DE102011075108A1 - A method of determining a control amount of an injector - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen einer Steuermenge eines Injektors (10) vorgestellt. Das Verfahren kommt insbesondere bei einem Injektor (10) in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz. Dabei wird der Injektor (10) über einen Zeitraum angesteuert, der ausreichend kurz ist, so dass noch keine Einspritzung (38) von Kraftstoff in einen Brennraum (40) erfolgt, und dass ein Systemverhalten folgt, das einen Abfall eines Drucks durch ein Rückfließen der Steuermenge bewirkt, wobei über auf Grundlage des Abfalls des Drucks die Steuermenge bestimmt wird.A method and an arrangement for determining a control quantity of an injector (10) are presented. The method is used in particular in an injector (10) in an internal combustion engine of a motor vehicle. The injector (10) is actuated over a period of time that is short enough so that fuel (38) is not yet injected into a combustion chamber (40) and that system behavior follows that causes a drop in pressure due to a backflow of the fuel Tax amount causes, the tax amount is determined on the basis of the drop in pressure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Steuermenge eines Injektors bei einer Common-Rail-Einspritzung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren kommt insbesondere bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz.The invention relates to a method for determining a control quantity of an injector in a common-rail injection and to an arrangement for carrying out the method. The method is used in particular in an internal combustion engine of a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Bei einer Common-Rail-Einspritzung in einem Verbrennungsmotor, die auch als Speichereinspritzung bezeichnet wird, wird mit einer Hochdruckpumpe Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau gebracht. Dieser unter Druck stehende Kraftstoff wird in eine Kraftstoff-Sammelleitung (Common-Rail) gefördert, an die wiederum mindestens ein Einspritzventil bzw. ein Injektor angeschlossen ist. Dieser Injektor spritzt den Kraftstoff direkt in den Brennraum des Verbrennungsmotors, bspw. den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.In a common-rail injection in an internal combustion engine, which is also referred to as accumulator injection, fuel is brought to a high pressure level with a high-pressure pump. This pressurized fuel is conveyed into a fuel rail (common rail), to which in turn at least one injection valve or an injector is connected. This injector injects the fuel directly into the combustion chamber of the internal combustion engine, for example the internal combustion engine of a motor vehicle.
Aus der Druckschrift
Bei Diesel-Common-Rail-Systemen liegt das komprimierbare Volumen des Kraftstoffs in der Größenordnung der Kraftstoffmenge einer Einzeleinspritzung. Daher muss die Hochdruckpumpe kontinuierlich für die Aufrechterhaltung des Drucks sorgen.In diesel common rail systems, the compressible volume of the fuel is on the order of the amount of fuel of a single injection. Therefore, the high-pressure pump must continuously provide for the maintenance of the pressure.
Die derzeit eingesetzten Injektoren von Diesel-Common-Rail-Systemen werden zumeist indirekt über ein sogenanntes Servoventil geschaltet. Hierbei wird bei elektrischer Ansteuerung das Servoventil betätigt, das somit den im Steuerraum anliegenden Kraftstoffdruck absenkt, indem es Kraftstoff, die sogenannte Steuermenge, durch definierte Drosseln in den Injektorrücklauf abführt. Durch die so gebildete Druckdifferenz zwischen gefördertem Hochdruck und abgesenktem Druck durch Ansteuerung des Servoventils in der Injektor-Hydraulik öffnet die Injektordüse und Kraftstoff, nämlich die Einspritzmenge, wird in den Brennraum eingespritzt. Damit der hydraulische Druck im Rail bzw. Druckspeicher durch die Einspritzungen im zeitlichen Mittel nicht abfällt, muss Kraftstoff in das Rail nachgefördert werden. Diese Nachförderung geschieht über den Raildruckregler, der mittels des Raildrucksensors den vorliegenden Raildruck misst und über eine Zumesseinrichtung die Kraftstoffförderung in das Rail regelt oder über eine Regeleinheit, die das Abfließen einer Kraftstoffmenge aus dem Rail regelt.The currently used injectors of diesel common rail systems are usually switched indirectly via a so-called servo valve. In this case, the servo valve is actuated during electrical actuation, which thus lowers the fuel pressure applied in the control chamber by discharging fuel, the so-called control quantity, through defined throttles into the injector return. By thus formed pressure difference between promoted high pressure and lowered pressure by driving the servo valve in the injector hydraulic opens the injector and fuel, namely the injection quantity is injected into the combustion chamber. So that the hydraulic pressure in the rail or accumulator does not drop by the injections in the time average, fuel must be nachgefördert in the rail. This additional funding is done via the rail pressure regulator, which measures the present rail pressure by means of the rail pressure sensor and regulates the fuel delivery in the rail via a metering device or via a control unit that regulates the outflow of fuel from the rail.
