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EP1567758A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines einspritzsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines einspritzsystems einer brennkraftmaschine

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Publication number
EP1567758A1
EP1567758A1 EP03767399A EP03767399A EP1567758A1 EP 1567758 A1 EP1567758 A1 EP 1567758A1 EP 03767399 A EP03767399 A EP 03767399A EP 03767399 A EP03767399 A EP 03767399A EP 1567758 A1 EP1567758 A1 EP 1567758A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injection
pulse
state variable
injection system
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP03767399A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1567758B1 (de
Inventor
Johannes-Joerg Rueger
Udo Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1567758A1 publication Critical patent/EP1567758A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1567758B1 publication Critical patent/EP1567758B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/12—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration
    • F02D41/123—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an injection system of a Brenri xaft machine according to the preambles of the respective independent claims.
  • a high-pressure injection system affected here and an injection valve (injector) equipped with a piezo actuator as an injection actuator can be found in DE 100 32 022 AI and DE 100 02 270 Cl.
  • Such an injection valve is used for finely adjustable fuel metering in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the piezo actuator serves to control the movement of a nozzle needle of the injection valve, wherein either the nozzle needle itself or a control valve controlling the movement of the nozzle needle is activated.
  • the pulse-shaped control voltage of these piezo actuators required for a specific injection quantity is known to be dependent on state variables of the injection system, such as, for example, the rail pressure currently prevailing in a common rail or the temperature of the piezo actuator.
  • a corresponding adaptation of the control voltage must therefore take place to enable the smallest injection quantities.
  • the above-mentioned dependence on the rail pressure results from the above-mentioned mode of operation of the injection valve and the above-mentioned temperature dependency from the stroke of the piezo actuator which varies with the temperature.
  • the effect on the injection quantity results from the different real triggering start or the triggering end with varying actuator stroke or varying hydraulic and mechanical operating parameters.
  • DE 39 29 747 AI also discloses a method for controlling a fuel injection system with a high-pressure fuel pump, the amount of fuel to be injected into the respective combustion chambers of the internal combustion engine being controlled by means of solenoid valves.
  • Manufacturing and age-related variations in the amount of fuel injected into the individual combustion chambers mean that different amounts of fuel are supplied with the same control signal Particularly in the case of very small quantities injected in pre-injections, this leads to considerable quantity errors.
  • the pulse duration of the control pulses of the solenoid valve, in which a pre-injection is just starting is determined in certain operating states of the internal combustion engine. Based on the duration of the control pulses determined in this way, adjustment signals for the control pulses are formed and stored permanently.
  • the present invention is based on the object of improving a method and a device of the type mentioned at the outset such that by adapting the control voltage of injection actuators, for example piezo actuators, of an injection system, the quantity accuracy of metered fuel, in particular also when the internal combustion engine is operating or of an underlying motor vehicle is increased.
  • injection actuators for example piezo actuators
  • an injection system for example a common rail or a pump-nozzle injection system of an internal combustion engine with at least one injection actuator which can be controlled by means of control pulses, the activation of the injection actuator being dependent on at least one state variable of the injection system, the at least first recorded a state variable and buffered it.
  • at least one of the injection actuators is actuated with a trigger pulse of predeterminable pulse duration and predeterminable output pulse height, and an injection detection is carried out during this.
  • the pulse height of the control pulse is incremented in predeterminable steps for the specified pulse duration until an injection is recognized.
  • the pulse height of the control pulse causing the injection is permanently stored as a function of the detected state variable and is used as a basis for the future operation of the injection system when the at least one injection actuator is activated.
  • the advantage of the method according to the invention over the prior art is that the drive voltage required for each individual injection actuator or injector under the respective operating condition of the injection system, for example the rail pressure currently prevailing and the temperature of the injection actuator or injector, during operation of the internal combustion engine or the underlying motor vehicle is adapted to the current operating state.
  • the state variable of the injection system also includes operating variables of the injection actuator itself, which result, in particular, from sample variations during its manufacture.
  • the invention is based in particular on the effect known per se that a minimum, rail-pressure-dependent control voltage is required in the injection valves or injection actuators concerned here in order to implement an effective injection. If, however, a lower voltage is applied to the injection actuator, the force generated is not sufficient to open the control valve against the rail pressure.
  • the invention is also based on the knowledge that, with a successive increase in the control voltage, an injection starts immediately as soon as the control voltage is sufficiently high. That there is a sharp separation with regard to the system reaction with regard to a drive voltage which is too small / insufficient.
  • the proposed method takes advantage of this property, in that the values of the control voltage U_erf adapted during operation of the internal combustion engine are used with great precision, characteristic curve (s), characteristic diagrams or tables, in particular the value pairs U_erf (p_rail) and / or U_erf (T_Aktor) to determine under real operating conditions.
  • control voltage can be adapted to changing operating conditions of the internal combustion engine, in particular changing state variables of the injection system, without additional sensory effort, which results in a fuel metering that is even more precise than in the prior art.
