Verfahren und Vorrichtung zum Anpassen des Öffnungsverhaltens eines Kraftstoffinj ektors

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Kraftstoffinj ektoren . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Anpassen des Öffnungsverhaltens eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffin- jektors sowie ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens. Des Weiteren betriff die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Anpassen des Öffnungsverhaltens eines einen Magnetspu ^¬ lenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors . Bei Betrieb von direkt betriebenen Spuleneinspritzinj ektoren, insbesondere von Kraftstoffinj ektoren für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, mit gleichen Strom/Spannungsparametern kommt es aufgrund von elektrischen, magnetischen und mechanischen Toleranzen zu unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs- und Schließungsverhalten der Injektoren und somit zu Variationen in der Einspritzmenge.

Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Injektor zu Injektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten. Bisher waren diese relativen Mengenunterschiede klein. Die

Notwendigkeit zu kleineren Einspritzmengen und -zeiten führt nun dazu, dass der Einfluss im Mengenunterschied in Betrachtung gezogen werden muss. Einflüsse wie Variationen bei der Injektoröffnungszeit (OPP1) müssen stärker berücksichtigt werden . Bisher konnte dieses Problem lediglich mit kleineren Bauteiltoleranzen gelöst werden, was mit erheblichem Aufwand und entsprechenden Kosten verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kosteneffiziente Lösung des obigen Problems be ^¬ reitzustellen. 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 Anpassen des Öffnungsverhaltens eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnet ^¬ spulenantriebs mit einem eine vorbestimmte elektrische Spannung aufweisenden Spannungspuls, (b) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Magnetspulenantrieb fließenden Stroms, (c) Vergleichen des erfassten zeitlichen Verlaufs mit einem Referenzverlauf und (d) Justieren eines mechanischen Parameterwerts des Kraftstoffinj ektors , um eine Abweichung zwischen dem erfassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem Referenzverlauf zu reduzieren.

Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Justieren eines (oder mehrerer) mechanischen Parameter- wert (e) des Kraftstoffinj ektors basierend auf einem Vergleich des zeitlichen Stromverlaufs mit einem Referenzverlauf (Re ^¬ ferenzstromverlauf) in einfacher Weise eine Annäherung des Öffnungsverhaltens des Kraftstoffinj ektors an das dem Refe ^¬ renzverlauf entsprechende Öffnungsverhalten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird der Kraftstoffinj ektor, dessen Öffnungsverhalten angepasst werden soll, mit einem Spannungspuls beaufschlagt und der zeitliche Verlauf der Stromstärke des während des Beaufschlagens durch die Magnetspule des Magnet- spulenantriebs fließenden Stroms wird erfasst. Mit anderen

Worten wird eine vorbestimmte (konstante) elektrische Spannung über den Magnetspulenantrieb geschaltet und der dadurch ent ^¬ stehende Spulenstrom wird gemessen (insbesondere mit regel ^¬ mäßigen zeitlichen Abständen abgetastet) und als Funktion der Zeit gespeichert. Der erfasste Verlauf der Stromstärke wird dann mit einem Referenzverlauf verglichen, wobei der Referenzverlauf den gewünschten zeitlichen Verlauf der Stromstärke (und somit dem gewünschten Öffnungsverhalten) darstellt. Im Falle einer Ab- weichung zwischen dem erfassten (tatsächlichen) Stromverlauf und dem (gewünschten) Referenzverlauf wird nun zumindest ein me ^¬ chanischer Parameterwert justiert, um diese Abweichung zu reduzieren bzw. zu kompensieren. Mit anderen Worten erfolgt das Justieren so, dass bei erneutem Beaufschlagen und Stromerfassen nach dem Justieren ein Stromverlauf erwartet wird, der näher an bzw. gleich dem Referenzverlauf ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der me ^¬ chanische Parameterwert einen Parameterwert aus der Gruppe auf, die einen Leerhubwert, einen Nadelhubwert und einen Arbeits ^¬ hubwert beinhaltet.

In diesem Dokument bezeichnet „Leerhubwert" insbesondere den Abstand zwischen der Ruheposition des beweglichen Ankers des Magnetspulenantriebs und der Position, in welcher der Anker auf die Düsennadel (oder einen mit der Düsennadel gekoppelten Mitnehmer) auftrifft. Mit anderen Worten bezeichnet „Leerhubwert" die Weglänge der Ankerbewegung bis zum Anschlag auf die Düsennadel. Der Zeitpunkt, zu dem der Anker während einer Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors auf die Düsennadel auftrifft und somit das eigentliche Öffnen des Kraftstoffinj ektors einleitet, wird auch OPP1 genannt.

