DE102006036568A1

DE102006036568A1 - Verfahren zur Detektion von Ventilöffnungszeitpunkten von Kraftstoffeinspritzsystemen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006036568A1
Application number: DE102006036568A
Authority: DE
Inventors: Roland Dietl; Oliver Dr. Kastner; Hans-Peter Dr. Rabl; Udo Dr. Reiländer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-07
Also published as: FR2904662A1; US20080028843A1

Abstract

Eine gemessene Strom-, Spannungs-, Kapazitätskennlinie wird mit einer im System hinterlegten idealisierten Kennlinie derselben Größe subtrahiert. In dieser berechneten Differenzkurve werden die Maxima, Minima und Wendepunkte identifiziert, da diese Werte mit den Ventilöffnungszeitpunkten korrelieren. In einem weiteren Schritt werden die im ersten Schritt ermittelten Werte in Bezug auf einem auf der Differenzkurve befindlichen Sollwert mit Hilfe eines mathematischen Verfahrens approximiert, um eine exaktere Bestimmung dieser Werte zu ermitteln.

Description

Verfahren zur Detektion von Ventilöffnungszeitpunkten von Kraftstoffeinspritzsystemen einer Brennkraftmaschine.
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik werden bei Einspritzsystemen, wie z.B. dem Common-Rail, Piezoinjektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungsräume verwendet. Bei der Einspritzung durch die Piezoinjektoren in die Verbrennungsräume kann aufgrund der mechanischen Eigenschaften der Einspritzvorrichtung ein systematischer Fehler auftreten. Aufgrund von Fertigungstoleranzen der genannten Komponenten werden bei gleicher Ansteuerdauer und gleicher Aktorenergie unterschiedliche Kraftstoffmengen den Verbrennungsräumen zugeführt. Die unterschiedlichen Kraftstoffmengen führen wiederum zu einer unterschiedlichen Leistungsabgabe der jeweiligen Verbrennungsräume, was neben einer Steigerung der Laufunruhe auch zu einer Erhöhung der Menge an schädlichen Abgaskomponenten führt. Außerdem können Fertigungstoleranzen Veränderungen im Öffnungsverhalten der Piezoinjektoren bewirken. Dies äußert sich dadurch, dass der hydraulische Einspritzbeginn zwischen den einzelnen Piezoinjektoren sowie der Einspritzverlauf verschieden sind.
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt, das eine Differenzkurve aus der am Piezoinjektor gemessenen Stromkennline und/oder Spannungskennlinie und/oder Kapazitätskennlinie und einer im System hinterlegten idealisierten Kennlinie, welche die gleiche Meßgröße wie die am Piezoinjektor gemessene Kennlinie aufweist, bildet. Diese idealisierte Kennlinie stellt den Fall dar, dass der Piezoinjektor ohne äußere Last betrieben wird. Die dabei berechnete Differenzkurve weist charakterisierende Werte im Kurvenverlauf auf, wie z.B. Maximum, Minimum oder Wendepunkt, die mit den Ventilöffnungszeitpunkten korrelieren. Die Bestimmung der charakterisierenden Werte kann nicht exakt vorgenommen werden, da die Differenzkurve nicht nur von den Fertigungstoleranzen, sondern zudem auch noch durch weitere Parameter bestimmt wird.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein genaueres und präziseres Verfahren zur Detektion des Öffnungszeitpunktes von Kraftstoffeinspritzsystemen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In einem ersten, aus dem Stand der Technik bekannten Schritt, wird eine Differenzkurve aus der gemessenen Stromkennlinie und/oder Spannungskennlinie und/oder Kapazitätskennlinie gemessen. Die Differenzkurve entsteht durch Subtraktion der gemessenen Kennlinie mit einer idealisierten Kennlinie. Diese idealisierte Kennlinie weist dieselbe Messgröße wie die am Piezoinjektor gemessene Kennlinie auf und ist im System hinterlegt. Sie stellt den Fall dar, dass der Piezoaktor ohne äußere Last betrieben wird. Es kann ebenfalls eine Kennlinie hinterlegt werden, welche qualitativ dem unbelasteten Verhalten entspricht, aber quantitativ mit Skalierungsfaktoren an die Messwerte abgestützt wird.
Der Verlauf der Differenzkurve weist, abhängig von der gemessenen Kennlinie, eine grobe Positionierung von mindestens einem, den Kennlinienverlauf charakterisierenden Wert auf. Dieser charakterisierende Wert kann dabei z.B. ein Maximum und/oder Minimum und/oder ein Wendepunkt sein und korreliert mit den Ventilöffnungszeitpunkten. Die Bestimmung eines charakterisierenden Wertes erfolgt dabei in einem vorgegebenen Bereich nach der Bestromung des Piezoinjektors. Der zu betrachtende Bereich muss dabei so gewählt werden, dass er einen charakterisierenden Wert aufweist. Die Betrachtung des charakterisierenden Wertes erfolgt daher erst nach einer vorgegebenen Zeitdauer ab Bestromung des Piezoinjektors. Dabei hat es sich aufgrund des gemessenen Kapazitätsverlaufs des Piezoinjektors als vorteilhaft erwiesen, den charakterisierenden Wert im Bereich zwischen dem zweiten und dritten Schnittpunkt der gemessenen und der idealisierten Kurve zu ermitteln.
Eine exakte Bestimmung des charakterisierenden Wertes kann in diesem ersten Schritt jedoch nicht erfolgen, da der Kurvenverlauf der Differenzkurve noch von weiteren Faktoren abhängt. Auch ist eine direkte Bestimmung des charakterisierenden Wertes nur anhand der gemessenen Kennlinien aufgrund der begrenzten Anzahl der Messpunkte mit Ungenauigkeiten verbunden.