  • the method enables a specific adaptation of the respective electrical control voltage for the metering of fuel for each injection valve or injector and for each combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the invention further relates to a device, in particular for executing the aforementioned method, which has first means for detecting the at least one state variable and for temporarily storing a state variable which has been approximately detected, second means for controlling the at least one injection actuator with a trigger pulse of predeterminable pulse duration and predeterminable output pulse height, third means for Execution of an injection detection when the at least one injection actuator is activated, fourth means for incrementing the pulse height of the activation pulse in predeterminable steps for the predetermined pulse duration, and fifth means for permanent storage of the pulse height of the activation pulse causing the injection as a function of the detected state variable in the event of a detected injection having.
  • Fig. 1 is a simplified block diagram of an injection system according to the
  • Fig. 2 is a schematic, partial representation of a in the prior
  • FIG. 3 is a block diagram of a device for operating a common rail
  • FIG. 4 exemplary control pulses to illustrate the control of a
  • FIG. 5 shows a preferred exemplary embodiment of the procedure according to the invention for controlling an injection actuator using a flowchart.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a fuel injection system of a self-igniting internal combustion engine according to the prior art (DE 39 29 747 AI).
  • the internal combustion engine 10 shown only schematically here, receives a certain amount of fuel from an injection unit 30.
  • the current operating state of the internal combustion engine 10 is detected by means of sensors 40 and the measured values 15 thus acquired are transmitted to a control unit 20.
  • These measured values include, for example, the rotational speed and the temperature of the internal combustion engine and the actual start of injection and possibly other variables 25 which characterize the operating state of the internal combustion engine, such as the position of an accelerator pedal 25 or the ambient air pressure.
  • the control unit 20 uses the measured values 15 and the further variables 25 to calculate control pulses 35, which are applied to a quantity-determining element of the injection unit 30, in accordance with the quantity of fuel desired by the driver.
  • a solenoid valve serves as a quantity-determining element, which is arranged in such a way that the fuel quantity to be injected is determined by the opening duration or the closing duration of the solenoid valve.
  • solenoid valves instead of solenoid valves, other electrically controllable injection valves with, for example, piezo actuators can also be arranged. This does not affect the procedure described below.
  • FIG. 2 shows a piezoelectric controllable injection valve 101 known in the prior art (DE 100 02 270 Cl) in a line drawing.
  • the valve 101 has a piezoelectric actuator 104 for actuating a valve member 103 which is axially displaceable in a bore 113 of a valve body 107.
  • the valve 101 also has an actuating piston 109 adjoining the piezoelectric actuator 104 and an actuating piston 114 adjoining a valve closing member 115.
  • a hydraulic chamber 116 operating as a hydraulic transmission is arranged between the pistons 109, 114.
  • the valve closing member 115 interacts with at least one valve seat 118, 119 and separates a low-pressure area 120 from a high-pressure area 121.
  • An electrical control unit 112 which is only indicated schematically, supplies the control voltage for the piezoelectric actuator 104 depending on, in particular, the pressure level in the high-pressure area 121.
  • the device shown in FIG. 3 for operating a common rail injection system of an internal combustion engine comprises a so-called release module 200, which in the exemplary embodiment can be activated by means of a push bit 205 provided by a control unit (not shown).
  • a release module 200 which in the exemplary embodiment can be activated by means of a push bit 205 provided by a control unit (not shown).
  • a control unit not shown.
  • Possible further input variables of the release module are the current rail pressure and / or the current temperature of the piezo actuator.
  • a rail pressure detection 210 is also arranged, the operation of which is triggered by the release module 200.
  • a function module 215 for triggering the injection actuators according to the invention and subsequently adapting the trigger signals is also triggered accordingly.
  • a further input signal 220 of the last-mentioned function module 215 is provided in the present exemplary embodiment by a speed signal evaluation module 225, which carries out an injection detection on the basis of a speed signal provided by the control unit.
  • Typical drive voltage pulses are shown in FIG. 4 to illustrate the gradual increase in the drive voltage with a constant drive duration.
  • the first voltage pulse 400 differs from the second voltage pulse 405 only in the voltage increment ⁇ U1 shown, the mean pulse duration ⁇ tl shown corresponding for both voltage pulses.
  • the system reaction ie the success of an injection into the combustion chamber of the internal combustion engine assigned to the controlled injector, is monitored 525. In the present exemplary embodiment, this is done by means of the already mentioned speed signal evaluation module 225. If an injection is recognized, the the control voltage U_erf, which is the cause, is permanently stored 530 together with the currently present value of the rail pressure. However, in the event that no injection is detected the control voltage is incremented 535 step by step and thereafter the speed signal is monitored until a torque-generating and thus speed-increasing injection is recognized 525. The control voltage U_erf, which is then the basis, is accordingly stored 530 together with the rail pressure value.
  • the procedure shown in FIG. 5 is carried out at different rail pressures and thereby enables the detection of a characteristic curve U_erf (p_Rail).
  • U_erf characteristic curve U_erf
  • the fineness of the above-mentioned increments of the control voltage essentially determines the achievable spread of the determined characteristic values and thus ultimately the maximum achievable precision in fuel metering.
