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WO2015010851A1 - Ermittlung des zeitpunkts eines vorbestimmten öffnungszustandes eines kraftstoffinjektors - Google Patents

Ermittlung des zeitpunkts eines vorbestimmten öffnungszustandes eines kraftstoffinjektors Download PDF

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Publication number
WO2015010851A1
WO2015010851A1 PCT/EP2014/063609 EP2014063609W WO2015010851A1 WO 2015010851 A1 WO2015010851 A1 WO 2015010851A1 EP 2014063609 W EP2014063609 W EP 2014063609W WO 2015010851 A1 WO2015010851 A1 WO 2015010851A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
time
current
fuel injector
coil drive
determining
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/063609
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Denk
Original Assignee
Continental Automotive 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 Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Priority to CN201480041786.XA priority Critical patent/CN105378252B/zh
Priority to KR1020167001875A priority patent/KR101834673B1/ko
Priority to US14/905,908 priority patent/US10024264B2/en
Publication of WO2015010851A1 publication Critical patent/WO2015010851A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464—Characteristics of actuators
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1294—Amplifying, modulating, tuning or transmitting sound, e.g. directing sound to the passenger cabin; Sound modulation

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of driving fuel injectors.
  • the present invention relates in particular to a method for determining the time of a predetermined opening state of a coil drive having Kraftstoffinj engine for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the present invention further relates to a corresponding device, a motor controller and a computer program for determining the time of a predetermined opening state of a coil drive aufwei- sending fuel injector.
  • the present invention has for its object to provide an improved control of Kraftstoffinj injectors that can compensate for tolerance-related relative injection quantity differences effectively.
  • the described method comprises: (a) charging the solenoid actuator of the fuel injector at a first voltage pulse, (b) detecting a first time course of the current strength of a flowing ⁇ sequent by the coil drive current ector (c) subjecting the solenoid drive of the Kraftstoffinj with a second voltage pulse, (d) It ⁇ take a second time characteristic of the current intensity of the current flowing through the coil drive current, (e) determining a difference history based on the detected first time course of the current and the detected second time curve of the current, and (f ) Determining a time at which the difference curve has an extremum, wherein the determined time is the time of the predetermined ⁇ ff ⁇ tion state.
  • the method described is based on the realization that the variation of the current intensity during a Publ ⁇ drying process of Kraftstoffinj (in which the bobbin drive is supplied with a voltage pulse (Boost voltage)) ector is dependent on the inductance of the coil drive.
  • Boost voltage voltage pulse
  • first voltage pulse and second voltage pulse designate in particular so-called boost voltage pulses which are suitable for opening the fuel injector within a short time. After applying the respective voltage pulses, the injector is preferably kept open for a while during an injection phase.
  • the detection of the (first and second) time course of the current intensity is preferably as well as during the application of the respective voltage pulse (that is, during the
  • Boost phase Boost phase and afterwards (that is, during the injection phase and / or closing phase) carried out.
  • extreme refers to a local or global maximum or minimum of the difference history as a function of time.
  • Determining the time at which the difference curve has an extreme can be carried out in particular by using numerical methods.
  • the time of the predetermined opening state of the fuel injector can now be determined.
  • a predetermined time that is, a time at which the predetermined opening state should ideally be achieved
  • deviations from an ideal opening curve of the fuel injector can be determined and optionally compensated for.
  • the first voltage pulse ends at a first instant in which the current intensity of the current flowing through the coil drive has reached a first maximum value
  • the second voltage pulse ends at a second time at which the current intensity of the current flowing through the coil drive has reached a second maximum value.
  • the temporal profiles of the two detected current differ in that they have at ⁇ Kunststofferie maximum values (peak currents also called).
  • the difference between the first maximum value and the second maximum value is between about 0.1A and about 1A, in particular between about 0, 2A and about 0, 8A, in particular between about 0, 3A and about 0.7A, in particular between about 0, 4A and about 0, 6A, in particular about 0, 5A.
  • the difference between the first and second maximum values is relatively small compared to a typical peak current of about 11 amps. The implementation of the two current supplies therefore require only slight changes in the settings when applying the solenoid drive with the first and second voltage pulse.
  • the first time profile of the current intensity and the second time profile of the current value are synchronized with one another based on the first time and the second time.
