
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Christian Hauser
Gerd RÖSEL
Markus Stutika
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D2200/063—Lift of the valve needle

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of controlling fuel injectors.
  • the present invention relates to a method for determining an injection quantity of a magnetic coil drive having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the present invention further relates to
  • a method for driving a magnetic coil drive on ⁇ pointing fuel injector wherein the control is based on an inventively determined injection quantity.
  • the present invention further relates to a motor controller and a computer program adapted to carry out the methods according to the invention.
  • a fuel injector such as a solenoid valve or solenoid injector
  • a solenoid Inj ector also called coil injector
  • the solenoid valve or the solenoid injector has a so-called idle stroke between armature and nozzle needle or between armature and closure element, a displacement of the armature does not directly also lead to a displacement of the closure element or the nozzle needle, but only after a Displacement of the armature has been completed by the amount of idle stroke.
  • a voltage is applied to the coil of the solenoid valve, the armature is moved by electromagnetic forces in the direction of a pole piece or pole piece.
  • a mechanical coupling eg a mechanical contact
  • the armature and nozzle needle or closure element When current continues to flow through the coil, the armature and nozzle needle or closure element continue to move until the armature abuts against the pole piece.
  • the distance between the stop of the armature to a driver of the closure element or the nozzle needle and the stop of the armature to the pole piece is also referred to as needle stroke or working stroke.
  • the excitation voltage applied to the coil is turned off and the coil is short-circuited, so that the magnetic force degrades.
  • the coil short circuit causes a reversal of the voltage due to the degradation of the magnetic field stored in the coil.
  • the amount of voltage is limited by a diode. Due to a back ⁇ force which is formege ⁇ represents, for example by a spring, the nozzle needle or closing element including the armature are moved into the closed position. The idle stroke and the needle stroke are reversed.
  • the timing of the start of the needle movement when opening the Kraftstoffinj injector corresponds to the beginning of the injection and the time of the end of the needle movement when closing the Kraftstoffinj injector (also called OPP4) corresponds to the end of the injection. These two times thus determine the hydraulic duration of the injection. Injector-individual temporal variations of the beginning of the needle movement (opening) and the end of the needle movement
  • the injection amount is often estimated by multiplying the hydraulic duration by a assumed constant flow. For short injection times, for example in conjunction with multiple injections, especially in those cases where the needle movement describes a ballistic trajectory, such estimates may not provide the necessary precision to enable uniform injection through multiple fuel injectors.
  • the present invention has for its object to provide an improved method for precisely determining the injection quantity of a fuel injector.
  • a method for determining an injection quantity of a magnetic coil drive having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle comprises: (a) determining a first time at which an injection process of the fuel injector begins, (b) determining a second time at which the injection process of the fuel injector ends, (c) calculating a model based on the first time and the second time, the position of a nozzle needle of the fuel injector as
  • the method described is based on the finding that a precise determination of the injection quantity can be based on a model representing the position of the nozzle needle as a function of time and a relation between the position of the nozzle needle and the flow of the fuel injector.
  • the movement of the nozzle needle during the injection process is modeled and taken into account together with the flow dependent thereon.
  • the position of the nozzle needle ⁇ Dü and the geometry of the nozzle holes determine the size the opening of the fuel injector and thus (together with other parameters such as pressure, temperature, etc.) the instantaneous flow of the fuel injector.
  • injection operation particularly means the part of driving a fuel injector in which fuel is actually injected.
  • model refers in particular to a mathematical model that represents a behavior of a physical system.
  • injection amount &quot means, in particular, the total amount of fuel injected during a single injection operation, that is, between the first time and the second time point.
  • the determination of the first point in time (beginning of the injection, also called OPP1) and the second point in time (end of injection, also called OPP4) can be done in various ways by known methods according to the prior art, for example based on the eddy current driven coupling between mechanism and magnetic circuit, which generates a feedback signal based on the movement of the mechanism.
  • a speed-dependent eddy current is induced in the armature as a result of the movement of the nozzle needle and the armature, which also causes a reaction to the electromagnetic circuit.
  • a voltage is induced in the electromagnet, which is superimposed on the on-control signal.
  • the model has a first parameter and a second parameter, wherein the first parameter is assigned to a linear part of the function and the second parameter is assigned to a quadratic part of the function.