  • the values of the control voltage determined in this way each represent minimum voltages which, at the current rail pressure, lead to an actuator movement and thus to an indirectly measurable injection.
  • the previously described procedure can also be applied to all combustion chambers (cylinders) of the internal combustion engine. It may be necessary to regulate the rail pressure in overrun mode to a value that deviates from the rail pressure that is usually present at the operating point of the internal combustion engine in question. Accordingly, the attainable rail pressure range will also be limited, so that the adaptation can only be carried out within a limited rail pressure range and an extrapolation must be carried out for the remaining rail pressure range.
  • the respectively determined value of the drive voltage is compared with empirically determined target voltage values and a correction value is determined from the difference that may result.
  • the ascertained values of the control voltage are filtered in the characteristic curve. If, for example, the rail pressure leaves the currently active pressure range on which the characteristic curve is based, the newly adapted value of the control voltage is filtered with the old voltage value before being stored, in particular weighted with this, which influences the influence of measurement errors when creating the characteristic curve is reduced.
  • the aforementioned injection detection takes place indirectly on the basis of operating parameters of the internal combustion engine. However, the operating parameter used as a basis is not important. As described above, a preferred operating parameter is the speed or the value of a speed signal provided by the internal combustion engine or a corresponding engine control unit.
  • control device In addition, other variables already present in the control device, such as, for example, the pressure signal provided by a combustion chamber pressure sensor, the knock signal provided by a knock sensor arranged in the combustion chamber, or the ion current signal provided by an ion current sensor can be considered.
  • the size of the control duration which is fixedly predetermined in the described method is selected such that a maximum injection quantity is realized at the current rail pressure which is not perceptible to the driver of the underlying vehicle, so that there is no loss of comfort due to the predefined adaptation procedure ,
  • the above-described characteristic curve U_erf (p_Rail) is only exemplary and other parameter pairs such as the control voltage, U_erf over the actuator temperature, T_Piezo actuator 'can be used as a basis.
  • the above-described injection system with a piezoelectrically controlled injection actuator is understood only as an exemplary embodiment and can also include, for example, magnetically controlled actuators or the like.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Betrieb eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine (10), wobei eine Ansteuerung (215) eines Einspritzaktors (104) anhand wenigstens einer Zustandsgrösse des Einspritzsystems durchgeführt wird, ist zur Erhöhung der Mengengenauigkeit an zugemessenem Kraftstoff vorgesehen, dass die wenigstens eine Zustandsgröße erfasst und zwischengespeichert wird, dass der wenigstens eine Einspritzaktor (104) mit einem Ansteuerimpuls vorgebbarer Impulsdauer und vorgebbarer Ausgangsimpulshöhe angesteuert wird (520), dass bei der Ansteuerung (520) des wenigstens einen Einspritzaktors (104) eine Einspritzerkennung durchgeführt wird (525), dass die Impulshöhe des Ansteuerimpulses in vorgebbaren Schritten bei der vorgegebenen Impulsdauer so lange inkrementiert wird (535), bis eine Einspritzung erkannt wird (525), und dass im Falle einer erkannten Einspritzung die Impulshöhe des die Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgrösse dauerhaft abgespeichert (530) und im zukünftigen Betrieb des Einspritzsystems bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors zugrunde gelegt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Einspritzsystems einer Brenri xaftmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
Ein hier betroffenes Hochdruck-Einspritzsystem sowie ein mit einem Piezo- Aktor als Einspritzaktor ausgestattetes Einspritzventil (Injektor) gehen aus der DE 100 32 022 AI und der DE 100 02 270 Cl hervor. Ein solches Einspritzventil dient zur fein regulierbaren Kraftstoffzumessung in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine.
In einem solchen Einspritzventil dient der Piezo- Aktor zur Steuerung der Bewegung einer Düsennadel des Einspritzventils, wobei entweder die Düsennadel selbst oder ein die Bewegung der Düsennadel steuerndes Steuerventil angesteuert wird.
Zur exakten Zumessung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum ist eine möglichst genaue Kenntnis des Hubes des Piezo- Aktors bzw. der Düsennadel im Zusammenspiel mit dem Steuerventil erforderlich. Wie aus der Fig. 1 zu ersehen, wird bei den in der DE 100 02 270 Cl beschriebenen Piezo-Common-Rail(PCR)-Systemen über den Piezo- Aktor und einen zwischengeschalteten hydraulischen Koppler das Steuerventil betätigt, welches wiederum durch Modulation des Druckes in einem sogenannten Steuerraum die Düsennadelbewegung steuert.