  • the first and second time as a synchronization point may be used between the first time course of the current strength and the second time profile of the current strength in determining the Diffe ⁇ Renz each course.
  • the first time profile of the current intensity and the second time profile of the current intensity are detected by digital sampling with a sampling rate in the range 0.5ys to 5ys.
  • the detected timing of the predetermined opening state of the fuel injector is a start or end timing of an opening or closing operation of the fuel injector.
  • opening operation of the power ⁇ stoffinj ector means in particular a course which begins at the moment when the closed fuel injector to open starts due to the current flowing through the coil drive current, and ends at the point where the fuel injector fully is open.
  • closing operation of the power ⁇ stoffinj ector means in particular a course which begins on the date on which the open fuel injector for exhaust circuit of the current flowing through the coil drive current begins to close, and ends at the point where the power ⁇ stoffinj ector back is completely closed.
  • a method for driving a spool drive having a fuel injector for an internal combustion engine ⁇ a motor vehicle is described.
  • the process described comprises: (a) determining the timing of a predetermined Publ ⁇ voltage state of the fuel injector by use of the method according to the first aspect or any one of the above embodiments, (b) determining a difference between the time detected and a reference time , and (c) driving the fuel injector, wherein the coil drive is subjected to a voltage pulse whose start time and / or time period is determined based on the determined difference.
  • the described method is based on the idea that the driving of the fuel injector can be adjusted based on the determined difference between the determined time and a reference time such that deviations in the injection quantity can be minimized.
  • reference time means, in particular, a time at which the predetermined opening state of the fuel injector should ideally arrive, and the determined difference between the determined point in time and the reference point of time therefore represents a measure of how much of the deviates. If it is determined, for example, that the start of Publ ⁇ is drying process shifted in time can, the start time of the voltage pulse is applied with which the reel drive, be moved accordingly. If the time of the actual arrival of the predetermined opening state from the ideal or desired time found for example, that the end of the drying process Publ ⁇ is shifted in time, the injection period can be adjusted to ensure that the intended amount of fuel is injected to ensure.
  • the Period of the voltage pulse in the event of a delayed opening of the Kraftstoffinj be extended ector to avoid that too little fuel is injected.
  • the time duration of the voltage pulse in the case of premature opening of the Kraftstoffinj ector can be shortened in order to avoid to ver ⁇ that too much fuel is injected.
  • the above-mentioned corrections can advantageously be carried out in a pulse-individual manner, that is to say for each individual opening process.
  • the corrections or time shifts may further physical system parameters such as fuel ⁇ temperature, distance to the previous injection operation, etc., into account. This can be done, for example, by using appropriate pilot control curves or fields or a model.
  • a device for determining the time of a predetermined opening state of a coil drive having ⁇ fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle comprises: (a) applying unit that is configured to: (al) applying the solenoid actuator of the fuel ⁇ inj ector with a first voltage pulse, and (a2) subjecting the solenoid actuator of the fuel injector with a second voltage pulse; (b) a detection unit, which is con figured to ⁇ : (bl) detecting a first time course of the current strength of a current flowing through the coil drive
  • the described device is based on the same findings as described above in connection with the first and second aspects.
  • the detection unit has, for example, a FADC (fast analog-to-digital converter) which is suitable for detecting the coil current of the respective currently operated fuel injector.
  • a FADC fast analog-to-digital converter
  • the determination unit and detection unit be able to participate legally implemented using a microprocessor system before ⁇ that the necessary mathematical
  • the system may also include a memory unit configured to store reference current waveforms, pilot lines, models, etc.
  • the device can easily determine the start and end times of an opening process, so that the activation of the respective fuel injectors can be adjusted in such a way that relative injection quantity differences can be minimized.
  • an engine control system for a vehicle is described.
  • the described motor control is arranged to perform the methods according to the first or second aspect or one of the above embodiments.
  • This engine control makes it possible, with simple and inexpensive means, to minimize variations in the injection quantity in the case of several fuel injectors.
  • a computer program for determining the timing of a predetermined opening state of a reel drive Fuel injector for an internal combustion engine of a power ⁇ vehicle described.
  • the described computer program is set up for carrying out the methods according to the first or second aspect or one of the above exemplary embodiments, if it is executed by a processor or ⁇ -controller.