  • the model has a polynomial function of the second (2nd) degree, which represents or approximates the position of the nozzle needle as a function of time.
  • the first parameters of the model will be calculated based on predetermined data, in particular simulation data, and the first time ⁇ .
  • simulation data representing a relationship between the first parameter and the first time, for example in the form of a table.
  • the simulation data can be created, for example, using finite element methods (FEM).
  • the second parameter is calculated based on the first parameter and at least one of the first time and the second time.
  • the previously determined first parameter is used together with the first and / or second time.
  • the function should give a predictable value, such as zero, at the first and / or second time.
  • the model thus has a function y (t) representing a general equation of motion with initial velocity v y0 and constant acceleration (forces) g.
  • the first parameter v y0 is thus influenced in particular by idle stroke, magnetic force, spring force etc. at the first time (beginning of the Na ⁇ del Gay), the second parameter g describes the forces that occur during the needle movement, for example, spring forces, hydraulic Forces, friction, damping, magnetic forces etc.
  • the second parameter can be calculated analytically. For this purpose, use is made of the fact that the function y (t) must be equal to zero at the second time (end of the injection, OPP4):
  • the movement of the nozzle needle during the injection process is essentially a ballistic trajectory.
  • the function y (t) can also be used as part of a model when the armature and nozzle needle reach the pole piece, that is, when the needle movement is only partially a ballistic trajectory.
  • the function y (t) can be used to calculate boundary conditions for other models or model parts.
  • Fuel injector described comprises: (a) performing a method for determining the injection quantity of the fuel injector according to the first aspect or one of the preceding embodiments, and (b) driving the fuel injector based on the determined injection quantity, wherein in particular a duration between the application a boost voltage to open the
  • a precise calculation of the accurate injection quantity can be easily and reliably made and used for correcting the driving.
  • the injection quantity can be determined with high precision for short injection times at which the nozzle needle describes a ballistic trajectory.
  • an engine control system for a vehicle configured to use a method according to the first aspect, the second aspect, and / or one of the above embodiments is described.
  • This engine control by using the method according to the first aspect, makes it possible to achieve and, if necessary, correct a precise determination of the actual injection quantity of the individual fuel injectors in a simple and reliable manner.
  • a computer program is described, which, when executed by a processor, is adapted to perform the method according to the first aspect, second aspect and / or one of the above embodiments.
  • the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc.
  • the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.).
  • the instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions.
  • the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
  • the invention can be implemented 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 a sectional view of a fuel injector with solenoid drive.
  • Figure 2 shows an illustration of the needle position as a function of
  • FIG. 3 shows an illustration of the relationship between
  • FIG. 4 shows an illustration of the relation between needle position and injector flow.
  • FIG. 5 shows a flow chart of an inventive device
  • FIG. 1 shows a sectional view of a fuel injector 100 with solenoid drive (solenoid injector).
  • injector 100 has a solenoid drive with coil 102 and armature 104.
  • the magnetic armature 104 moves in Direction of the wide part of the nozzle needle 106 and then pushes them after overcoming the idle stroke 114 (against the force of the spring 110) against the forces exerted by the springs 110 and 132 spring forces upward until the armature 104 abuts the pole piece 112.
  • armature 104 and nozzle needle 106 move back down to the starting position on the hydro-disc 108 back.
  • the solenoid injector 100 shown in Figure 1 has several features which are known per se and are of minor importance to the present invention and therefore will not be described in detail. These features include, in particular, valve body 116, integrated seat guide 118, ball 120, gasket 122, housing 124, plastic 126, washer 128, metal filter 130, and calibration spring 132.
  • the present invention is based on the idea of calculating the movement of the nozzle needle of a fuel injector, for example the fuel injector 100 described above, during the injection process using a model to calculate the actual injection quantity with high precision and subsequent actuations correct if necessary.
  • the model-based calculation of needle movement ie, needle position as a function of time, will be described below for injections that are so short that armature 104 and nozzle needle 106 do not impact the pole piece.
  • the needle movement essentially describes a ballistic trajectory.
  • y (t) denotes the position of the nozzle needle
  • v y0 a first parameter of the model
  • g a second parameter of the model
  • t the time.