Die für eine bestimmte Einspritzmenge erforderliche, impulsförmige Ansteuerspannung dieser Piezo-Aktoren ist bekanntermaßen von Zustandsgrößen des Einspritzsystems wie bspw. den in einem Common-Rail momentan herrschenden Raildruck oder der Temperatur des Piezo-Aktors abhängig. Daher muß zur Ermöglichung kleinster Einspritzmengen eine entsprechende Adaption der Ansteuerspannung erfolgen. Die genannte Abhängigkeit vom Raildruck ergibt sich aus der vorgenannten Funktionsweise des Einspritzventils und die genannte Temperaturabhängigkeit aus dem mit der Temperatur veränderlichen Hub des Piezo-Aktors. Die Auswirkung auf die Einspritzmenge ergibt sich durch den unterschiedlichen realen Ansteuerbeginn bzw. das Ansteuerende bei variierendem Aktorhub oder variierendem hydraulischen und mechanischen Betriebsparametern.
Zu den genannten Zustandsgrößen hinzu kommen Exemplarstreuungen insbesondere des Aktorhubs und Streuungen bei der Funktion des hydraulischen Kopplers, beim Steuerventilsitz, o.a.
Die genannten Effekte werden im Stand der Technik im Rahmen einer stationär durchgeführten ,worst-case'-Betrachtung berücksichtigt, d.h. sie können nicht bei einer im Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgenden Ansteuerung berücksichtigt werden. Daher wird nicht ermöglicht, die Genauigkeit der Einspritzmengen im Betrieb noch weiter zu verbessern. Gerade im Hinblick auf zukünftig einzuhaltende Abgasnormen wird dies nachteilig sein.
Aus der DE 39 29 747 AI geht ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe hervor, wobei die in die jeweiligen Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge mittels Magnetventilen gesteuert wird. Fertigungs- und altersbedingte Streuungen in der eingespritzten Kraftstoffmenge in die einzelnen Verbrennungsräume bewirken, dass bei gleichem Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen zugeführt werden, was insbesondere bei in Voreinspritzungen eingespritzten Kleinstmengen zu erheblichen Mengenfehlern führen. Zur Vermeidung dieser Streuungen wird in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmascl-ine die Impulsdauer der Aαsteuerimpulse des Magnetventils, bei der gerade eine Voreinspritzung einsetzt, ermittelt. Ausgehend von der so ermittelten Dauer der Ansteuerimpulse werden Abgleichsignale für die Ansteuerimpulse gebildet und dauerhaft abgespeichert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass durch Adaption der Ansteuerspannung von Einspritzaktoren, beispielsweise Piezo-Aktoren, eines Einspritzsystems die Mengengenauigkeit an zugemessenem Kraftstoff, insbesondere auch im Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. eines zugrundeliegenden Kraftfahrzeuges, erhöht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems, beispielsweise eines Common-Rail- oder eines Pumpe-Düse-Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem mittels Ansteuerimpulsen steuerbaren Einspritzaktor, wobei die Ansteuerung des Einspritzaktors von wenigstens einer Zustandsgröße des Einspritzsystems abhängig ist, wird zunächst die wenigstens eine Zustandsgröße erfasst und zwischengespeichert. Danach wird wenigstens einer der Einspritzaktoren mit einem Ansteuerimpuls vorgebbarer Impulsdauer und vorgebbarer Ausgangsimpulshöhe angesteuert und währenddessen eine Einspritzerkennung durchgeführt. Im Falle, dass zunächst keine Einspritzung erkannt wird, wird die Impulshöhe des AnSteuerimpulses in vorgebbaren Schritten bei der vorgegebenen Impulsdauer so lange inkrementiert, bis eine Einspritzung erkannt wird. Im Falle einer erkannten Einspritzung wird die Impulshöhe des die Einspritzung bewirkenden AnSteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße dauerhaft abgespeichert und im zukünftigen Betrieb des Einspritzsystems bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors zugrunde gelegt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die für jeden einzelnen Einspritzaktor bzw. Injektor bei der jeweiligen Betriebsbedingung des Einspritzsystems, bspw. dem momentan herrschenden Raildruck und der Temperatur des Einspritzaktors bzw. Injektors, erforderliche Ansteuerspannung im Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des zugrundeliegenden Kraftfahrzeuges an den aktuell vorliegenden Betriebszustand adaptiert wird. Die genannte Zustandsgröße des Einspritzsystems umfasst vorliegend auch Betriebsgrößen des Einspritzaktors selbst, welche insbesondere von Exemplarstreuungen bei dessen Herstellung herrühren.
Bei der Erfindung liegt insbesondere der an sich bekannte Effekt zugrunde, dass bei den hier betroffenen Einspritzventilen bzw. Einspritzaktoren eine minimale, raildruck- abhängige Ansteuerspannung erforderlich ist, um eine wirksame Einspritzung zu realisieren. Wird der Einspritzaktor allerdings mit einer geringeren Spannung beaufschlagt, so reicht die dadurch erzeugte Kraft nicht aus, um das Steuerventil gegen den Raildruck zu öffnen.