Über die Stellung der Zumesseinrichtung bzw. Raildruckreglerapplikation ist die in das Rail zugeführte Gesamtmenge bekannt. Analog kann zum Messverfahren auch die Stellung des Druckregelventils oder eine vergleichbare Regeleinheit am Rail verwendet werden. Die in das Rail nachgeförderte Menge entspricht bei konstantem Raildruck somit der Summe aus Einspritzmenge, Injektorleckage und Steuermenge. Eine differenzierte Messung dieser Mengengrößen ist im Fahrbetrieb derzeit nur bedingt möglich.About the position of the metering device or rail pressure regulator application in the rail supplied total amount is known. Analogously, the position of the pressure regulating valve or a comparable control unit on the rail can also be used for the measuring method. The amount delivered to the rail at constant rail pressure thus corresponds to the sum of injection quantity, injector leakage and control quantity. A differentiated measurement of these quantities is currently only possible to a limited extent when driving.
Die Durchschrift
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzustellen, mit dem die Ansteuerung von insbesondere servounterstützten Injektoren dahingehend unterstützt werden kann, so dass die auftretende Steruermenge getrennt von anderen Einflüssen bzw. Mengen injektorindividuell gemessen werden kann. Weiterhin soll indentifiziert werden, ab welcher Ansteuerdauer der Injektor lediglich eine Steuermenge und/oder tatsächliche Einspritzungen von Kraftstoff in den Brennraum abgibt.The object of the invention is to provide a method by means of which the activation of, in particular, servo-assisted injectors can be supported to such an extent that the amount of steric occurring can be measured separately from other influences or quantities in an injector-specific manner. Furthermore, it should be identified from which activation period the injector emits only a control quantity and / or actual injections of fuel into the combustion chamber.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method according to claim 1 and an arrangement with the features of
Das vorliegende Verfahren basiert somit auf dem Abfall des Drucks, wobei der Druck in dem Rail oder in dem Injektor gemessen werden kann. Dieser Druckabfall zeigt sich bspw. im Raildrucksignal. Dabei wird der Injektor über einen Zeitraum angesteuert, der ausreichend kurz ist, so dass noch keine Einspritzung von Kraftstoff in einem Brennraum erfolgt, und dass ein Systemverhalten folgt, das ein Rückfließen der Steuermenge bewirkt.The present method is thus based on the drop in pressure, whereby the pressure in the rail or in the injector can be measured. This pressure drop is shown, for example, in the rail pressure signal. In this case, the injector is driven over a period of time that is sufficiently short that injection of fuel in a combustion chamber is not yet carried out, and that system behavior follows that causes the control quantity to flow back.