  • the first and the second parameters are determined based on the times t_OPPl and t_OPP4, wherein the first time t_OPPl corresponds to the beginning of the needle movement (and thus the beginning of the actual injection process) and the second time t_OPP4 corresponds to the end of the needle movement (and thus the end the actual injection process) corresponds.
  • these two times are preferably determined by suitable methods from the prior art.
  • the first parameter v y0 is determined based on a relation with the first time t_OPPl.
  • This relation is preferably determined by simulation by means of finite element methods (FEM) and stored in a data record, for example as a table, in the memory of the engine control unit.
  • FEM finite element methods
  • the second parameter g can be determined by being used, the needle position at the end of the injection operation ⁇ (i.e., at the time t_OPP4) must be equal to zero (idle position of the needle):
  • the now determined model for the needle movement is then used together with the flow characteristic (ie the relation between flow and needle position) of the fuel injector to calculate the actual injection quantity by integrating the flow over the injection period (from t_OPPl to t_OPP4).
  • FIG. 4 shows an illustration 410 of such a relation 412 between needle position and injector flow.
  • FIG. 5 shows a flow chart which summarizes the above-described method according to the invention for determining an injection quantity of a fuel injector 100 for an internal combustion engine of a motor vehicle having a solenoid drive.
  • step 510 the time t_OPPl (first time) is determined at which an injection process of the fuel injector begins. Then, in step 520, the time t_OPP4 (second time) is determined at which the injection process of the fuel injector ⁇ ends.
  • a model is calculated (for example, with the above-mentioned parameters v y0 and g) representing the position y (t) of the nozzle needle 106 of the fuel injector 100 as a function of time.
  • the precise injection quantity is then calculated in step 540.
  • the method described above is preferably carried out by means of software in an engine control unit.
  • the actual injection quantity of a fuel injector can be determined accurately without the use of additional hardware and ge are ⁇ optionally used to correct the control.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Verfahren weist folgendes auf: (a) Bestimmen (510) eines ersten Zeitpunktes, zu dem ein Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors beginnt, (b) Bestimmen (520) eines zweiten Zeitpunktes, zu dem der Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors endet, (c) Berechnen (530) eines Modells basierend auf dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, das die Position einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors als Funktion der Zeit darstellt, und (d) Berechnen (540) der Einspritzmenge basierend auf dem Modell und einer Relation zwischen der Position der Düsennadel und dem Durchfluss des Kraftstoffinjektors.

Description

Beschreibung
Präzise Bestimmung der Einspritzmenge von Kraftstoffinj ektoren Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren . Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraft- fahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb auf¬ weisenden Kraftstoffinj ektors , wobei die Ansteuerung basierend auf einer erfindungsgemäß bestimmten Einspritzmenge basiert. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm, die zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet sind.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum, wie etwa einen Zylinder, kann ein Kraftstoffinj ektor, wie zum Beispiel ein Magnetventil bzw. ein Solenoid-Inj ektor, verwendet werden. Solch ein Solenoid-Inj ektor (auch Spulen-Injektor genannt) weist eine Spule auf, welche bei Stromfluss durch die Spule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch eine Magnetkraft auf einen Anker ausgeübt wird, so dass sich der Anker verschiebt, um ein Öffnen bzw. Schließen einer Düsennadel bzw. eines Verschlusselements zum Öffnen bzw. Schließen des Magnetventils zu bewirken. Weist das Magnetventil bzw. der Solenoid-Inj ektor einen sogenannten Leerhub zwischen Anker und Düsennadel bzw. zwischen Anker und Verschlusselement auf, so führt eine Ver- Schiebung des Ankers nicht unmittelbar auch zu einer Verschiebung des Verschlusselements bzw. der Düsennadel, sondern erst nachdem eine Verschiebung des Ankers um die Größe des Leerhubs vollzogen worden ist. Beim Anlegen einer Spannung an die Spule des Magnetventils wird durch elektromagnetische Kräfte der Anker in Richtung eines Polstücks bzw. Polschuhs bewegt. Durch eine mechanische Kopplung (z.B. einen mechanischen Kontakt) bewegt sich nach Überwinden des Leerhubs ebenfalls die Düsennadel bzw. das Verschlusselement und gibt, bei entsprechender Verschiebung, Einspritzlöcher zur Kraftstoffzufuhr in den Verbrennungsraum frei. Wenn weiter Stromfluss durch die Spule herrscht, bewegen sich Anker und Düsennadel bzw. Verschlusselement weiter, bis der Anker an das Polstück anlangt bzw. anschlägt. Die Distanz zwischen dem Anschlag des Ankers an einen Mitnehmer des Verschlusselements bzw. der Düsennadel und dem Anschlag des Ankers an das Polstück wird auch als Nadelhub bzw. Arbeitshub bezeichnet. Um den Kraftstoffinj ektor zu schließen, wird die an die Spule angelegte Erregerspannung abgeschaltet und die Spule kurzgeschlossen, so dass sich die magnetische Kraft abbaut. Der Spulenkurzschluss verursacht aufgrund des Abbaus des in der Spule gespeicherten magnetischen Feldes eine Umpolung der Spannung. Die Höhe der Spannung wird mit einer Diode begrenzt. Aufgrund einer Rück¬ stellkraft, welche beispielsweise durch eine Feder bereitge¬ stellt ist, werden die Düsennadel bzw. Verschlusselement einschließlich Anker in die Schließposition bewegt. Dabei werden der Leerhub und der Nadelhub in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen.
