DE-102024210574-A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, Kraftstoffsystem, Recheneinheit und Computerprogramm

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (1) für einen Verbrennungsmotor sowie ein Kraftstoffsystem und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen (101) eines Soll-Ansteuerendes und einer Soll-Ansteuerdauer des Magnetaktors (10) basierend auf einem Soll-Ansteuerbeginn des Magnetaktors (10) und einer Soll-Kraftstoffmenge, ein Bestimmen (102) eines bei dem Soll-Ansteuerende des Magnetaktors (10) auf das Ventilelement (4, 6) wirkenden Zylinderdrucks, und ein Bestimmen (104) eines Hubs des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende in Abhängigkeit von dem bestimmten Zylinderdruck. Wenn der bestimmte Hub des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende seinem maximalen Hub entspricht, so erfolgt ein Ansteuern des Magnetaktors (10) mit der bestimmten Soll-Ansteuerdauer und dem bestimmten Soll-Ansteuerbeginn, und wenn der bestimmte Hub des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende kleiner als der maximale Hub des Ventilelements (4,6) ist, so erfolgt ein Anpassen der bestimmten Soll-Ansteuerdauer und/oder des bestimmten Soll-Ansteuerbeginns und ein Ansteuern des Magnetaktors (10) mit der angepassten Soll-Ansteuerdauer bzw. dem angepassten Soll-Ansteuerbeginn.

Inventors

• Alexander Schenck Zu Schweinsberg
• Michael Lippisch
• Oezguer Tuerker

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (15)

1. Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (1) eines Verbrennungsmotors mit einem Magnetaktor (10) zur Betätigung eines nach außen öffnenden Ventilelements (4, 6), wobei der Magnetaktor (10) eine Magnetspule (3) und einen Magnetanker (2) aufweist, der mit dem Ventilelement (4, 6) wirkverbunden ist, das Verfahren umfassend die Schritte: Bestimmen (101) eines Soll-Ansteuerendes und einer Soll-Ansteuerdauer des Magnetaktors (10) basierend auf einem Soll-Ansteuerbeginn des Magnetaktors (10) und einer Soll-Kraftstoffmenge; Bestimmen (102) eines bei dem Soll-Ansteuerende des Magnetaktors (10) auf das Ventilelement (4, 6) voraussichtlich wirkenden Zylinderdrucks; Bestimmen (103) eines erwarteten Hubs (H VN_EOE ) des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende in Abhängigkeit von dem bestimmten, voraussichtlich auf dieses wirkenden Zylinderdruck; wenn der erwarteten Hub (H VN_EOE ) des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende einem maximalen Hub (H VN_max ) entspricht, Ansteuern (104) des Magnetaktors (10) mit der bestimmten Soll-Ansteuerdauer und dem bestimmten Soll-Ansteuerbeginn, wenn der erwartete Hub (H VN_EOE ) des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende kleiner als der maximale Hub (H VN_max ) des Ventilelements (4,6) ist, Anpassen (106) der bestimmten Soll-Ansteuerdauer und/oder des bestimmten Soll-Ansteuerbeginns, und Ansteuern des Magnetaktors (10) mit der angepassten Soll-Ansteuerdauer bzw. dem angepassten Soll-Ansteuerbeginn.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erwartete Hub (H VN_EOE ) in Abhängigkeit von wenigstens einem gespeicherten Hub des Ventilelements (4, 6) während der Haltestromphase der Magnetspule bestimmt wird (103), wobei der wenigstens eine gespeicherte Hub für einen bei dem Soll-Ansteuerende auf das Ventilelement (4, 6) wirkenden Zylinderdruck bestimmt wurde (200).
3. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei der wenigstens eine gespeicherte Hub (H VN_EOE ) aus einer Löschdauer (t L ) eines Stroms (I MV ) in der Magnetspule (3) des Kraftstoffinjektors (1) bestimmt wurde (200).
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , wobei der wenigstens eine gespeicherte Hub (H VN_EOE ) eine Vielzahl von gespeicherten Hüben (H VN_EOE ) für unterschiedliche bei dem Soll-Ansteuerende auf das Ventilelement (4, 6) wirkende Zylinderdrücke umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , wobei der wenigstens eine gespeicherte Hub (H VN_EOE ) eine Vielzahl von gespeicherten Hüben (H VN_EOE ) für unterschiedliche bei dem Soll-Ansteuerende auf das Ventilelement (4, 6) wirkende Zylinderdrücke und unterschiedliche Kraftstoffdrücke umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn das Ventilelement (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende einen erwarteten Hub (H VN_EOE ) aufweist, der kleiner als ein maximaler Hub (H VN_max ) ist, eine Abweichung zwischen einer erwarteten Kraftstoffmenge und der Soll-Kraftstoffmenge basierend auf dem erwarteten Hub (H VN_EOE ) des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende bestimmt und die Soll-Ansteuerdauer und/oder der Soll-Ansteuerbeginn basierend auf der bestimmten Kraftstoffmengenabweichung angepasst werden (105).
7. Verfahren nach Anspruch 6 , wobei anhand des erwarteten Hubs (H VN_EOE ) des Ventilelements (4, 6) bei dem Soll-Ansteuerende ein erwarteter Hubverlauf (HVN_p1, H VN_IST_p2 ) des Ventilelements (4, 6) modelliert und die Abweichung zwischen der erwarteten Kraftstoffmenge und der Soll-Kraftstoffmenge basierend auf einer Differenz zwischen dem erwarteten Hubverlauf (HVN_p1, H VN_IST_p2 ) und einem Soll-Hubverlauf (H VN_SOLL ) des Ventilelements (4, 6) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Soll-Ansteuerdauer durch eine Verschiebung des Soll-Ansteuerbeginns angepasst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , wobei der Soll-Ansteuerbeginn und das Soll-Ansteuerende um den gleichen Wert verschoben werden.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das für jeden Kraftstoffinjektor (1) des Verbrennungsmotors ausgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10 , wobei die bestimmte Soll-Ansteuerdauer und/oder der bestimmte Soll-Ansteuerbeginn jedes Kraftstoffinjektors (1) individuell angepasst werden, oder wobei die bestimmte Soll-Ansteuerdauer und/oder der bestimmte Soll-Ansteuerbeginn aller Kraftstoffinjektoren (1) gemeinsam angepasst werden.
12. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
13. Kraftstoffsystem aufweisend wenigstens einen Kraftstoffinjektor (1) mit einem Magnetaktor (10) zur Betätigung eines nach außen öffnenden Ventilelements (4, 6), wobei der Magnetaktor (10) eine Magnetspule (3) und einen Magnetanker (2) aufweist, der mit dem Ventilelement (4, 6) wirkverbunden ist; und eine Recheneinheit nach Anspruch 12 .