Der Erfindung liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass bei sukzessiver Erhöhung der Ansteuerspannung eine Einspritzung instantan einsetzt, sobald die Ansteuerspannung ausreichend groß ist. D.h. es existiert eine scharfe Trennung hinsichtlich der Systemreaktion bzgl. einer zu kleinen/ausreichenden Ansteuerspannung. Das vorgeschlagene Verfahren macht sich diese Eigenschaft zu Nutze, indem die im Betrieb der Brennkraftmaschine adaptierten Werte der Ansteuerspannung U_erf dazu verwendet werden, Kennlinie(n), Kennfelder oder Tabellen insbesondere der Wertepaare U_erf(p_rail) und/oder U_erf(T_Aktor) mit großer Präzision unter realen Betriebsbedingungen zu ermitteln.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ansteuerspannung ohne zusätzlichen sensorischen Aufwand an sich ändernde Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere sich ändernde Zustandsgrößen des Einspritzsystems, adaptiert werden kann, womit sich im Ergebnis eine gegenüber dem Stand der Technik noch präzisere Kraftstoffzumessung ergibt. Das Verfahren ermöglicht eine für jedes Einspritzventil bzw. Injektor spezifische und für jeden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine individuelle Adaption der jeweiligen elektrischen Ansteuerspannung bei der Zumessung von Kraftstoff.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung insbesondere zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens, welche erste Mittel zur Erfassung der wenigstens einen Zustandsgröße und zur Zwischenspeicherung einer etwa erfassten Zustandsgröße, zweite Mittel zur Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors mit einem Ansteuerimpuls vorgebbarer Impulsdauer und vorgebbarer Ausgangsimpulshöhe, dritte Mittel zur Durchführung einer Einspritzerkennung bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors, vierte Mittel zur Inkrementierung der Impulshöhe des AnSteuerimpulses in vorgebbaren Schritten bei der vorgegebenen Impulsdauer, sowie fünfte Mittel zur dauerhaften Abspeicherung der Impulshöhe des die Einspritzung bewirkenden AnSteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße im Falle einer erkannten Einspritzung aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert, aus denen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.
Im Einzelnen zeigen
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Einspritzsystems gemäß dem
Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische, ausschnittweise Darstellung eines im Stand der
Technik bekannten Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Betrieb eines Common-Rail-
Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfϊndungsgemäßen Verfahrens; Fig. 4 exemplarische Ansteuerimpulse zur Illustration der Ansteuerung eines
Einspritzaktors gemäß der Erfindung; und
Fig. 5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prozedur zur Ansteuerung eines Einspritzaktors anhand eines Flussdiagrammes.
Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik (DE 39 29 747 AI). Die hier nur schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 10 erhält von einer Einspritzeinheit 30 eine bestimmte Kraftstoffmenge zugemessen. Der momentane Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 wird mittels Sensoren 40 erfasst und die so erfassten Messwerte 15 an ein Steuergerät 20 übermittelt. Diese Messwerte umfassen bspw. die Drehzahl und die Temperatur der Brennkraftmaschine sowie den tatsächlichen Einspritzbeginn und evtl. noch weitere Größen 25, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, wie bspw. die Stellung eines Fahrpedals 25 oder der Umgebungsluftdruck. Das Steuergerät 20 berechnet anhand der Messwerte 15 und der weiteren Größen 25 entsprechend der vom Fahrer gewünschten Kraftstoffmenge Ansteuerimpulse 35, mit denen ein mengenbestimmendes Glied der Einspritzeinheit 30 beaufschlagt wird. Als mengenbestimmendes Glied dient dort ein Magnetventil, welches so angeordnet ist, dass durch die Öffnungsdauer bzw. die Schließdauer des Magnetventils die einzuspritzende Kraftstoffmenge festgelegt wird. Allerdings ist anzumerken, dass anstelle von Magnetventilen auch andere elektrisch steuerbare Einspritzventile mit bspw. Piezo-Aktoren angeordnet sein können. Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist davon jedoch unberührt.
Das (nicht gezeigte) Magnetventil ist insoweit nachteilig, als sich bei identischem Ansteuerimpuls unterschiedliche Schließzeiten ergeben können und daher bei gleicher Zeitdauer des AnSteuerimpulses und sonst gleichen Betriebsparametern unterschiedliche Kraftstoffmengen eingespritzt werden. Da die Ansteuerimpulse insbesondere bei Voreinspritzungen üblicherweise sehr kurz sind, kann nun der Fall eintreten, dass bei einzelnen Magnetventilen keine Voreinspritzung erfolgt oder die Voreinspritzung so stark wird, dass sich die Abgaswerte der Brennkraftmaschine verschlechtern. In der Fig. 2 ist ein im Stand der Technik (DE 100 02 270 Cl) bekanntes, piezoelektrisch steuerbares Einspritzventil 101 in einer Sclinittzeichnung dargestellt. Das Ventil 101 weist einen piezoelektrischen Aktor 104 zur Betätigung eines in einer Bohrung 113 eines Ventilkörpers 107 axial verschiebbaren Ventilglieds 103 auf. Das Ventil 101 weist ferner einen an den piezoelektrischen Aktor 104 angrenzenden Stellkolben 109 sowie einen an ein Ventilschließglied 115 angrenzenden Betätigungskolben 114 auf. Zwischen den Kolben 109, 114 ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer 116 angeordnet. Das Ventilschließglied 115 wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz 118, 119 zusammen und trennt einen Niederdruckbereich 120 von einem Hochdruckbereich 121. Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit 112 liefert die Ansteuerspannung für den piezoelektrischen Aktor 104 in Abhängigkeit insbesondere des Druckniveaus im Hochdruckbereich 121.