Bei kurzen Einspritzzeiten beginnt der Schließvorgang bereits bevor der Anker an das Polstück anschlägt, die Nadelbewegung beschreibt somit eine ballistische Flugbahn.
Der Zeitpunkt des Beginns der Nadelbewegung beim Öffnen des Kraftstoffinj ektors (auch OPP1 genannt) entspricht dem Beginn der Einspritzung und der Zeitpunkt des Endes der Nadelbewegung beim Schließen des Kraftstoffinj ektors (auch OPP4 genannt) entspricht dem Ende der Einspritzung. Diese beiden Zeitpunkte bestimmen somit die hydraulische Dauer der Einspritzung. Injektor-individuelle zeitliche Variationen des Beginns der Nadelbewegung (Öffnen) und des Endes der Nadelbewegung
(Schließen) können folglich bei identischer elektrischer An- Steuerung unterschiedliche Einspritzmengen ergeben.
Gemäß dem Stand der Technik wird die Einspritzmenge häufig geschätzt durch Multiplizieren der hydraulischen Dauer mit einem angenommen konstanten Durchfluss. Bei kurzen Einspritzzeiten, zum Beispiel in Verbindung mit Mehrfacheinspritzungen, insbesondere in den Fällen, wo die Nadelbewegung eine ballistische Flugbahn beschreibt, können solche Schätzungen nicht die notwendige Präzision gewähren, um eine gleichmäßige Einspritzung durch mehrere Kraftstoffinj ektoren einstellen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum präzisen Bestimmen der Einspritzmenge eines Kraftstoffinj ektors bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorlie¬ genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Bestimmen eines ersten Zeitpunktes, zu dem ein Einspritzvorgang des Kraftstoffinj ektors beginnt, (b) Bestimmen eines zweiten Zeitpunktes, zu dem der Einspritzvorgang des Kraftstoffinj ektors endet, (c) Berechnen eines Modells basierend auf dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, das die Position einer Düsennadel des Kraftstoffinj ektors als
Funktion der Zeit darstellt, und (d) Berechnen der Einspritzmenge basierend auf dem Modell und einer Relation zwischen der Position der Düsennadel und dem Durchfluss des Kraftstoffinj ektors . Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine präzise Ermittlung der Einspritzmenge basierend auf einem Modell, das die Position der Düsennadel als Funktion der Zeit darstellt, und einer Relation zwischen der Position der Düsennadel und dem Durchfluss des Kraftstoffinj ektors erfolgen kann. Mit anderen Worten wird die Bewegung der Düsennadel während des Einspritzvorgangs modelliert und zusammen mit dem davon abhängigen Durchfluss berücksichtigt. Die Position der Dü¬ sennadel und die Geometrie der Düsenlöcher bestimmen die Größe der Öffnung des Kraftstoffinj ektors und somit (zusammen mit weiteren Parameter, wie Druck, Temperatur etc.) den augenblicklichen Durchfluss des Kraftstoffinj ektors . In diesem Dokument bezeichnet „Einspritzvorgang" insbesondere den Teil der Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors , in dem Kraftstoff tatsächlich eingespritzt wird.