  • the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as assembler, JAVA, C ++, etc.
  • the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or
  • non-volatile memory built-in memory / processor, etc.
  • the instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions.
  • the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
  • the invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
  • Figure 1 shows voltage waveform, needle lift, two coil current waveforms, and a difference curve for a fuel injector as a function of time in conjunction with an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows a voltage waveform 10, a first current waveform 20, a second current waveform 30, a difference curve 40 and Nadelhubverlauf 50 for a Kraftstoffinj ector as functions of time according to one embodiment. It should be noted that the first current waveform 30 during a first opening operation of the Kraftstoffinj ector and the second
  • the left third of the figure shows the end of a boost phase in which the voltage 10 is set to the boost voltage of eg 65V.
  • the boost phase is terminated by switching off the boost voltage and the voltage 10 drops rapidly to a lower one Value (the so-called holding voltage, which is, for example, 12V vehicle electrical system voltage).
  • the needle lift 50 of the Kraftstoffin- jektors increases during both the shown end of the boost phase and for a time thereafter, and exceeds the line 52 which represents the needle lift in an open state (during the subsequent injection phase), that is, the needle stroke to Be ⁇ termination a short transition phase.
  • the first opening operation differs from the second opening operation in that the boost voltage in the first opening operation is turned off when the coil current 20 has reached a first maximum value (first peak current) II, the boost voltage in the second opening operation is turned off when the coil current 30 has reached a second, slightly lower maximum value (second peak current) 12.
  • the two current waveforms 20 and 30 are sampled and stored from ⁇ and then synchronized using the respective times (Tl) of turning off the boost voltage.
  • the current waveforms 20 and 30 shown in FIG. 1 are synchronized.
  • a difference curve 40 is calculated by subtracting the second current waveform 30 from the first current waveform 20.
  • the difference curve 40 is analyzed using numerical methods to determine times (relative to the common synchronization time T1) to which the difference curve 40 is an extremum (Maximum or minimum).
  • the difference profile 40 shown in FIG. 1 shows a first maximum at the time T 1 and a second maximum at the time T 2.
  • the difference curve also shows a minimum between Tl and T2.
  • the second (local) maximum occurs at about the same time as the needle stroke 50 first exceeds the line 52, that is, at the time the fuel injector has reached its open state.
  • the timing corresponding to the end of the opening phase for the fuel injector can be determined by determining the timing T2, is the time at which the difference curve has a second maximum.
  • the determination of the time T2 now allows a correction of the control if this time T2 deviates from the predetermined value, so that it can be ensured that the injection quantity is equal to the predetermined amount. If it is determined that T2 is too small (opening operation ends too early) or too large (opening operation ends too late), this can be compensated by a corresponding abbreviation or extension of the injection duration.
  • each fuel injector delivers the predetermined injection quantity per injection process with great accuracy, so that no or only very small relative differences in quantity can occur between the injectors.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoffinjektors mit einem ersten Spannungspuls, (b) Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs (20) der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (c) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoffinjektors mit einem zweiten Spannungspuls, (d) Erfassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs (30) der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (e) Bestimmen eines Differenzverlaufs (40) basierend auf dem erfassten ersten zeitlichen Verlauf (20) der Stromstärke und dem erfassten zweiten zeitlichen Verlauf (30) der Stromstärke, und (f) Ermitteln eines Zeitpunkts (T2), zu dem der Differenzverlauf (40) ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist. Es wird ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors, sowie eine Vorrichtung, eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm beschrieben.

Description

Beschreibung
Ermittlung des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines Kraftstoffinj ektors
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges . Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung, eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogramm zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufwei- senden Kraftstoffinj ektors .
Bei Betrieb von Kraftstoffinj ektoren mit Spulenantrieb kommt es aufgrund von elektrischen, magnetischen, mechanischen und hydraulischen Toleranzen zu unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs-/ und Schließungsverhalten der einzelnen Injektoren und somit zu Variationen in der jeweiligen Einspritzmenge.
Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Injektor zu Injektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten. Bisher waren diese relativen Mengenunterschiede klein und ohne praktische Bedeutung. Die Entwicklung in Richtung kleinere Einspritzmengen und -zeiten führt aber dazu, dass der Einfluss von den relativen Mengenunterschieden nicht mehr außer Betracht gelassen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren bereitzustellen, die toleranzbedingte relative Einspritzmengenunterschiede effektiv kompensieren kann.
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 Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoffinj ektors mit einem ersten Spannungspuls, (b) Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb flie¬ ßenden Stromes, (c) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoffinj ektors mit einem zweiten Spannungspuls, (d) Er¬ fassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, (e) Bestimmen eines Differenzverlaufs basierend auf dem erfassten ersten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem erfassten zweiten zeitlichen Verlauf der Stromstärke, und (f) Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öff¬ nungszustandes ist. Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der zeitliche Verlauf der Stromstärke während eines Öff¬ nungsvorgangs des Kraftstoffinj ektors (in dem der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls (Boostspannung) beaufschlagt wird) abhängig von der Induktivität des Spulenantriebs ist. Zusätzlich zur sich ändernden Eigeninduktivität des Spulenantriebs
(aufgrund des nicht linearen ferromagnetischen Magnetmaterials) kommt ein Anteil Bewegungsinduktivität aufgrund der Ankerbe¬ wegung. Der Anteil der Bewegungsinduktivität beginnt mit Beginn der Öffnungsphase (Anker-/Nadelbewegung beginnt) und endet am Ende der Öffnungsphase (Anker-/Nadelbewegung endet) . Wenn nun dieser Injektor mit zwei leicht unterschiedlichen Stromprofilen betrieben wird, die sich in ihren Strömen magnetisch ähnlich verhalten, wird sich durch die veränderten induktiven Einflüsse der Stromverlauf ebenfalls ändern aber ähnlich sein. Mit dem beschriebenen Verfahren kann die Auswertung von starken
Stromgradienten (auch Spannungsgradienten) folglich vereinfacht werden, da durch die Profilähnlichkeit diese starken Gradienten wegsubtrahiert oder zumindest verkleinert werden und die im Vergleich dazu kleinen Änderungen, die durch die Ankerbewegung hervorgerufen werden, nun als Extremwert nach der Differenzbildung vorliegen. In diesem Dokument bezeichnet „erster Spannungspuls" und „zweiter Spannungspuls" insbesondere sogenannte Boost- spannungspulse, die dazu geeignet sind, den Kraftstoffinj ektor innerhalb kurzer Zeit zu öffnen. Nach dem Beaufschlagen mit den jeweiligen Spannungspulsen wird der Injektor vorzugsweise während einer Einspritzphase eine Zeitlang offen gehalten.
Das Erfassen des (ersten und zweiten) zeitlichen Verlaufs der Stromstärke wird vorzugsweise sowie während des Beaufschlagens mit dem jeweiligen Spannungspuls (das heißt während der
Boostphase) als auch danach (das heißt während der Einspritzphase und/oder Schließphase) durchgeführt. In diesem Dokument bezeichnet „Extremum" insbesondere ein lokales oder globales Maximum oder Minimum des Differenzverlaufs als Funktion der Zeit.
Das Ermitteln des Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, kann insbesondere durch Einsatz numerischer Verfahren erfolgen.
Durch Ermitteln des Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, kann nun der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinj ektors bestimmt werden. Durch Vergleichen des ermittelten Zeitpunkts mit einem vorgegebenen Zeitpunkt, das heißt einem Zeitpunkt, zu dem der vorbestimmten Öffnungszustand idealerweise erreicht werden soll, können Abweichungen von einem idealen Öffnungsverlaufs des Kraftstoffinj ektors festgestellt und gegebenenfalls kompensiert werden . Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung endet der erste Spannungspuls zu einem ersten Zeitpunkt, bei welchem die Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes einen ersten Maximalwert erreicht hat, und der zweite Spannungspuls endet zu einem zweiten Zeitpunkt, bei welchem die Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes einen zweiten Maximalwert erreicht hat.