In einer Ausgestaltung wird durch eine Druckmessung in der Kraftstoffzuleitung oder im Rail der durch den Einspritzvorgang, nämlich Einspritzmenge und Steuermenge, hervorgerufene Druckeinbruch in der Zuleitung und/oder dem Injektor bzw. dem Rail detektiert. Dieser ist bspw. im Raildrucksignal zu erkennen. Bei der Vermessung des Raildruckeinbruchs wird nunmehr eine Differenzierung in tatsächliche Steuermenge und Einspritzmenge vorgenommen. Diese Trennung ist möglich, wenn der Injektor nur so kurz elektrisch angesteuert wird, dass das Servoventil kurz öffnet, es aber zu keiner Kraftstoffeinspritzung des Injektors kommt. Der detektierbare Druckeinbruch im Rail oder im Injektor selbst oder in der Zuleitung kann somit direkt auf die Steuermenge bezogen werden. Eine direkte Auflösung nach Zylinder oder auch nach einzelnem Einspritzereignis ist möglich. In one embodiment, the pressure drop in the supply line and / or the injector or the rail caused by the injection process, namely the injection quantity and the control quantity, is detected by a pressure measurement in the fuel supply line or in the rail. This can be recognized, for example, in the rail pressure signal. When measuring the Raildruckeinbruchs now a differentiation is made in actual control amount and injection quantity. This separation is possible if the injector is only electrically energized so short that the servo valve opens briefly, but there is no fuel injection of the injector. The detectable pressure drop in the rail or in the injector itself or in the supply line can thus be directly related to the control quantity. A direct resolution to cylinder or even after a single injection event is possible.
In alternativer Ausgestaltung wird bestimmt, welche Kraftstoffmenge erforderlich ist, um einen durch die Steuermenge bewirkten Druckabfall im zeitlichen Mittel auszugleichen. Auf diese Weise wird die Steuermenge bestimmt. Hierbei ist von Vorteil, dass bekannt ist, welche Menge nachgefördert werden muss, um den Druckabfall im zeitlichen Mittel auszugleichen.In an alternative embodiment, it is determined what amount of fuel is required to compensate for a pressure drop caused by the control amount in the time average. In this way, the tax amount is determined. It is advantageous that it is known what quantity must be nachgefördert to compensate for the pressure drop in the time average.
Wird der Druck am Rail gemessen, so wird bestimmt, wie ein vorhandener Raildruckregler bzw. ein Druckregelventil am Rail reagieren muss, um den Raildruck im zeitlichen Mittel konstant zu halten. Der Raildruck liegt bspw. bei einem Pkw im Bereich von 2.000 bar. Bei einem Lkw liegt dieser Wert üblicherweise höher.If the pressure on the rail is measured, it is determined how an existing rail pressure regulator or a pressure regulating valve must react on the rail in order to keep the rail pressure constant over the time average. The rail pressure is, for example, in a car in the range of 2,000 bar. For a truck this value is usually higher.
Es wird somit ein Verfahren vorgestellt, mit dem, zumindest in einigen der Ausführungen, die Steuermenge injektorindividuell, getrennt von anderen Einflüssen, gemessen werden kann. Hierzu kann ein Druckmessser in der Injektorzuleitung oder im Injektor selbst oder im Rail verwendet werden. Bei dem Verfahren wird der zu vermessende Injektor nur sehr kurz angesteuert, so dass das Servoventil öffnet und eine Steuermenge vorliegt, aber die Injektordüse noch nicht öffnet und der Injektor keine Einspritzmenge freigibt. Das Abfließen der Steuermenge führt zu einem Druckeinbruch in der Injektorzuleitung oder im Injektor bzw. dem Rail, der über den vorhandenen Drucksensor erfasst werden kann. Über ein entsprechendes Berechnungsverfahren kann anschließend die abgeflossene Steuermenge ermittelt werden.Thus, a method is presented with which, at least in some of the embodiments, the control amount injector-individual, separate from other influences, can be measured. For this purpose, a pressure gauge can be used in the injector supply line or in the injector itself or in the rail. In the method, the injector to be measured is actuated only very briefly, so that the servo valve opens and there is a control amount, but the injector nozzle does not yet open and the injector does not release an injection quantity. The outflow of the control quantity leads to a pressure drop in the injector supply line or in the injector or the rail, which can be detected via the existing pressure sensor. By means of a corresponding calculation method, the elapsed control quantity can then be determined.