In diesem Dokument bezeichnet „Modell" insbesondere ein ma- thematisches Modell, das ein Verhalten eines physikalischen Systems darstellt.
In diesem Dokument bezeichnet „Einspritzmenge" insbesondere die gesamte Kraftstoffmenge, die während eines einzelnen Ein- spritzvorgangs, das heißt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, eingespritzt bzw. ausgegeben wird.
Das Bestimmen des ersten Zeitpunktes (Beginn der Einspritzung, auch OPP1 genannt) und des zweiten Zeitpunktes (Ende der Einspritzung, auch OPP4 genannt) können in verschiedener Art und Weise mit bekannten Verfahren gemäß dem Stand der Technik erfolgen, zum Beispiel basierend auf der wirbelstromgetriebenen Kopplung zwischen Mechanik und Magnetkreis, welche ein Feedbacksignal generiert, das auf der Bewegung der Mechanik beruht. Hierbei wird ein geschwindigkeitsabhängiger Wirbelstrom im Anker infolge der Bewegung der Düsennadel und des Ankers induziert, welcher ebenfalls eine Rückwirkung auf den elektromagnetischen Kreis verursacht. In Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit wird im Elektromagnet eine Spannung induziert, die dem An- Steuersignal überlagert ist.
Die Bestimmung der Zeitpunkte und die Berechnungen von Modell und Einspritzmenge können vorteilhafterweise in einem Motorsteu¬ ergerät unter Einsatz von geeigneten numerischen Verfahren erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Modell einen ersten Parameter und einen zweiten Parameter auf, wobei der erste Parameter einem linearen Teil der Funktion zugeordnet ist und der zweite Parameter einem quadratischen Teil der Funktion zugeordnet ist. Mit anderen Worten weist das Modell eine Polynomfunktion zweiten (2.) Grades auf, die die Position der Düsennadel in Abhängigkeit der Zeit darstellt bzw. approximiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der erste Parameter des Modells basierend auf vorbestimmten Daten, insbesondere Simulationsdaten, und dem ersten Zeitpunkt be¬ rechnet .
Mit anderen Worten werden im Vorfeld hinterlegten Daten ver- wendet, zum Beispiel Simulationsdaten, die ein Zusammenhang zwischen dem ersten Parameter und dem ersten Zeitpunkt darstellt, zum Beispiel in Form einer Tabelle. Die Simulationsdaten können zum Beispiel unter Verwendung von Finite-Elemente-Methoden (FEM) erstellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der zweite Parameter basierend auf dem ersten Parameter und zumindest einem von dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt berechnet .
Mit anderen Worten wird zur Bestimmung des zweiten Parameters der schon zuvor bestimmte erste Parameter zusammen mit dem ersten und/oder zweiten Zeitpunkt verwendet. Insbesondere kann es hier ausgenutzt werden, dass die Funktion einen vorhersehbaren Wert, wie zum Beispiel null, bei dem ersten und/oder zweiten Zeitpunkt ergeben soll.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Modell die Funktion y(t) = vy0 ■ t— -■ g■ t2 auf, wobei y(t) die Po- sition der Düsennadel, vy0 den ersten Parameter, g den zweiten Parameter und t die Zeit bezeichnet. Das Modell weist folglich eine Funktion y(t) auf, die eine allgemeine Bewegungsgleichung mit Anfangsgeschwindigkeit vy0 und konstante Beschleunigung (Kräfte) g darstellt. Der erste Parameter vy0 wird somit insbesondere durch Leerhub, Magnet- kraft, Federkraft etc. zum ersten Zeitpunkt (Beginn der Na¬ delbewegung) beeinflusst, wobei der zweite Parameter g die Kräfte beschreibt, die während der Nadelbewegung auftreten, zum Beispiel Federkräfte, hydraulische Kräfte, Reibung, Dämpfung, magnetische Kräfte etc.
Wenn der erste Parameter bekannt ist, kann der zweite Parameter analytisch berechnet werden. Hierzu wird ausgenutzt, dass die Funktion y(t) gleich null sein muss zu dem zweiten Zeitpunkt (Ende der Einspritzung, OPP4) :
_ 2 ■ Vy0
9 ~ t{opp - t(oppi
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Bewegung der Düsennadel während des Einspritzvorgangs im Wesentlichen eine ballistische Flugbahn dar.