Mit anderen Worten unterscheiden sich die beiden erfassten zeitlichen Verläufe der Stromstärke darin, dass sie unter¬ schiedliche Maximalwerte (auch Peakströme genannt) aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Differenz zwischen dem ersten Maximalwert und dem zweiten Maximalwert zwischen etwa 0,1A und etwa 1A, insbesondere zwischen etwa 0, 2A und etwa 0, 8A, insbesondere zwischen etwa 0, 3A und etwa 0,7A, insbesondere zwischen etwa 0 , 4A und etwa 0 , 6A, insbesondere um etwa 0 , 5A. Die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Maximalwert ist mit anderen Worten relativ gering im Vergleich mit einem typischen Peakstrom von etwa 11 Ampere. Das Durchführen der beiden Bestromungen erfordern folglich nur geringfügige Änderungen der Einstellungen beim Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit dem ersten und zweiten Spannungspuls.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden beim Bestimmen des Differenzverlaufs der erste zeitliche Verlauf der Stromstärke und der zweite zeitliche Verlauf der Stromstärke basierend auf dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt miteinander synchronisiert.
Mit anderen Worten werden jeweils der erste und zweite Zeitpunkt als Synchronisationspunkt (bzw. gemeinsamer Punkt) zwischen dem ersten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem zweiten zeitlichen Verlauf der Stromstärke beim Bestimmen des Diffe¬ renzverlaufs verwendet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der erste zeitliche Verlauf der Stromstärke und der zweite zeitliche Verlauf der Stromstärke durch digitales Abtasten mit einer Abtastrate im Bereich 0,5ys bis 5ys erfasst.
Das digitale Abtasten erlaubt eine Abspeicherung und nachfolgender Verarbeitung präziser Darstellungen der ersten und zweiten zeitlichen Verläufe. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ermittelte Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinj ektors ein Anfangs- oder Endzeitpunkts eines Öffnungs- oder Schließvorgangs des Kraftstoffinj ektors . In diesem Dokument bezeichnet „Öffnungsvorgang des Kraft¬ stoffinj ektors" insbesondere einen Verlauf, der zu dem Zeitpunkt beginnt, wo der geschlossene Kraftstoffinj ektor wegen des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes sich beginnt zu öffnen, und zu dem Zeitpunkt endet, wo der Kraftstoffinj ektor voll geöffnet ist.
In diesem Dokument bezeichnet „Schließvorgang des Kraft¬ stoffinj ektors" insbesondere einen Verlauf, der zu dem Zeitpunkt beginnt, an dem der geöffnete Kraftstoffinj ektor wegen Ab- Schaltung des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes sich zu schließen beginnt, und zu dem Zeitpunkt endet, wo der Kraft¬ stoffinj ektor wieder ganz geschlossen ist.
Durch Ermitteln des Anfangszeitpunkts und des Endzeitpunkts des Öffnungsvorgangs bzw. Schließvorgangs kann festgestellt werden, ob der Öffnungsvorgang bzw. Schließvorgang so verläuft, wie es vorgesehen war. Sollte dies nicht der Fall sein, zum Beispiel wegen toleranzbedingter Abweichungen in elektrischen, magnetischen, mechanischen und hydraulischen Parameter des Kraft- Stoffinj ektors , kann der Verlauf kompensiert werden, um eine Abweichung von der vorgesehenen Einspritzmenge zu vermeiden. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoff¬ injektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebenen Verfahren weist folgendes auf: (a) Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öff¬ nungszustandes des Kraftstoffinj ektors durch Anwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele, (b) Bestimmen einer Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und einem Referenz-Zeitpunkt, und (c) Ansteuern des Kraftstoffinj ektors , wobei der Spulenantrieb mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, dessen Anfangszeit und/oder Zeitdauer basierend auf der bestimmten Differenz festgelegt wird. Dem beschriebenen Verfahren liegt die Idee zu Grunde, dass das Ansteuern des Kraftstoffinj ektors basierend auf der bestimmten Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und einem Referenz-Zeitpunkt derart angepasst werden kann, dass Abweichungen in der Einspritzmenge minimiert werden können.