In diesem Dokument bezeichnet „Nadelhubwert" insbesondere den Abstand zwischen der Ruheposition der Düsennadel und der Position, in welcher die von dem Anker mitgenommene Düsennadel durch Auftreffen auf ein Polstück gebremst wird. Mit anderen Worten bezeichnet „Nadelhubwert" die Weglänge der maximalen Düsennadelbewegung . Der Zeitpunkt, zu dem die Düsennadel während einer Ansteuerung des Kraftstoffinj ektors auf das Polstück auftrifft und somit das Öffnen des Kraftstoffinj ektors voll ^¬ endet, wird auch OPP2 genannt.

In diesem Dokument bezeichnet „Arbeitshubwert" insbesondere den Abstand zwischen der Ruheposition des beweglichen Ankers des Magnetspulenantriebs und der Position, in welcher der Anker und die von dem Anker mitgenommene Düsennadel durch Auftreffen auf ein Polstück gebremst werden. Mit anderen Worten bezeichnet „Arbeitshubwert" die Summe von„Leerhubwert" und„Nadelhubwert".

Die soeben erwähnten mechanischen Parameterwerte können ins- besondere durch axiale Verschiebung von einem oder mehreren Anschlagsstücken erfolgen. Diese Verschiebung kann insbesondere durch einen Techniker, das heißt manuell, oder alternativ durch einen Roboter, das heißt automatisch erfolgen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Vergleichen des erfassten zeitlichen Verlaufs mit dem Referenzverlauf ein Feststellen einer Differenz zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem ein vorbestimmtes Ereignis im erfassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke auftritt, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem das vorbestimmte Ereignis im Referenzverlauf auftritt, auf.

Mit anderen Worten wird eine zeitliche Differenz zwischen dem jeweiligen Auftreten eines im erfassten zeitlichen Verlauf und im Referenzverlauf (zum Beispiel als Extremum) erkennbaren

Ereignisses festgestellt. Diese Differenz ist dann ein Maß dafür, inwiefern das Ereignis zu früh oder zu spät bei dem untersuchten Kraftstoffinj ektor eintrifft. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Justieren des mechanischen Parameterwerts in Abhängigkeit von der festgestellten Differenz.

Anders ausgedrückt erfolgt das Justieren so, dass die fest- gestellte Differenz bei einem erneuten Beaufschlagen des

Kraftstoffinj ektors mit dem Spannungspuls geringer bzw. eli ^¬ miniert ausfällt. Der Betrag, mit dem der mechanische Para ^¬ meterwert justiert wird, wird also so gewählt, dass die festgestellte Differenz erwartungsgemäß reduziert bzw. eli- miniert wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das vorbestimmte Ereignis ein Ereignis aus der Gruppe auf, die ein Auftreffen eines beweglichen Ankers auf eine Düsennadel und ein Auftreffen der Düsennadel auf ein Polstück beinhaltet.

Das Auftreffen des beweglichen Ankers auf die Düsennadel erfolgt wie oben erwähnt zum Zeitpunkt OPP1 und das Auftreffen der

Düsennadel auf das Polstück erfolgt zum Zeitpunkt OPP2. Diese Zeitpunkte können in als solcher bekannten Art und Weise durch Analyse des erfassten zeitlichen Verlaufs des Spulenstroms und des Referenzverlaufs ermittelt werden.

Wird durch das Vergleichen festgestellt, dass der Zeitpunkt OPP1 im erfassten Stromverlauf später als im Referenzverlauf auf ^¬ tritt, kann diese Verspätung durch eine Reduzierung des Leerhubs korrigiert werden. Tritt der Zeitpunkt OPP1 zu früh auf, wird der Leerhub entsprechend erhöht.

Wird durch das Vergleichen festgestellt, dass der Zeitpunkt OPP2 im erfassten Stromverlauf später als im Referenzverlauf auf ^¬ tritt, kann diese Verspätung durch eine Reduzierung des Nadelhubs korrigiert werden. Tritt der Zeitpunkt OPP2 zu früh auf, wird der Nadelhub entsprechend erhöht.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die vorbestimmte elektrische Spannung so gewählt, dass ein qua- sistatischer Eintrag magnetischer Feldenergie erfolgt.