In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich folglich um so kurze Einspritzzeiten, dass Anker und Düsennadel nicht auf das Polstück anschlagen. In diesem Falle ist das Modell durch die oben beschriebene Funktion y(t) komplett in dem Sinne, dass die gesamte Bewegung der Düsennadel während der Einspritzung durch die Funktion y(t) bestimmt ist.
Es soll bemerkt werden, dass die Funktion y(t) auch als Teil eines Modells verwendet werden kann, wenn Anker und Düsennadel das Polstück erreichen, das heißt, wenn die Nadelbewegung nur teilweise eine ballistische Flugbahn darstellt. In diesem Falle kann die Funktion y(t) zur Berechnung von Randbedingungen für weitere Modelle bzw. Modellteile verwendet werden. Insgesamt ermöglichen die oben beschriebenen Verfahren eine einfache und präzise Bestimmung von Einspritzmengen bei der Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren mit Magnetspulenantrieb. Die Verfahren sind für den ballistischen Betrieb besonders gut geeignet und können sowohl bei Kraftstoffinj ektoren mit Leerhub als auch bei Kraftstoffinj ektoren ohne Leerhub verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden
Kraftstoffinj ektors beschrieben. Das beschriebenen Verfahren weist folgendes auf: (a) Durchführen eines Verfahrens zum Bestimmen der Einspritzmenge des Kraftstoffinj ektors gemäß dem ersten Aspekt oder einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele und (b) Ansteuern des Kraftstoffinj ektors basierend auf der bestimmten Einspritzmenge, wobei insbesondere eine Dauer zwischen dem Anlegen einer Boostspannung zum Öffnen des
Kraftstoffinj ektors und dem Anlegen einer Spannung zum Schließen des Kraftstoffinj ektors vermindert bzw. vergrößert wird, wenn bestimmt ist, dass die Einspritzmenge größer oder kleiner als eine Referenzeinspritzmenge ist. Mit diesem Verfahren kann durch Verwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt eine präzise Berechnung der genauen Einspritzmenge in einfacher und zuverlässiger Weise vorgenommen und zur Korrektur der Ansteuerung verwendet werden. Insbesondere kann die Einspritzmenge bei kurzen Einspritzzeiten, bei denen die Düsennadel eine ballistische Flugbahn beschreibt, mit hoher Präzision bestimmt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet ist.
Diese Motorsteuerung ermöglicht es durch Verwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, eine präzise Bestimmung der tatsächlichen Einspritzungsmenge der einzelnen KraftstoffInjektoren in einfacher und zuverlässiger Weise zu erreichen und gegebenenfalls zu korrigieren. Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt, zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro¬ gramm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen .
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer 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 be¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht von einem Kraftstoffinj ektor mit Magnetspulenantrieb.
Figur 2 zeigt eine Abbildung der Nadelposition als Funktion der
Zeit bei ballistischem Betrieb eines Kraftstoffin- j ektors .
Figur 3 zeigt eine Abbildung des Zusammenhangs zwischen
Einspritzbeginn (OPP1) und einem Modellparameter.
Figur 4 zeigt eine Abbildung der Relation zwischen Nadelposition und Inj ektordurchfluss .
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens .
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffinj ektors 100 mit Magnetspulenantrieb (Solenoid-Injektor) . Der Injektor 100 weist insbesondere einen Magnetspulenantrieb mit Spule 102 und Anker 104 auf. Wenn die Spule 102 mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, bewegt sich der magnetische Anker 104 in Richtung des breiten Teils der Düsennadel 106 und drückt diese dann nach Überwindung des Leerhubs 114 (gegen die Kraft der Feder 110) gegen die von den Federn 110 und 132 ausgeübten Federkräfte nach oben bis der Anker 104 an den Polschuh 112 anschlägt. Nach Ende des Spannungspulses bewegen sich Anker 104 und Düsennadel 106 wieder nach unten zur Ausgangsposition an der Hydro-Disc 108 zurück .