Die in der Fig. 3 gezeigte Einrichtung zum Betrieb eines Common-Rail-Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine umfasst ein sogenanntes Freigabemodul 200, welches in dem Ausführungsbeispiel mittels eines von einem nicht gezeigten Steuergerät bereitgestellten Schub-Bits 205 freischaltbar ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Prozedur ausschließlich im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Mögliche weitere Eingangsgrößen des Freigabemoduls sind der momentane Raildruck und/oder die momentane Temperatur des Piezo-Aktors. Mittels dieser weiteren Größen kann erreicht werden, dass die Prozedur nur bei Vorliegen eines stationären Betriebszustandes des Einspritzsystems durchgeführt wird, wodurch die Genauigkeit der letztlich zu ermittelenden Ansteuerspannung wesentlich erhöht werden kann. Um den Raildruck während der Ausführung der Prozedur möglichst konstant zu halten, ist ferner eine Raildruck-Regefung 210 angeordnet, deren Betrieb durch das Freigabemodul 200 getriggert wird. Entsprechend getriggert wird auch ein Funktionsmodul 215 zur erfindungsgemäßen Ansteuerung der Einspritzaktoren und nachfolgenden Adaption der Ansteuersignale. Ein weiteres Eingangssignal 220 des zuletzt genannten Funktionsmoduls 215 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Drehzahlsignal- Auswertemodul 225 bereitgestellt, welches anliand eines vom Steuergerät bereitgestellten Drehzahlsignals eine Einspritzerkennung durchführt. In der Fig. 4 sind typische Ansteuerspannungsimpulse dargestellt, um die schrittweise Erhöhung der Ansteuerspannung bei konstanter Ansteuerdauer zu verdeutlichen. Der erste Spannungsimpuls 400 unterscheidet sich von dem zweiten Spannungsimpuls 405 nur durch das gezeigte Spannungsinkrement ΔU1, wobei die gezeigte mittlere Impulsdauer Δtl bei beiden Spannungsimpulsen übereinstimmt.
Bei dem in der Fig. 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prozedur wird angenommen, dass eine Ansteuerung eines einzelnen Einspritzaktors bzw. Injektors vorgenommen wird. Zusätzlich wird angenommen, dass die nachfolgenden Schritte mittels des bereits genannten Freigabemoduls 500 ausschließlich im Schubbetrieb der Breririkraftmaschine ausgeführt werden.
Im gezeigten Schritt 505 wird zunächst geprüft, ob eine Freigabe zur Adaption der Ansteuerspannung der Einspritzaktoren erfolgt ist. Ist diese Freigabe nicht erfolgt, wird die Adaption nicht durchgeführt 510. Wird die Adaption freigegeben, wird im nachfolgenden Schritt 515 geprüft, ob der Raildruck mittels der genannten Raildruck- Regelung 210 bereits auf einen innerhalb vorgebbarer Schranken liegenden Wert eingeregelt ist. Ist die Einregelung noch nicht abgeschlossen, wird zu Schritt 505 zurückgesprungen. Andernfalls erfolgt eine Ansteuerung 520 eines einzelnen Einspritzventils bzw. Injektors vorgenommen und dessen Piezo- Aktor zunächst mit einer Spannung U_min beaufschlagt, welche so gewählt ist, dass in dem Injektor noch keine Einspritzung erfolgt. D.h. die Höhe der Spannung U_min ist so bemessen, dass sie noch nicht ausreicht, um bei dem im Rail vorherrschenden Raildruck das Steuerventil zu öffnen und eine Einspritzung zu bewirken. Die genannte Ansteuerung 520 erfolgt dabei mit einer vorgegebenen festen Ansteuerdauer AD = const.
Während der beschriebenen und der nachfolgenden Ansteuerungen wird jeweils die Systemreaktion, d.h. das Erfolgen einer Einspritzung in den dem angesteuerten Injektor zugeordneten Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine, überwacht 525. In dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel erfolgt dies mittels des bereits genannten Drehzahlsignalauswertemoduls 225. Wird eine Einspritzung erkannt, wird die dafür ursächliche Ansteuerspannung U_erf zusammen mit dem aktuell vorliegenden Wert des Raildrucks dauerhaft abgespeichert 530. Im Falle jedoch, dass keine Einspritzung erkannt wird, wird die Ansteuerspannung solange schrittweise inkrementiert 535 und danach jeweils das Drehzahlsignal überwacht, bis eine momentenbildende und damit drehzahlerhöhende Einspritzung erkannt wird 525. Die dann zugrundeliegende Ansteuerspannung U_erf wird zusammen mit dem Raildruckwert entsprechend abgespeichert 530.