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die bekannte Raildruckreglerstruktur verwendet. Für das Verfahren wird bspw. ein zu vermessender Injektor nur sehr kurz angesteuert, so dass das Servoventils öffnet und eine Steuermenge vorliegt, aber der Injektor noch keine Einspritzmenge frei gibt. Hierzu wird der Injektor nur kurz, bspw. etwa 120 ☐s, angesteuert. Dieser Wert variiert in Abhängigkeit der Injektorauslegung. Das Abfließen der Steuermenge führt zu einem Druckeinbruch in der Injektorzuleitung/Injektor selbst und dem Rail, welcher über den Raildruckregler erfasst und im zeitlichen Mittel ausgeregelt werden kann. Über ein entsprechendes Berechnungsverfahren der Raildruckstellergrößen kann anschließend die abgeflossene Steuermenge berechnet werden.In one embodiment of the method, the known rail pressure regulator structure is used. For example, an injector to be measured is actuated only very briefly for the method, so that the servo valve opens and a control quantity is present, but the injector still does not release an injection quantity. For this purpose, the injector is only briefly, for example. About 120 ☐s, driven. This value varies depending on the injector design. The outflow of the control amount leads to a pressure drop in the injector supply / injector itself and the rail, which can be detected by the rail pressure regulator and compensated in the time average. Using a corresponding calculation method of the Raildruckstellergrößen then the flowed control amount can be calculated.
Die Kenntnis der injektorindividuellen Steuermenge kann genutzt werden, um die Fertigungsstreuung zwischen einzelnen Injektoren relativ zu vermessen und zu korrigieren sowie Informationen zum Zustand, wie bspw. die Alterungen usw., der einzelnen Injektoren im Rahmen eines Überwachungsverfahrens zu gewinnen. Dieses Überwachungsverfahren kann in regelmäßigen Abständen im Betrieb des Fahrzeugs oder auch bei einem Werkstattaufenthalt durchgeführt werden.The knowledge of the injector-individual control quantity can be used to relatively measure and correct the production spread between individual injectors and to obtain information on the state, such as, for example, the aging, etc., of the individual injectors in the context of a monitoring method. This monitoring procedure can be carried out at regular intervals during operation of the vehicle or during a workshop visit.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der Erhöhung von Funktionsgenauigkeiten, wie z. B. für eine Mengenausgleichsregelung bei Common-Rail-Systemen anhand des Raildruckeinbruchs während der Einspritzung, bei dem nur die Gesamtmenge aus Steuermenge und Einspritzmenge der einzelnen Injektoren gleichgestellt werden kann.Another advantage of the method lies in the increase of functional accuracies, such. As for a flow compensation control in common-rail systems based on the rail pressure drop during injection, in which only the total amount of control amount and injection quantity of the individual injectors can be equated.
Mit der Kenntnis der Steuermenge kann das genannte Verfahren noch exaktere Korrekturen, insbesondere für die Einspritzmengenberechnung, vornehmen.With the knowledge of the control quantity, said method can make even more exact corrections, in particular for the injection quantity calculation.
Eine weitere Ausgestaltung, bei der von der Kenntnis der Steuermenge profitiert werden kann, ist die Raildruckabbauregelung über sogenannte Blank-Shots. Beim Blank-Shot-Verfahren wird ebenso der Injektor nur so kurz angesteuert, dass nur eine Steuermenge aber keine Einspritzmenge vorliegt. Dies wird dazu genutzt, den Raildruck bei Lastwechselvorgängen des Motors, z. B. in den Schub, abzubauen. Die Geschwindigkeit dieses Raildruckabbaus hängt dabei von der Größe der einzelnen Steuermengen ab. Sofern die Steuermenge bekannt bzw. ausgemessen ist, kann diese Raildruckabbaufunktion exakter vorgesteuert werden. Zudem muss beim Blank-Shot-Verfahren darauf geachtet werden, dass nur eine Steuermenge und keine Einspritzmenge vorhanden ist, d. h. dass keine Einspritzung erfolgt, was ebenfalls mit dem dargestellten Verfahren überwacht werden kann.A further embodiment in which it is possible to profit from the knowledge of the control quantity is the rail pressure reduction control via so-called blank shots. In the blank shot method, the injector is also driven so short that there is only one control quantity but no injection quantity. This is used to reduce the rail pressure during load changes of the engine, eg. B. in the thrust, reduce. The speed of this reduction in rail pressure depends on the size of the individual control quantities. If the control quantity is known or measured, this Raildruckabbaufunktion can be pre-controlled more accurately. In addition, in the blank-shot process, care must be taken to ensure that only one control quantity and no injection quantity is available, ie. H. that no injection takes place, which can also be monitored with the illustrated method.
