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DE102004044450B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren, insbesondere Piezoinjektoren, einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine entsteht im Rail ein stetiger Druckabfall, der ausgenutzt wird, um den Raildruck zu messen und die Injektoren mit einer entsprechenden Energie einzustellen. Die Aktuatorenergie wird erhöht, bis im zeitlichen Verlauf des Raildrucks eine Unstetigkeit auftritt. Die bei diesem Zustand angelegte Aktuatorenergie und der im Rail vorliegende Druck sind ein Maß für den Leerhub des entsprechenden Injektors.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leerhuberkennung von Injektoren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und betrifft eine Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren gemäß dem unabhängigen Anspruch 9.
  • Solche Verfahren sind von entscheidender Bedeutung, um die Genauigkeit der Dosierung bei kleinen Einspritzmengen zu gewährleisten. Sind die kleinen Einspritzmengen ungenau, so können die strengen Abgasnormen bei Diesel Pkw-Motoren nicht eingehalten werden. Es gibt zwei grundlegende Entwicklungen, um die Injektorstreuung zu minimieren. Dies kann einerseits durch eine hochpräzise und sehr teure Injektorfertigung bewerkstelligt werden. Dabei werden alle Injektoren in der Fertigungsstraße vermessen und die außerhalb der engen Toleranz liegenden Injektoren aussortiert. Andererseits sind Verfahren bekannt, die während des Motorbetriebes die Injektorenstreuung untereinander ausgleichen. Beispielsweise kann über einen Klopfsensor der Brennkraftmaschine festgestellt werden, welche Ansteuerparameter notwendig sind, um den einzelnen Injektor anzusteuern, so dass gerade Kraftstoff eingespritzt wird (Schaltleckage). Dabei ist es nachteilig, dass die Aktivierungsbedingung des Verfahrens vom Fahrverhalten des Fahrers abhängt. Zur Feststellung des Leerhubes mit einem solchen Verfahren, ist es notwendig, dass die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine für einen gewissen Zeitraum unverändert bleibt. Wird dieser entsprechende Zeitraum durch das Fahrverhalten des Fahrers unterbrochen, so kann die Leerhubbestimmung nicht vollständig abgeschlossen werden.
  • In der Druckschrift DE 199 02 807 C1 ist eine Leerhubeinstellung zwischen einem Aktor und einem vom Aktor betätigten Servoventil in einem Kraftstoffinjektor offenbart. Dazu wird mit Hilfe einer Prüfvorrichtung ein Druck zwischen 5 und 100 bar an den Injektor angelegt, wobei als Prüfmedium vorzugsweise Gas verwendet wird. Nach Aufbau eines vorgegebenen Druckes wird an den Piezoaktor ein rampenförmiges Spannungssignal angelegt. Ab einer gewissen Spannung wird das Steuerventil durch den Piezoaktor geöffnet, so dass ein kontinuierlicher Druckabfall auftritt. Aus einem Vergleich des Druckverlaufs mit einem Musterverlauf wird daraus unter anderem der Leerhub bestimmt.
  • Aus der Druckschrift DE 199 05 340 A1 wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Voreinstellung und der dynamischen Nachführung von piezoelektrischen Aktoren offenbart. Ähnlich wie im obigen Stand der Technik wird das Spannungssignal dazu benutzt, um den Leerhub einzustellen, wobei sowohl die steigende als auch die fallende Flanke des Spannungssignals verwendet wird. Nach dem Einstellen des Leerhubs wird vorzugsweise der Druck im Injektor wieder aufgebaut.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Leerhubkennfeldes von Injektoren vorzustellen, wobei das Verfahren und die Vorrichtung unabhängig vom Fahrverhalten des Fahrers sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst.