Der in der Figur 1 gezeigte Solenoid-Inj ektor 100 weist mehrere Merkmale auf, die als solche bekannt sind und für die vorliegende Erfindung nur von geringfügiger Bedeutung sind und deshalb nicht detailliert beschrieben werden. Diese Merkmale umfassen insbesondere Ventilkörper 116, Integrierte Sitzführung 118, Kugel 120, Dichtung 122, Gehäuse 124, Kunststoff 126, Scheibe 128, Metallfilter 130 und Kalibrierungsfeder 132.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, die Bewegung der Düsennadel eines Kraftstoffinj ektors , zum Beispiel des oben beschriebenen Kraftstoffinj ektors 100, während des Ein- spritzvorgangs unter Verwendung eines Modells zu berechnen, um die tatsächliche Einspritzmenge mit hoher Präzision zu berechnen und bei nachfolgenden Ansteuerungen gegebenenfalls zu korrigieren. Die Modellbasierte Berechnung der Nadelbewegung, das heißt Nadelposition als Funktion der Zeit, wird im Folgenden für Einspritzungen beschrieben, die so kurz sind, dass Anker 104 und Düsennadel 106 nicht auf den Polschuh anschlagen. In diesem Falle beschreibt die Nadelbewegung im Wesentlichen eine ballistische Flugbahn. Dies heißt, dass die Nadelposition als Funktion der Zeit, wie es in der Abbildung 210 der Figur 2 dargestellt ist, einer parabelförmigen Kurve 212 folgt und folglich mit einem Polynom zweiten Grades modelliert werden kann: y(t) = vy0 ■ t - ■ g■ t2 .
Hier bezeichnen y(t) die Position der Düsennadel, vy0 einen ersten Parameter des Modells, g einen zweiten Parameter des Modells und t die Zeit. Erfindungsgemäß werden der erste und der zweite Parameter basierend auf den Zeitpunkten t_OPPl und t_OPP4 bestimmt, wobei der erste Zeitpunkt t_OPPl dem Beginn der Nadelbewegung (und somit dem Beginn des eigentlichen Einspritzvorgangs) entspricht und der zweite Zeitpunkt t_OPP4 dem Ende der Nadelbewegung (und somit dem Ende des eigentlichen Einspritzvorgangs) entspricht. Diese beiden Zeitpunkte werden vorzugsweise mit geeigneten Verfahren aus dem Stand der Technik bestimmt. Insbesondere wird der erste Parameter vy0 basierend auf einer Relation mit dem ersten Zeitpunkt t_OPPl bestimmt . Diese Relation ist vorzugsweise durch Simulation mittels Fini- te-Elemente-Methoden (FEM) ermittelt und in einem Datensatz, zum Beispiel als eine Tabelle, im Speicher des Motorsteuergerätes hinterlegt. Die Figur 3 zeigt eine Abbildung 310 einer solchen durch Simulation bestimmen Relation, die als Kurve 312 dargestellt ist.
Der zweite Parameter g kann dann bestimmt werden, indem es genutzt wird, dass die Nadelposition zum Ende des Einspritz¬ vorgangs (das heißt zum Zeitpunkt t_OPP4) gleich null sein muss (Ruheposition der Nadel) :
_ 2 ■ Vy0
9 ~ t_OPP4 - t_OPPl' Falls die Zeitachse so definiert ist, dass t_OPPl=0, entfällt t_OPPl in der obigen Formel.
Das nun bestimmte Modell für die Nadelbewegung wird dann zusammen mit der Durchflusscharakteristik (das heißt die Relation zwischen Durchfluss und Nadelposition) des Kraftstoffinj ektors verwendet, um die tatsächliche Einspritzmenge durch Integration des Durchflusses über die Einspritzdauer (von t_OPPl bis t_OPP4) zu berechnen. Die Figur 4 zeigt eine Abbildung 410 einer solchen Relation 412 zwischen Nadelposition und Inj ektordurchfluss . Wenn die berechnete Einspritzmenge von der Sollmenge bzw. Referenzmenge abweicht, wird die Ansteuerung für den nach¬ folgenden Einspritzvorgang entsprechende angepasst. Übersteigt die berechnete Einspritzmenge die Sollmenge kann die Dauer des Boostphase zum Beispiel entsprechend verkürzt werden.
Die Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm, das das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffin- jektors 100 für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges zusammenfasst .