Mit anderen Worten ist die vorbestimmte elektrische Spannung so gewählt, dass wenige bzw. keine Wirbelströme auftreten. Dies erleichtert die Erkennung der vorbestimmten Ereignisse im Stromverlauf und Referenzverlauf sowie die Feststellung der entsprechenden Zeitpunkte.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt die vorbestimmte elektrische Spannung zwischen 2V und 16V, ins- besondere zwischen 4V und 12V, insbesondere zwischen 6V und 9V, insbesondere um 7,5V. Mit anderen Worten wird der Kraftstoffinj ektor mit einer Spannung beaufschlagt, die niedriger oder höchstens gleich der Batte ^¬ riespannung in einem typischen Kraftfahrzeug ist. Die eingesetzte Spannung ist somit deutlich niedriger als die zum Öffnen des Kraftstoffinj ektors üblicherweise verwendete erhöhte Boostspannung von ca. 65V.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner folgendes auf: (a) erneutes Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem die vorbestimmte elektrische

Spannung aufweisenden Spannungspuls, (b) Erfassen eines weiteren zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Magnetspu ^¬ lenantrieb fließenden Stroms, (c) Vergleichen des erfassten weiteren zeitlichen Verlaufs mit dem Referenzverlauf und (d) erneutes Justieren des mechanischen Parameterwerts des

Kraftstoffinj ektors , um eine Abweichung zwischen dem erfassten weiteren zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem Refe ^¬ renzverlauf zu reduzieren. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoffinj ektor nach dem Justieren des mechanischen Parameterwerts erneut mit dem Spannungspuls beaufschlagt. Besteht immer noch eine Abweichung (gegebenenfalls über einen Schwellenwert hinaus) zwischen dem erfassten Stromverlauf und dem Referenzverlauf, erfolgt dann ein erneutes bzw. weiteres Justieren des mechanischen Parameterwerts .

Das erneute Beaufschlagen, Erfassen, Vergleichen und Justieren kann beliebig oft wiederholt werden, um das Öffnungsverhalten iterativ anzupassen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Anpassen des Öffnungsverhaltens eines einen Magnetspu ^¬ lenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist folgendes auf: (a) eine Be ^¬ aufschlagungseinheit zum Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem eine vorbestimmte elektrische Spannung aufweisenden Spannungspuls, (b) eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des durch den Magnetspu ^¬ lenantrieb fließenden Stroms, (c) eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des erfassten zeitlichen Verlaufs mit einem Referenzverlauf und (d) eine Justiereinheit zum Justieren eines mechanischen Parameterwerts des Kraftstoffinj ektors , um eine Abweichung zwischen dem erfassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem Referenzverlauf zu reduzieren.

Die Vorrichtung gemäß diesem zweiten Aspekt der Erfindung ist insbesondere zur Verwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt und den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eingerichtet. Die Beaufschlagungseinheit ist zum Bereitstellen des Spannungspulses und die Erfassungseinheit zum Erfassen der Stromstärke des Spulenstroms eingerichtet. Die Vergleichs ^¬ einheit ist zum Vergleichen des erfassten Stromverlaufs mit dem Referenzverlauf eingerichtet. Das Vergleichen kann dabei mehr oder weniger automatisiert erfolgen. Insbesondere mag die Vergleichseinheit einen Bildschirm zur Darstellung des erfassten zeitlichen Stromverlaufs und des Referenzverlaufs, so dass ein Techniker eine Abweichung gegebenenfalls optisch feststellen kann. Dabei mag die Vergleichseinheit auch automatisiert Ab ^¬ weichungen markieren bzw. hervorheben, um das manuelle Vergleichen durch den Techniker zu unterstützen und erleichtern. Alternativ mag die Vergleichseinheit den Vergleich vollauto ^¬ matisch durchführen, zum Beispiel durch Ermittlung der Zeitpunkte OPP1 und/oder OPP2 in dem erfassten Stromverlauf und in dem Referenzverlauf. Die Justiereinheit mag ein Werkzeug sein, mit dem ein der Techniker den mechanischen Parameterwert justieren kann. Die Justiereinheit mag aber auch ein Roboter sein, der das Justieren vollautomatisch durchführt.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen . Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com ^¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro ^¬ gramm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen .

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.

Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be ^¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine Abbildung eines erfassten Stromverlaufs und eines Referenzverlaufs.

Figur 2 zeigt eine einen Kraftstoffinj ektor mit einstellbarem

Leerhub .

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.

Erfindungsgemäß werden im Laufe bzw. gegen Ende der Herstellung von Kraftstoffinj ektoren mit Magnetspulenantrieb die nach- folgend beschriebenen Schritte zur Anpassung des Öffnungs ^¬ verhaltens von jedem Kraftstoffinj ektor durchgeführt, um Kraftstoffinj ektoren mit zumindest nahezu identischen Öffnungsverhalten zu schaffen. Spezifischer wird jeder Kraftstoffinj ektor mit einem eine vorbestimmte elektrische Spannung aufweisenden Spannungspuls beaufschlagt. Dabei ist die vorbestimmte Spannung vorzugsweise so niedrig (zwischen 5 und 12 V) gewählt, dass nur wenige bzw. keine Wirbelströme auftreten. Der Spannungspuls dauert min- destens so lange, dass der Kraftstoffinj ektor vollständig geöffnet wird. Gleichzeitig wird der zeitliche Verlauf der Stromstärke des durch den Magnetspulenantrieb fließenden Stroms erfasst. Dabei wird die Stromstärke zum Beispiel mit einer vorbestimmten Frequenz abgetastet und gespeichert. In der Figur 1 ist ein solcher zeitlicher Stromverlauf E gezeigt.