14. Computerprogramm, das die Recheneinheit des Kraftstoffsystems nach Anspruch 12 dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14 .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffinjektors eines Verbrennungsmotors, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Kraftstoffsystem. Hintergrund der Erfindung Da gasförmige Kraftstoffe für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Wasserstoff, eine geringe volumetrische Energiedichte aufweisen, werden für diese Kraftstoffe üblicherweise Injektoren mit hohem Durchfluss benötigt, um eine für eine maximale Leistung benötigte Kraftstoffmenge während eines zulässigen Zeitbereichs in einem Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors bereitzustellen. Die daraus resultierenden großen Strömungsquerschnitte bzw. Ventilnadelhübe der Injektoren können jedoch Ungenauigkeiten bei einer Kraftstoffzumessung im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors nach sich ziehen. Um einen zu hohen Durchfluss der Injektoren mit den beschriebenen Nachteilen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den zulässigen Zeitbereich im Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors, in dem Kraftstoff in diesen eingebracht werden kann, zu vergrößern, so dass eine Ansteuerdauer der Injektoren verlängert werden kann. Der zulässige Zeitbereich ist üblicherweise durch einen frühestmöglichen Einblasbeginn und ein spätestmögliches Einblasende begrenzt. Der frühestmögliche Einblasbeginn resultiert dabei aus einer potentiellen vorzeitigen Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors. Daher beginnt eine Einblasung üblicherweise erst kurz vor dem Einlassventilschließen oder unmittelbar danach. Das spätestmögliche Einblasende ist bei einem derzeit verwendeten Injektordesign mit nach außen öffnendem (bezogen auf den vom Ventilelement verschlossenen Raum) Ventilelement durch eine Magnetkraft begrenzt, die benötigt wird, um das Ventilelement gegen einen steigenden Zylinderdruck während eines Verdichtungstakts in einem Zylinder des Verbrennungsmotor offen zu halten. Dabei kann es vorteilhaft sein, den Kraftstoff möglichst spät im Verdichtungstakt einzublasen, da dies zu verringerter Klopfneigung und zu verringerter Verdichtungsarbeit führt. Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors eines Verbrennungsmotors, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Kraftstoffsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Ein erfindungsgemäßes Kraftstoffsystem umfasst einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren mit jeweils einem Magnetaktor zur Betätigung eines nach außen (bezogen auf den vom Ventilelement verschlossenen Raum) öffnenden Ventilelements. Die Kraftstoffinjektoren können insbesondere Gasinjektoren sein, die dazu eingerichtet sind, einen gasförmigen Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, direkt in einen Zylinder des Verbrennungsmotors einzublasen. Jeder andere Kraftstoffinjektortyp mit einem nach außen öffnenden Ventilelement ist ebenso möglich. Der Magnetaktor jedes Kraftstoffinjektors weist eine Magnetspule, die dazu eingerichtet ist, mit einem Strom beaufschlagt zu werden, um das Ventilelement zu öffnen, und einen Magnetanker auf, der mit den Ventilelement wirkverbunden ist. Das Ventilelement kann wiederum mit einem Ventilsitz in einem Gehäuse des Kraftstoffinjektors zusammenwirken. Beispielsweise kann das Ventilelement eine Ventilnadel sein, die an einem Ende ein Schließelement aufweist, das z.B. als Ventilteller ausgeführt und dazu eingerichtet sein kann, an dem Ventilsitz einen Strömungsquerschnitt freizugeben und zu verschließen. In einer geschlossenen Position des Kraftstoffventils kann das Schließelement von einer Ventilfeder auf dem Ventilsitz gehalten werden. Jeder Kraftstoffinjektor kann zudem ein Rückstellelement umfassen, das den Magnetanker in einer Ruheposition hält. Dieses kann ebenfalls als Feder, insbesondere als Schraubenfeder, ausgeführt sein. Des Weiteren enthält das Kraftstoffsystem eine Recheneinheit, die insbesondere eine Motorsteuerung des Verbrennungsmotors sein kann, und zur Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren eingerichtet ist. Wenn die Magnetspule eines Kraftstoffinjektors basierend auf einem entsprechenden Ansteuersignal der Recheneinheit bestromt wird, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker in Richtung des Schließelements bewegt. Dabei kann der Magnetanker zur Anlage mit dem Ventilelement kommen, so dass dieses entgegen einer Federkraft der Ventilfeder vom Ventilsitz abheben kann und der Strömungsquerschnitt geöffnet wird. Um den Kraftstoffinjektor vollständig zu öffnen, kann der Magnetanker bis zu einem Hubanschlag bewegt werden. Die Bestromung der Magnetspule kann mit einem bestimmten Stromverlauf erfolgen, der von der Recheneinheit gesteuert werden kann. Die Recheneinheit kann beispielsweise einen Soll-Ansteuerbeginn, bei dem die Bestromung der Magnetspule startet, eine Soll-Ansteuerdauer, währen