Im Schritt 510 wird der Zeitpunkt t_OPPl (erster Zeitpunkt) bestimmt, zu dem ein Einspritzvorgang des Kraftstoffinj ektors beginnt. Dann wird im Schritt 520 der Zeitpunkt t_OPP4 (zweiter Zeitpunkt) bestimmt, zu dem der Einspritzvorgang des Kraft¬ stoffinj ektors endet.
Im Schritt 530 wird ein Modell (zum Beispiel mit den oben erwähnten Parametern vy0 und g ) berechnet, das die Position y(t) der Düsennadel 106 des Kraftstoffinj ektors 100 als Funktion der Zeit darstellt.
Basierend auf dem errechneten Modell und einer charakteris- tischen Relation zwischen der Position der Düsennadel und dem Durchfluss des Kraftstoffinj ektors wird dann im Schritt 540 die präzise Einspritzmenge berechnet.
Das oben beschriebene Verfahren wird vorzugsweise mittels Software in einem Motorsteuergerät durchgeführt. Somit kann die tatsächliche Einspritzmenge eines Kraftstoffinj ektors ohne Einsatz von zusätzlicher Hardware präzise ermittelt und ge¬ gebenenfalls zur Korrektur der Ansteuerung verwendet werden. Bezugs zeichenliste
100 Kraftstoffinj ektor
102 Spule
104 Anker
106 Düsennadel
108 Hydro-Disc
110 Feder
112 Polschuh
114 Leerhub
116 Ventilkörper
118 Integrierte Sitzführung
120 Kugel
122 Dichtung
124 Gehäuse
126 Kunststoff
128 Scheibe
130 Metallfilter
132 Kalibrierungsfeder
210 Abbildung
212 Kurve
t OPP1 Zeitpunkt
t OPP4 Zeitpunkt
310 Abbildung
312 Kurve
VyO Modellparameter
410 Abbildung
412 Kurve
510 Verfahrensschritt
520 Verfahrensschritt
530 Verfahrensschritt
540 Verfahrensschritt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren auf¬ weisend
Bestimmen (510) eines ersten Zeitpunktes, zu dem ein Einspritzvorgang des Kraftstoffinj ektors beginnt,
Bestimmen (520) eines zweiten Zeitpunktes, zu dem der Einspritzvorgang des Kraftstoffinj ektors endet,
Berechnen (530) eines Modells basierend auf dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, das die Position einer Düsennadel des Kraftstoffinj ektors als Funktion der Zeit darstellt, und
Berechnen (540) der Einspritzmenge basierend auf dem Modell und einer Relation zwischen der Position der Düsennadel und dem Durchfluss des Kraftstoffinj ektors .
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Modell einen ersten Parameter und einen zweiten Parameter aufweist, wobei der erste Parameter einem linearen Teil der Funktion zugeordnet ist und der zweite Parameter einem quad¬ ratischen Teil der Funktion zugeordnet ist.
3. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Parameter des Modells basierend auf vorbestimmten Daten, insbesondere Simulationsdaten, und dem ersten Zeitpunkt be¬ rechnet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite Parameter basierend auf dem ersten Parameter und zumindest einem von dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt berechnet wird .
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4 , wobei das Modell die Funktion y(t) = vy0 ■ t— -■ g■ t2 aufweist, wobei y(t) die Position der Düsennadel, vy0 den ersten Parameter, g den zweiten Parameter und t die Zeit bezeichnet.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegung der Düsennadel während des Einspritzvorgangs im Wesentlichen eine ballistische Flugbahn darstellt.
7. Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors , das Verfahren aufweisend
Durchführen eines Verfahrens zum Bestimmen der Einspritzmenge des Kraftstoffinj ektors gemäß einem der vorher¬ gehenden Ansprüche und
Ansteuern des Kraftstoffinj ektors basierend auf der be¬ stimmten Einspritzmenge, wobei insbesondere eine Dauer zwischen dem Anlegen einer Boostspannung zum Öffnen des Kraftstoffin- jektors und dem Anlegen einer Spannung zum Schließen des Kraftstoffinj ektors vermindert bzw. vergrößert wird, wenn bestimmt ist, dass die Einspritzmenge größer oder kleiner als eine Referenzeinspritzmenge ist.
8. Motorsteuerung für ein Fahrzeug, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist .
9. Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
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