In diesem Dokument bezeichnet „Referenz-Zeitpunkt" insbesondere einen Zeitpunkt, bei dem der vorbestimmte Öffnungszustand des Kraftstoffinj ektors im Idealfall eintreffen soll. Die bestimmte Differenz zwischen dem ermittelten Zeitpunkt und dem Refe- renz-Zeitpunkt stellt demzufolge ein Maß dafür dar, wie viel der Zeitpunkt des tatsächlichen Eintreffens des vorbestimmten Öffnungszustandes von dem idealen bzw. gewünschten Zeitpunkt abweicht . Wird zum Beispiel festgestellt, dass der Anfang des Öff¬ nungsvorgangs zeitlich verschoben ist, kann die Anfangszeit des Spannungspulses, mit welchem der Spulenantrieb beaufschlagt wird, entsprechend verschoben werden. Wird zum Beispiel festgestellt, dass das Ende des Öff¬ nungsvorgangs zeitlich verschoben ist, kann die Einspritzdauer angepasst werden, um sicherzustellen, dass die vorgesehene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Mit anderen Worten kann die Zeitdauer des Spannungspulses im Falle eines verzögerten Öffnens des Kraftstoffinj ektors verlängert werden, um zu vermeiden, dass zu wenig Kraftstoff eingespritzt wird. In ähnlicher Weise kann die Zeitdauer des Spannungspulses im Falle eines frühzeitigen Öffnens des Kraftstoffinj ektors verkürzt werden, um zu ver¬ meiden, dass zu viel Kraftstoff eingespritzt wird.
Die oben erwähnten Korrekturen können vorteilhafterweise pulsindividuell durchgeführt werden, dass heißt für jeden einzelnen Öffnungsvorgang.
Die Korrekturen bzw. Zeitverschiebungen können des Weiteren physikalische Systemparameter, wie zum Beispiel Kraftstoff¬ temperatur, Abstand zum vorherigen Einspritzvorgang usw., berücksichtigen. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung entsprechender Vorsteuerkennlinien bzw. -Felder oder eines Modells erfolgen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraft¬ stoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist folgendes auf: (a) eine Beaufschlagungseinheit, die konfiguriert ist zum: (al) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoff¬ inj ektors mit einem ersten Spannungspuls , und (a2) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoffinj ektors mit einem zweiten Spannungspuls; (b) eine Erfassungseinheit, die kon¬ figuriert ist zum: (bl) Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden
Stromes, und (b2) Erfassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes; (c) eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Differenzverlaufs basierend auf dem erfassten ersten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem erfassten zweiten zeitlichen Verlauf der Stromstärke; und (d) eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist.
Der Beschriebenen Vorrichtung liegen die gleichen Erkenntnisse zugrunde, wie oben in Verbindung mit den ersten und zweiten Aspekten beschrieben.
Die Erfassungseinheit weist in einem Ausführungsbeispiel zum Beispiel einen FADC (Fast-Analog-to-Digital-Converter) , der zum Erfassen des Spulenstroms des jeweils aktuell betriebenen Kraftstoffinj ektors geeignet ist.
Die Bestimmungseinheit und Ermittlungseinheit können vor¬ teilhafterweise unter Verwendung von einem Mikroprozessorsystem implementiert werden, das die notwendigen mathematischen
Operationen durchführen kann, um Differenzverlauf und Extrema zu bestimmen. Das System kann auch eine Speichereinheit aufweisen, die zum Speichern von Referenz-Stromverläufen, Vorsteuerkennlinien, Modellen usw. eingerichtet ist.
Die Vorrichtung kann in einfacher Weise die Anfangs- und Endzeiten eines Öffnungsvorgangs ermitteln, so dass die An- steuerung der jeweiligen Kraftstoffinj ektoren derart angepasst werden kann, dass relative Einspritzmengenunterschiede mini- miert werden können.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung ist zum Durchführen der Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet.
Diese Motorsteuerung ermöglicht es mit einfachen und kostengünstigen Mitteln Variationen in der Einspritzmenge bei mehreren Kraftstoffinj ektoren zu minimieren.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraft¬ fahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Computerprogramm ist zum Durchführen der Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet, wenn es von einem Prozessor oder μ-Controller ausgeführt wird.
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 Assembler, JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder
nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc. ) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände 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.