Die in der Fig. 5 gezeigte Prozedur wird in dem Ausführungsbeispiel bei unterschiedlichen Raildrücken ausgeführt und dadurch die Erfassung einer Kennlinie U_erf(p_Rail) ermöglicht. Die Feinheit der vorbeschriebenen Inkremente der Ansteuerspannung bestimmt wesentlich die erreichbare Streuung der ermittelten Kennlinienwerte und damit letztlich die maximal erreichbare Präzision bei der Kraftstoffzumessung. Die so ermittelten Werte der Ansteuerspannung stellen jeweils Mindestspannungen dar, welche bei dem aktuellen Raildruck zu einer Aktorbewegung und damit zu einer mittelbar messbaren Einspritzung führen.
Die vorbescliriebene Prozedur kann ferner bei allen Verbrennxmgsräumen (Zylindern) der Brennkraftmaschine angewendet werden. Dabei kann es erforderlich sein, den Raildruck im Schubbetrieb auf einen Wert zu regeln, der vom üblicherweise in dem betreffenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine herrschenden Raildruck abweicht. Demzufolge wird auch der erreichbare Raildruckbereich nach oben hin begrenzt sein, so dass die Adaption nur innerhalb eines begrenzten Raildruckbereiches durchgeführt werden kann und eine Extrapolation für den übrigen Raildruckbereich erfolgen muss.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der jeweils ermittelte Wert der Ansteuerspannung mit vorab empirisch festgelegten Sollspannungswerten verglichen und aus der ggf. sich ergebenden Differenz ein Korrekturwert bestimmt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Ablage der ermittelten Werte der Ansteuerspannung in der Kennlinie gefiltert. Wenn bspw. der Raildruck den bei der Kennlinie zugrundegelegten, gerade aktiven Druckbereich verlässt, wird der jeweils neu adaptierte Wert der A-nsteuerspannung vor der Ablage mit dem alten Spannungswert gefiltert, insbesondere mit diesem gewichtet, womit der Einfluss von Messstörungen bei der Erstellung der Kennlinie verringert wird. Wie bereits erläutert, erfolgt die genannte Einspritzerkennung mittelbar anhand von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine. Auf die dabei zugrunde gelegte Betriebskenngröße kommt es allerdings nicht an. Eine bevorzugte Betriebskenngröße ist, wie vorbeschrieben, die Drehzahl bzw. der Wert eines von der Brennkraftmaschine bzw. einem entsprechenden Motorsteuergerät bereitgestellten Drehzahlsignals. Daneben kommen andere im Steuergerät bereits vorliegende Größen wie bspw. das von einem Brennraumdrucksensor bereitgestellte Drucksignal, das von einem im Verbrennungsraum angeordneten Klopfsensor bereitgestellte Klopfsignal oder das von einem Ionenstromsensor bereitgestellt Ionenstromsignal in Betracht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Größe der bei dem beschriebenen Verfahren fest vorgegebenen Ansteuerdauer so gewählt, dass bei dem aktuellen Raildruck maximal eine Einspritzmenge realisiert wird, die für den Fahrer des zugrundeliegenden Fahrzeuges nicht spürbar ist, so dass sich durch die vorbescliriebene Adaptionsprozedur keine Komforteinbuße einstellt.
Es ist anzumerken, dass die vorbeschriebene Kennlinie U_erf(p_Rail) nur beispielhaft ist und andere Kenngrößenpaare wie bspw. die Ansteuerspannung ,U_erf über der Aktortemperatur ,T_Piezo- Aktor' zugrundegelegt werden können. Zudem wird das vorbeschriebene Einspritzsystem mit einem piezoelektrisch gesteuerten Einspritzaktor nur als Ausführungsbeispiel verstanden und kann bspw. auch magnetisch gesteuerte Aktoren oder dgl. umfassen.
Das vorbeschriebene Verfahren ist in einem in der Fig. 1 gezeigten Steuergerät in Form einer Prograrnmroutine oder in Form von separaten Steuerungselementen einer entsprechenden Vorrichtung implementierbar. Die programmtechnischen Details einer solchen Implementierung sind dem einschlägigen Fachmann in Kenntnis des Vorstehenden geläufig und werden daher hier nicht näher erläutert.