Gemäß der Erfindung erfolgt in einem zweiten Schritt eine exaktere Bestimmung des im ersten Schritt ermittelten charakterisierenden Wertes. Der charakterisierende Wert wird in Bezug zu einem im Differenzkurvenverlauf auftretenden Sollwert approximiert. Hierfür eignet sich jedes mathematische Verfahren, dass den Kurvenverlauf beschreibt (z.B. linear, polynomisch, logarithmisch). Aus Rechenkapazitäts- und Rechenzeitgründen wird der Kurvenverlauf nur innerhalb eines vorgegebenen Intervalls, um den im ersten Schritt ermittelten charakterisierenden Wert, zu einer vorgegebenen Genauigkeit approximiert.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1: ein Verfahren zur exakteren Bestimmung des charakterisierenden Wertes des Differenzkurvenverlaufs,
2: die zeitlichen Kapazitätsverläufe für die gemessene und die idealisierte Kennlinie für unterschiedliche Biasspannungen mit vorgegebenen Ventilöffnungszeiten,
3: die zeitlichen Kapazitätsverläufe für die gemessene und die idealisierte Kennlinie für unterschiedliche Biasspannungen mit exakter Bestimmung des charakterisierenden Wertes,
In der 1 wird im Schritt S1 der Piezoaktor durch ein elektrisches Signal angesteuert. Die im Schritt S10 gemessene Stromkennlinie und/oder Spannungskennlinie und/oder Kapazitätskennlinie wird im Schritt S20 von einer im System hinterlegten idealisierten Kennlinie derselben Messgrößen subtrahiert.
Im Schritt S30 wird ein charakterisierender Wert von der im Schritt S20 ermittelten Differenzkurve in einem vorgegebenen Bereich grob identifiziert. In diesem Fall handelt es sich beispielhaft um den Bereich zwischen dem zweiten und dritten Schnittpunkt zwischen der gemessenen und der idealisierten Kennlinie.
Eine exaktere Bestimmung des im Schritt S30 ermittelten charakterisierenden Wertes erfolgt im Schritt S40. Ausgangspunkt der Betrachtung ist der grob ermittelte auf der Differenzkurve befindliche charakterisierende Wert. Innerhalb eines vorgegebenen Intervallbereichs wird dieser Wert in Bezug zu einem im Differenzkurvenverlauf auftretenden Sollwert approximiert. Dabei handelt es sich bei diesem Sollwert um ein Maximum und/oder ein Minimum und/oder einen Wendepunkt.
Die Regelung des Ventilöffnungszeitpunktes im Schritt S50 erfolgt mit Hilfe des im Schritt S40 exakter bestimmten charakterisierenden Wertes.
2 zeigt den zeitlichen Kapazitätsverlauf für die gemessene und idealisierte Kennlinie zu unterschiedlichen Biasspannungen an einem Piezoaktor. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Öffnungszeitpunkt des Piezoinjektors fest vorgegeben Die durchgezogenen Kurvenverläufe 1 und 2 stellen dabei in beiden Fällen die gemessenen Kapazitätsverläufe, und die gestrichelten Kurvenverläufe 1' und 2' stellen die idealisierten Kapazitätsverläufe dar. Dabei gilt, dass die Biasspannung für den Kapazitätsverlauf 2 geringer ist als die Biasspannung für den Kapazitätsverlauf 1.
In beiden Fällen erfolgt eine Anregung des Piezoaktors zum Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 mit einer Spannung. Der Zeitpunkt t1 entspricht dabei den Werten 1'' und 2'' auf der jeweiligen Kapazitätskurve.
3 zeigt die zeitlichen Kapazitätsverläufe für die gemessene und die idealisierte Kennlinie für unterschiedliche Biasspannungen mit exakter Bestimmung der charakterisierenden Werte. Alle Bezugszeichen entsprechen denen aus 2.
Die charakterisierenden Werte 1'' und 2'' werden nach dem in der 1 genannten Verfahren berechnet. In diesem Fall liegt der Ventilöffnungszeitpunkt t1 für den Kapazitätsverlauf 1 zeitlich gesehen früher als der Ventilöffnungszeitpunkt t2 für den Kapazitätsverlauf 2.

Claims

Verfahren zur Detektion des Ventilöffnungszeitpunktes eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Piezoinjektors, durch Ermittlung einer Differenzkurve zwischen einer gemessenen Spannungskennlinie und/oder Stromkennlinie und/oder Kapazitätskennlinie und einer idealisierten Kennlinie, welche die gleiche Messgröße wie die am Piezoinjektor gemessene Kennlinie aufweist, wobei die idealisierte Kennlinie den Fall darstellt, dass auf den Piezoinjektor keine äußere Last wirkt, und bei der Differenzkurve mindestens ein charakterisierender Wert, der einem Maximum und/oder Minimum und/oder Wendepunkt auf der Differenzkurve entspricht, innerhalb eines vorgegeben Kurvenbereichs, identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem sich auf der Differenzkurve befindlichen charakterisierenden Punkt ein mathematisches Verfahren angewandt wird, um den charakterisierenden Wert innerhalb der Differenzkurve in Bezug zu einem auf der Differenzkurve auftretenden Sollwert zu approximieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Approximation innerhalb eines vorgegebenen Suchbereichs um den charakterisierenden Wert der Differenzkurve erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim mathematischen Näherungsverfahren um ein lineares, polynomes, logarithmsches oder exponentielles Näherungsverfahren handelt.