Die einzige Figur (Figur 1) zeigt Spannungsverlauf, Nadelhub, zwei Spulenstromverläufe, und eine Differenzverlauf für einen Kraftstoffinj ektor als Funktionen der Zeit in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Figur 1 zeigt Spannungsverlauf 10, einen ersten Stromverlauf 20, einen zweiten Stromverlauf 30, einen Differenzverlauf 40 sowie Nadelhubverlauf 50 für einen Kraftstoffinj ektor als Funktionen der Zeit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es soll beachtet werden, dass der erste Stromverlauf 30 während eines ersten Öffnungsvorgangs des Kraftstoffinj ektors und der zweite
Stromverlauf 40 während eines zweiten Öffnungsvorgangs des Kraftstoffinj ektors erfasst und dann synchronisiert wurden. Der Spannungsverlauf 10 und Nadelhubverlauf 50 sind im Wesentlichen gleich für die beiden Öffnungsvorgänge.
Das linke Drittel der Figur (bis zum Zeitpunkt Tl) zeigt das Ende einer Boostphase, in der die Spannung 10 auf die Boostspannung von z.B. 65V eingestellt ist. Zum Zeitpunkt Tl wird, wie vom Pfeil 12 markiert, die Boostphase durch Ausschalten der Boostspannung beendet und die Spannung 10 fällt schnell ab auf einen niedrigeren Wert (die sogenannte Haltespannung, die zum Beispiel 12V Kfz-Bordnetzspannung ist) . Der Nadelhub 50 des Kraftstoffin- jektors steigt sowohl während des gezeigten Endes der Boostphase als auch eine Zeitlang danach an und überschreitet die Linie 52, die den Nadelhub im offenen Zustand (während der nachfolgenden Einspritzphase) darstellt, das heißt, der Nadelhub nach Be¬ endigung einer kurzen Einschwingphase.
Der erste Öffnungsvorgang unterscheidet sich von dem zweiten Öffnungsvorgang darin, dass die Boostspannung in dem ersten Öffnungsvorgang ausgeschaltet wird, wenn der Spulenstrom 20 einen ersten Maximalwert (ersten Peakstrom) II erreicht hat, wobei die Boostspannung in dem zweiten Öffnungsvorgang ausgeschaltet wird, wenn der Spulenstrom 30 einen zweiten, etwas niedrigeren Maximalwert (zweiten Peakstrom) 12 erreicht hat.
Die beide Stromverläufe 20 und 30 werden abgetastet und ab¬ gespeichert und dann unter Verwendung der jeweiligen Zeitpunkte (Tl) des Ausschaltens der Boostspannung synchronisiert. Die in Figur 1 gezeigte Stromverläufe 20 und 30 sind synchronisiert. Nach der Synchronisation wird einen Differenzverlauf 40 berechnet durch Subtraktion des zweiten Stromverlaufs 30 von dem ersten Stromverlauf 20. Dann wird der Differenzverlauf 40 analysiert unter Verwendung numerischer Methoden, um Zeitpunkte (relativ zum gemeinsamen Synchronisationszeitpunkt Tl) zu Bestimmen, zu denen der Differenzverlauf 40 ein Extremum (Maximalwert oder Minimalwert) aufweist.
Der in Figur 1 gezeigte Differenzverlauf 40 zeigt ein erstes Maximum zum Zeitpunkt Tl und ein zweites Maximum zum Zeitpunkt T2 auf. Der Differenzverlauf zeigt des Weiteren ein Minimum auf zwischen Tl und T2. Wie es auch von dem Pfeil 42 markiert ist, tritt das zweite (lokale) Maximum zu etwa dem gleichen Zeitpunkt auf, wo der Nadelhub 50 die Linie 52 erstmals überschreitet, das heißt, zu dem Zeitpunkt wo der Kraftstoffinj ektor seinen offenen Zustand erreicht hat. Mit anderen Worten kann der Zeitpunkt, der dem Ende der Öffnungsphase für den Kraftstoffinj ektor entspricht, durch Ermitteln des Zeitpunkts T2 bestimmt werden, das heißt des Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf einen zweiten Maximum aufweist.
Die Ermittlung des Zeitpunkts T2 ermöglicht jetzt eine Korrektur der Ansteuerung falls dieser Zeitpunkt T2 von dem vorgegebenen Wert abweicht, so dass es sichergestellt werden kann, dass die Einspritzmenge gleich der vorgegebenen Menge ist. Falls es festgestellt wird, dass T2 zu klein (Öffnungsvorgang endet zu früh) oder zu groß (Öffnungsvorgang endet zu spät) ist, kann dies durch eine entsprechende Abkürzung oder Verlängerung des Einspritzdauer kompensiert werden.