Das vorbeschriebene Verfahren und die Vorrichtung wurden am Beispiel eines Common- Rail-Einspritzsystems erläutert. Die Erfindung ist aber nicht auf Common-Rail- Einspritzsysteme beschränkt, sondern kann auch bei anderen Hochdruck- Einspritzsystemen, beispielsweise bei Pumpe-Düse-Systemen Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfaliren zum Betrieb eines Einspritzsystems einer Brerinkraftmascliine (10) mit wenigstens einem mittels AnSteuerimpulsen steuerbaren Einspritzaktor (104), wobei die Ansteuerung (215) des Einspritzaktors (104) anliand wenigstens einer Zustandsgröße des Einspritzsystems durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße erfasst und zwischengespeichert wird, dass der wenigstens eine Einspritzaktor (104) mit einem Ansteuerimpuls vorgebbarer Impulsdauer und vorgebbarer Ausgangsimpulshöhe angesteuert wird (520), dass bei der Ansteuerung (520) des wenigstens einen Einspritzaktors (104) eine Einspritzerkennung durchgeführt wird (525), dass die Impulshöhe des AnSteuerimpulses in vorgebbaren Schritten bei der vorgegebenen Impulsdauer so lange inkrementiert wird (535), bis eine Einspritzung erkannt wird (525), und dass im Falle einer erkannten Einspritzung die Impulshöhe des die Einspritzung bewirkenden AnSteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße dauerhaft abgespeichert (530) und im zukünftigen Betrieb des Einspritzsystems bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors zugrunde gelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulshöhe des eine Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße des Einspritzsystems nur dann dauerhaft abgespeichert wird, wenn die Zustandsgröße im betrachteten Zeitintervall nur innerhalb einer vorgebbaren Schwankungsbreite variiert (515).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsimpulshöhe des Ansteuerimpulses so gewählt wird (400), dass bei dem momentanen Wert der Zustandsgröße noch keine Einspritzung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schritte bei wenigstens zwei unterschiedlichen Werten der Zustandsgröße durchgeführt werden und die jeweils sich ergebende Impulshöhe des eine Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses als Funktion des jeweiligen Wertes der Zustandsgröße in eine Tabelle, ein Kennfeld oder eine Kennlinie dauerhaft abgespeichert wird und die Tabelle oder das Kennfeld oder die Kennlinie im zukünftigen Betrieb des Einspritzsystems bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors zugrunde gelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulshöhe des eine Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses in Abhängigkeit vom jeweiligen Wert der Zustandsgröße gefiltert oder gewichtet in die Tabelle oder das Kennfeld oder die Kennlinie abgespeichert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße des Einspritzsystems durch den im Einspritzsystem momentan herrschenden Raildruck oder die im Einspritzsystem momentan herrschende Temperatur oder durch Exemplarstreuungen des Einspritzsystems oder seiner Komponenten gebildet wird.
7. Verfaliren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schritte nur im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine ausgeführt werden (500 - 510).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzerkennung mittelbar anliand von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine erfolgt, und zwar bevorzugt anhand eines Drehzahlsignals und/oder eines Brennraumdrucksignals und/oder eines Klopfsignals und/oder eines Ionenstromsignals der Brennkraftmaschine erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schritte für sämtliche Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine zyklisch ausgeführt werden.
10. Verfaliren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Werte der Impulshöhe des eine Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses mit vorgebbaren Sollwerten verglichen werden und aus einer dabei sich ergebenden Abweichung eine Korrekturgröße bestimmt wird, mittels der das Einspritzsystem zukünftig betrieben wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsdauer der Ansteuerimpulse so gewählt wird, dass bei dem vorliegenden Wert der Zustandsgröße eine Einspritzmenge realisiert wird, die eine möglichst geringe Einflussnahme auf den Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.
12. Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine (10), wobei das Einspritzsystem wenigstens einen mittels AnSteuerimpulsen steuerbaren Einspritzaktor (104) aufweist und wobei die Ansteuerung (215) des Einspritzaktors (104) anhand wenigstens einer Zustandsgröße des Einspritzsystems durchgeführt wird, gekennzeichnet durch erste Mittel zur Erfassung der wenigstens einen Zustandsgröße und zur Zwischenspeicherung der erfassten Zustandsgröße, zweite Mittel (520) zur Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors (104) mit einem Ansteuerimpuls vorgebbarer Impulsdauer und vorgebbarer Ausgangsimpulshöhe, dritte Mittel (525) zur Durchführung einer Einspritzerkennung bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors (104), vierte Mittel (535) zur Inkrementierung der Impulshöhe des Ansteuerimpulses in vorgebbaren Schritten bei der vorgegebenen Impulsdauer, und fünfte Mittel (530) zur dauerhaften Abspeicherung der Impulshöhe des die Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße im Falle einer erkannten Einspritzung.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die fünften Mittel (530) einen Vergleicher umfassen, mittels dessen geprüft wird, ob die Zustandsgröße im betrachteten Zeitintervall innerhalb einer vorgebbaren Schwankungsbreite variiert, wobei die Impulshöhe des eine Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße des Einspritzsystems nur dann dauerhaft abgespeichert wird, wenn der Vergleicher feststellt, dass die Zustandsgröße im betrachteten Zeitintervall tatsächlich innerhalb der vorgebbaren Schwankungsbreite variiert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dass die fünften Mittel (530) wenigstens eine Tabelle, ein Kennfeld oder eine Kennlinie zur dauerhaften Abspeicherung der Impulshöhe des die Einspritzung bewirkenden Ansteuerimpulses als Funktion der erfassten Zustandsgröße aufweisen, welche im zukünftigen Betrieb des Einspritzsystems bei der Ansteuerung des wenigstens einen Einspritzaktors zugrunde gelegt wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch sechste Mittel (500 - 510) zur Erkennung eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine.
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