  • Die Erfindung zeichnet sich durch ein Verfahren bzw. Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren aus. Dabei wird ein konstanter Druck, ein stetiger Druckabfall oder -aufbau eingestellt. Der aktuelle Raildruck wird gemessen. Ein Aktuator des Injektors wird mit einer Aktuatorenergie angesteuert. Die eingestellte Aktuatorenergie wird anschließend verändert. Dies wird wiederholt, bis im zeitlichen Verlauf des Raildrucks eine Unstetigkeit aufgetreten ist. Vorzugsweise wird die Aktuatorenergie kontinuierlich oder schrittweise erhöht. Die Änderung der Aktuatorenergie ist durch die Möglichkeit der Leistungsstufe begrenzt. Aus Kostengründen ist eine schrittweise Änderung vorzuziehen. Vorzugsweise kann der Raildruckabbau beim Abstellen der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Nach Abstellen der Brennkraftmaschine wird kein Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher mehr gefördert. Aufgrund von Leckagen fällt der im Kraftstoffspeicher vorhandene Druck automatisch ab. Eventuell ist eine zusätzliche Leckage durch einen der Injektoren erwünscht.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist es, einen stetigen Druckaufbau beim Starten der Brennkraftmaschine einzustellen. Beim Starten der Brennkraftmaschine fördert die Förderpumpe Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher (Rail) und baut somit langsam und stetig den Druck darin auf. Dies kann ebenfalls dazu verwendet werden, um die Wertepaare Druck und dazugehörige Injektorenergie (Aktorenergie) zu ermitteln. Vorzugsweise werden solche Wertepaare beispielsweise in einem Speicher abgelegt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, ist es, nach Ermittlung einer Unstetigkeit im zeitlichen Verlauf des Raildrucks die Aktuatorenergie auf einen Anfangswert zu setzen, wobei anschließend der aktuelle Raildruck gemessen wird, der Aktuator des Injektors angesteuert wird mit einer Aktuatorenergie und die Aktuatorenergie solange verändert wird, bis erneut im zeitlichen Verlauf des Raildrucks eine Unstetigkeit auftritt. Bei hochdichten Common-Rail-Systemen, bei denen der Druckabfall von Haus aus sehr gering ist, ist es möglich, bei einem einzigen Abstellvorgang der Brennkraftmaschine die Energie der Schaltleckagen bei unterschiedlichen Raildrücken zu erfassen. Die Energie für die Schaltleckage ist vom Raildruck abhängig. Bei hohen Raildrücken ist eine höhere Energie als bei niedrigen Raildrücken nötig. Damit sind weniger Abschaltvorgänge nötig, um die Wertepaare Aktuatorenergie und Raildrücke zu aktualisieren.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
    Figur einen zeitlichen Verlauf eines Raildrucks und einen zeitlichen Verlauf einer Aktorenergie.
  • Beispielhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt im oberen Abschnitt des Diagramms den zeitlichen Verlauf mit 1 gekennzeichnetem Raildrucks. Im unteren Bereich des Diagramms ist der zeitliche Verlauf mit 2 gekennzeichneten Aktuatorenergie abgebildet.
  • In einem Common-Rail-System ist ein Kraftstoffspeicher vorhanden, an dem ein Injektor, insbesondere ein Piezoinjektor, angeschlossen ist. Der Aktuator des Injektors, hier Piezoaktuator erhält ein Ansteuersignal mit der in der einzigen Figur dargestellten Energie.
  • Beim Abschalten einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System baut sich der Druck im Common-Rail-System bis zum Zeitpunkt t1 linear und stetig ab. Der Druckabbau im Kraftstoffspeicher des Common-Rail-Systems ist durch Leckageströme bedingt. Erfindungsgemäß wird nun ein Ansteuerungssignal mit der Energie E1 zum Zeitpunkt t2 an den Piezoaktor des Injektors angelegt. Die Energie E1 ist zu gering um das Servoventil des Injektors aus dessen Sitz zu drücken. Zum Zeitpunkt t3 wird die Aktorenergie auf E2 angehoben. Mit einer kurzen Verzögerung zum Zeitpunkt t4 wird das Ansteuerungssignal an den Piezoaktor angelegt. Wie im oben abgebildeten Druckverlauf 1 zu erkennen ist, ist auch diese Energie E2 zu gering. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Aktorenergie die minimale Energie Emin(p1) erreicht hat. Mit dieser Energie Emin(p1) wird zum Zeitpunkt t1 ein Ansteuersignal an den Piezoaktor angelegt. Dieses Mal ist die Energie ausreichend, um das Servoventil aus seinem Sitz zu drücken, was zur Folge hat, dass der Raildruck schlagartig sinkt. Dies ist in 1 als Flanke 3 zu erkennen. Diese Flanke 3 bzw. Unstetigkeit im zeitlichen Verlauf des Raildrucks kann genutzt werden, um die minimale Aktuatorenergie dem entsprechenden Raildruck p1 zuzuordnen. Ist im Rail noch ausreichend Druck vorhanden, so kann das erfindungsgemäße Verfahren erneut wiederholt werden. Dabei wird die Aktuatorenergie auf den Anfangswert E3 gesetzt. Zum Zeitpunkt t5 wird ein Ansteuersignal mit der Energie E3 an den Piezoaktor angelegt. Da die Energie E3 zu gering ist, um das Servoventil aus dem Sitz zu drücken, wird die Energie erneut angehoben und entsprechend ein Ansteuersignal auf den Aktor abgegeben. Dies wird solange wiederholt, bis ausreichend Energie vorhanden ist, um das Servoventil aus dem Sitz zu drücken. Dies erfolgt dieses Mal bei einer Energie Emin(2). Mit dieser Energie wird der Piezoaktor mit einem Ansteuerungssignal zum Zeitpunkt t6 beaufschlagt. Dies bewirkt erneut einen drastischen Druckabfall im Rail. Der Raildruck fällt von p2 auf p3. Damit ist ein weiteres Wertepaar (Energie, Druck) ermittelt worden. Mit der Zeit werden alle Wertepaare aktualisiert.