Im Ergebnis kann erreicht werden, dass jeder Kraftstoffinj ektor mit großer Genauigkeit die vorgegebene Einspritzmenge pro Einspritzvorgang liefert, so dass keine oder nur sehr geringe relative Mengenunterschiede zwischen den Injektoren vorkommen können .
Die notwendige Kompensation erfolgt in einfacher Weise durch Verlängerung oder Verkürzung der Einspritzdauer. Demzufolge werden an sich keine Änderungen in den Stromprofilen während der Öffnungs- und Schließvorgänge benötigt.
Bezugs zeichenliste
10 Spannungs erlauf
12 Pfeil
20 Erster Stromverlauf
22 Maximum
30 Zweiter Stromverlauf
32 Maximum
40 Differenzverlauf
42 Pfeil
50 Nadelhubverlauf
52 Linie
Tl Zeitpunkt
T2 Zeitpunkt
II Erster Maximalwert
12 Zweiter Maximalwert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraft¬ fahrzeuges, das Verfahren aufweisend
Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoff¬ injektors mit einem ersten Spannungspuls,
Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs (20) der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoff¬ injektors mit einem zweiten Spannungspuls,
Erfassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs (30) der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, Bestimmen eines Differenzverlaufs (40) basierend auf dem erfassten ersten zeitlichen Verlauf (20) der Stromstärke und dem erfassten zweiten zeitlichen Verlauf (30) der Stromstärke, und
Ermitteln eines Zeitpunkts (T2), zu dem der Differenzverlauf (40) ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustands ist.
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
der erste Spannungspuls zu einem ersten Zeitpunkt endet, bei welchem die Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes einen ersten Maximalwert (II) erreicht hat, und
der zweite Spannungspuls zu einem zweiten Zeitpunkt endet, bei welchem die Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes einen zweiten Maximalwert (12) erreicht hat.
3. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Differenz zwischen dem ersten Maximalwert (II) und dem zweiten Maximalwert (12) zwischen 0,1A und 1A beträgt.
4. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch 2 oder 3, wobei beim Bestimmen des Differenzverlaufs (40) der erste zeitliche Verlauf (20) der Stromstärke und der zweite zeitliche Verlauf (30) der Stromstärke basierend auf dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt miteinander synchronisiert werden.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste zeitliche Verlauf (20) der Stromstärke und der zweite zeitliche Verlauf (30) der Stromstärke durch digitales Abtasten mit einer Abtastrate im Bereich 0,5ys bis 5ys erfasst werden.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Zeitpunkt des vorbestimmten Öffnungszustandes des
Kraftstoffinj ektors ein Anfangs- oder Endzeitpunkts eines Öffnungs- oder Schließvorgangs des Kraftstoffinj ektors ist.
7. Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufwei- senden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines
Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend
Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungs¬ zustandes des Kraftstoffinj ektors durch Anwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
Bestimmen einer Differenz zwischen dem ermittelten
Zeitpunkt und einem Referenz-Zeitpunkt, und
Ansteuern des Kraftstoffinj ektors , wobei der Spulenan¬ trieb mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, dessen An¬ fangszeit und/oder Zeitdauer basierend auf der bestimmten Differenz festgelegt wird.
8. Vorrichtung zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraft- fahrzeuges, die Vorrichtung aufweisend
eine Beaufschlagungseinheit, die konfiguriert ist zum: Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoff¬ injektors mit einem ersten Spannungspuls, und
Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs des Kraftstoff- injektors mit einem zweiten Spannungspuls;
eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist zum:
Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke eines durch den Spulenantrieb fließenden Stromes, und Erfassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Spulenantrieb fließenden Stromes;
eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Differenz¬ verlaufs basierend auf dem erfassten ersten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem erfassten zweiten zeitlichen Verlauf der Stromstärke; und
eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Zeitpunkts, zu dem der Differenzverlauf ein Extremum aufweist, wobei der ermittelte Zeitpunkt der Zeitpunkt des vorbestimmten Öff¬ nungszustands ist.
9. Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei die Motorsteuerung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
10. Computerprogramm zum Ermitteln des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes eines einen Spulenantrieb auf¬ weisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
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