In Abhängigkeit des Injektorprinzips kann durch das hierin beschriebene Verfahren auch detektiert werden, ab welcher anliegenden Ansteuerdauer des Injektors neben der Steuermenge auch tatsächlich Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Diese Ansteuerdauer, bei der der Injektor abhängig vom Raildruck tatsächlich öffnet und einspritzt, ist eine wichtige Kenngröße über den Alterungszustands des Injektors bzw. der Düse und kann zur Korrektur des Injektorkennfelds, nämlich die Abhängigkeit der Einspritzmenge von der Ansteuerdauer, genutzt werden. Zudem kann die ermittelte maximale Ansteuerdauer, bei der noch keine Einspritzmenge vorliegt, für das Blank-Shot-Verfahren genutzt werden, um geregelt den maximalen Raildruckabbau zu ermöglichen.Depending on the injector principle, it can also be detected by the method described here, starting from which adjacent actuation duration of the injector, in addition to the control amount, fuel is actually injected into the combustion chamber. This driving time, in which the injector actually opens and injects depending on the rail pressure, is an important parameter on the aging state of the injector or the nozzle and can be used to correct the injector map, namely the dependence of the injection amount of the driving time. In addition, the determined maximum actuation duration, at which no injection quantity is present, can be used for the blank-shot method, in order to enable the maximum reduction in rail pressure in a regulated manner.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiligenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
In
Der Injektor
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es nunmehr, eine Differenzierung von Einspritzmenge und Steuermenge vorzunehmen.The presented method now makes it possible to differentiate injection quantity and control quantity.
Für die Messung der Steuermenge wird dabei typischerweise ein geeigneter Betriebszustand des Injektors
Der durch die Steuermenge hervorgerufene Druckabfall in der Injektorzuleitung
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird der durch die Steuermenge hervorgerufene Druckabfall in der Injektorzuleitung
Über einen Ausgang
Das beschriebene Messverfahren kann injektorindividuell und bei verschiedenen, vorher definierten Raildrücken durchgeführt werden. Die Steuermenge ist u. a. eine Funktion des Raildrucks.The measuring method described can be carried out injector-individually and at different, previously defined rail pressures. The tax amount is u. a. a function of rail pressure.
Die so ermittelten injektorindividuellen Steuermengen können in einem Steuergerät in einem Kennfeld abgespeichert. Die vorstehend beschriebenen Funktionalitäten können anschließend auf diese Lernwerte zurückgreifen. The thus determined injector-individual control quantities can be stored in a control unit in a map. The functionalities described above can then refer to these learning values.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann die Testansteuerdauer des Injektors
Das beschriebene Verfahren kann mit einer Software durchgeführt werden. Es zeichnet sich dadurch aus, dass bspw. der Injektor
Das vorgestellte Verfahren wird insbesondere bei servounterstützten Injektoren verwendet, bei denen mindestens ein Drucksensor im Rail oder Injektor oder in einer Injektorzuleitung sowie eine Raildruckregeleinheit vorhanden ist.The presented method is used in particular in servo-assisted injectors in which at least one pressure sensor in the rail or injector or in an injector supply line and a rail pressure regulating unit is present.
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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