Der erfasste zeitliche Stromverlauf E wird nun mit einem Re ^¬ ferenzverlauf verglichen. In der Figur 1 ist auch ein solcher Referenzverlauf R gezeigt. Basierend auf diesem Vergleich wird dann der Wert eines mechanischen Parameters des Kraftstoff ^¬ injektors justiert, um eine Abweichung zwischen dem erfassten zeitlichen Verlauf der Stromstärke und dem Referenzverlauf zu reduzieren bzw. auszugleichen. Sowohl das Vergleichen der

Stromverläufe E und R sowie das darauffolgende Justieren des mechanischen Parameterwerts kann manuell (durch einen Techniker) , automatisch (durch Rechner und Roboter) oder semiautomatisch (durch Techniker und Rechner) erfolgen.

Das Vergleichen des erfassten Stromverlauf E mit dem Refe ^¬ renzverlauf R und das darauffolgende Justieren des mechanischen Parameterwerts dient grundsätzlich dazu, der Kraftstoffinj ektor so einzustellen, dass der erfasste Stromverlauf (bei erneutem Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit dem Spannungspuls) so nahe wie möglich an den Referenzstromverlauf kommt.

Spezifischer werden beim Vergleichen insbesondere die Zeitpunkte OPP1 (Anker hat Leerhub überwunden und erreicht die Düsennadel) und OPP2 (Düsennadel erreicht oberen Anschlag, so dass der

Injektor vollständig offen ist) im sowohl erfassten Stromverlauf als auch im Referenzverlauf beachtet. Aufgrund der niedrigen Spannung sind diese Zeitpunkte relativ leicht zu sehen im Kurvenverlauf bzw. rechnerisch zu ermitteln. In der Figur 1 sind die Ereignisse OPP1 und OPP2 im Referenzverlauf R jeweils mit Rl (nach ca. 1,5 ms) und mit R2 (nach ca. 3,5 ms) und im erfassten Stromverlauf E jeweils mit El (nach ca. 2,25 ms) und mit E2 (nach ca. 5 ms) gekennzeichnet. Gegenüber dem Referenzverlauf R treten im erfassten Stromverlauf E sowohl OPP1 als auch OPP2 also zu spät ein. Diese Verspätungen sollen nur durch Justieren korrigiert werden. Dies kann mit Vorteil iterativ erfolgen. Zum Beispiel kann als erstes der Leerhub des Kraftstoffinj ektors justiert werden. Wenn dann (nach erneutem Beaufschlagen mit dem Spannungspuls und Erfassen der Stromstärke) festgestellt wird, dass die Zeitpunkte für OPP1 (ausreichend) gleich sind, kann ge ^¬ gebenenfalls auch der Nadelhub justiert werden, um die Zeitpunkte für OPP2 gleichzustellen. Die Figur 2 zeigt einen Kraftstoffinj ektor mit einstellbarem Leerhub. Spezifischer zeigt die Figur 2 einen Kraftstoffinj ektor mit beweglichem Anker 1 und einen auf der Düsennadel 3 ange ^¬ brachten Mitnehmer 2. Der Anker 1 ist in seiner Ausgangsposition gezeigt, wo er auf einem verschiebbarem Anschlag 4 ruht. Zwischen Anker 1 und Mitnehmer 2 ist eine Feder 5 angebracht. Der Leerhub, das heißt die durch den Anker zurückzulegende Weglänge bis zum Aufschlag auf den Mitnehmer 2 ist mit dem Pfeil 6 gekennzeichnet. Der Leerhub 6 kann nun durch axiale Verschiebung des Anschlags 4, das heißt in Richtung des Pfeils 7 justiert werden. Um die oben erwähnte Verspätung beim Erreichen des Zustands OPPl zu re ^¬ duzieren, wird der Techniker oder Roboter den Anschlag 4 ein Stück nach oben Verschieben, so dass der Leerhub 6 (und damit die benötigte Zeit bis zum Erreichen des Zustands OPPl) entsprechend reduziert wird.

Bezugs zeichenliste

R Referenz erlauf

Rl OPP1 im Referenzverlauf

R2 OPP2 im Referenzverlauf

E Erfasster Stromverlauf

El OPP1 im erfassten Stromverlauf

E2 OPP2 im erfassten Stromverlauf t Zeit

I Stromstärke

1 Anker

2 Mitnehmer

3 Düsennadel

4 Anschlag

5 Feder

6 Leerhub

7 Pfeil