  • Alternativ dazu ist es denkbar, während einer Schubphase einer Brennkraftmaschine dieses erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Dies eröffnet die Möglichkeit den Raildruck auf einen gewünschten Adaptionswert zu bringen, beispielsweise durch Öffnen eines Volumenstromregelventils (VCV). Da die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb noch am Laufen ist, kann die Förderpumpe demzufolge Kraftstoff in den Rail nachliefern, um den Druck dort entsprechend auf den gewünschten Adaptionswert zu erhöhen. Nach erfolgter Adaption eines Injektors – nach Eintreten eines unstetigen Druckabfalls – kann der nächste Injektor adaptiert werden, wobei der gleiche Ausgangsdruck wie am ersten Injektor eingestellt wird. Dies wird wiederholt bis alle Injektoren der Brennkraftmaschine adaptiert wurden. Damit können gezielt alle Injektoren für bestimmte Druckwerte adaptiert werden.
  • Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist sichergestellt, dass eine Leerhubkorrektur der Injektoren unabhängig vom Fahrprofil eines Fahrers erfolgt, da bei jedem Motorabstellen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine genaue Energievorsteuerung zu erlernen, selbst bei bekannten Systemen zum Ausregeln von Leerhubunterschieden zwischen den einzelnen Injektoren durch Energieanpassung. Solche Systeme benötigen eine minimale Ansteuerzeit und das Erreichen einer bestimmten Aktivierungsbedingung zum Ausführen des bekannten Systems.
  • Bekannte Systeme, die das Verbrennungssignal auswerten, wie Klopfsensor oder Drehzahlsensor, können das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtung ergänzen und können das Verhältnis zwischen Leerhub und Injektorsitzverschleiß bezüglich Mengenkorrektur der einzelnen Injektoren separat erfassen. Durch Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens und von bekannten Systemen werden größere Datenmengen erfasst und erlauben dadurch eine genauere Berechnung der Ansteuerzeitkorrektur.
  • Grundsätzlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Aufweiten der sehr engen Injektorfertigungstoleranzen und reduziert den Ausschussanteil der hergestellten Injektoren. Darüber hinaus müssen Piezoaktoren nicht vorkonditioniert werden, da das erfindungsgemäße Verfahren durch Energieanpassung den Leerhub direkt über die Lebensdauer kompensiert. Außerdem zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtung gegenüber den anderen bekannten Verfahren durch ihre Robustheit aus und da das erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzliche Bauteile realisierbar ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Leerhuberkennung von Injektoren, insbesondere Piezo-Injektoren einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System umfasst folgende Schritte: a) Einstellen eines konstanten Raildruck, eines stetigen Raildruckabfalls oder -aufbaus, b) Messen des aktuellen Raildrucks, c) Ansteuern mindestens eines Injektor-Aktuators mit mindestens einem Ansteuersignal je eingestellter Aktuator-Energie-Stufe, d) Diskrete Änderung der Aktuatorenergie auf eine andere Aktuator-Energie-Stufe, e) Wiederholung der Schritte b) bis d) bis im zeitlichen Verlauf des Raildrucks eine Unstetigkeit auftritt, wobei nach Schritt e) die eingestellte Aktuatorenergie und der aktuelle Raildruck als Maß für den Leerhub des Injektors abgespeichert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abspeicherung der Energie- und Raildruckwerte die Schritte b) bis e) durchgeführt werden, wobei die Aktuatorenergie zuvor auf einen Anfangswert gesetzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine in Schritt a) ein stetiger Raildruckabfall eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Starten der Brennkraftmaschine in Schritt a) ein stetiger Raildruckaufbau eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Schubphase der Brennkraftmaschine in Schritt a) ein konstanter Raildruck oder ein stetiger Raildruckabfall eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt e) der Druck im Rail auf einen gewünschten Adaptionswert erhöht wird.
  7. Vorrichtung zur Leerhuberkennung von Injektoren einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System umfasst einen Kraftstoffdruckspeicher, einen an den Kraftstoffdruckspeicher angeschlossenen Injektor, einen Raildrucksensor und eine Ansteuereinheit für die Aktuatoren der Injektoren, wobei die die Aktuatorenergie durch die Ansteuereinheit veränderbar ist, bis der Raildrucksensor eine Unstetigkeit im zeitlichen Verlauf des Raildrucks erfasst, wobei die Vorrichtung eine Speichereinheit zum Ablegen der bei der Unstetigkeit anliegende Aktuator-Energie-Wert und der anliegende Raildruckwert aufweist.
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