DE102012109655B4 - Method for determining a fuel injection rate - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsrate (q) eines Kraftstoffinjektionsventils (100), wobei das Kraftstoffinjektionsventil (100) einen Grundkörper (109) mit einem Einlassbereich (106), an dem Hochdruckkraftstoff zugeführt wird, einem Auslassbereich (108), an dem Kraftstoff aus einer oder mehreren Injektionsöffnungen (119) injiziert werden kann, und einer Kraftstoffpassage (110,110'), die Kraftstoff zwischen dem Einlassbereich (106) und dem Auslassbereich (108) führt, aufweist, und wobei das Kraftstoffinjektionsventil (100) ein Sitzventil (114,114a,114b) aufweist, das eine Verbindung zwischen der Kraftstoffpassage (110) und einer Vorkammer (120) öffnet und schließt, wobei die Vorkammer (120) in dem Grundkörper (109) in Flussrichtung vor der einen oder den mehreren Injektionsöffnungen (119) angeordnet ist, und wobei ein Druck (Pin) im Einlassbereich (106) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) mittels eines Rechenmodells für den Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffinjektionsventil (100) basierend auf dem erfassten Druck (Pin) im Einlassbereich (106) berechnet wird und die Injektionsrate (q) aus dem Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) berechnet wird.

Figure DE102012109655B4_0000
A method of determining an injection rate (q) of a fuel injection valve (100), the fuel injection valve (100) having a body (109) with an inlet region (106) to which high pressure fuel is supplied, an outlet region (108) to which fuel from one or more of a plurality of injection ports (119) and a fuel passage (110, 110 ') leading fuel between the inlet region (106) and the outlet region (108), and wherein the fuel injection valve (100) is a poppet valve (114, 114a, 114b) which opens and closes a connection between the fuel passage (110) and an antechamber (120), wherein the pre-chamber (120) is arranged in the base body (109) in the flow direction in front of the one or more injection ports (119), and wherein a pressure (Pin) in the inlet region (106) is detected, characterized in that a pressure (Ppc) in the pre-chamber (120) by means of a calculation model for the Tr fuel is calculated by the fuel injection valve (100) based on the detected pressure (Pin) in the inlet region (106) and the injection rate (q) is calculated from the pressure (Ppc) in the prechamber (120).
Figure DE102012109655B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsrate eines Kraftstoffinjektionsventils sowie ein Verfahren zur Erfassung und/oder Regelung der Injektionsmenge eines Kraftstoffinjektionsventils. Es ist bekannt, Injektionssysteme von Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffinjektoren (=Kraftstoffinjektionsventil) zum Einspritzen von Hochdruckkraftstoff auszubilden. Die Kraftstoffinjektoren werden üblicherweise mit Hochdruckkraftstoff, der in einem Hochdruck-Akkumulator gespeichert wird, versorgt und weisen eine aktuierbare Ventileinheit zur Auslösung einer Kraftstoffinjektion auf. Es wird angestrebt, die eingespritzte Kraftstoffmenge pro Injektion aus dem Kraftstoffinjektionsventil möglichst genau vorgeben zu können, um eine gezielte Beeinflussung von Verbrennungsabläufen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors zu erreichen.The invention relates to a method for determining an injection rate of a fuel injection valve and a method for detecting and / or regulating the injection quantity of a fuel injection valve. It is known to design injection systems for internal combustion engines with fuel injectors (= fuel injection valve) for injecting high-pressure fuel. The fuel injectors are usually supplied with high-pressure fuel, which is stored in a high-pressure accumulator, and have an actuatable valve unit for triggering a fuel injection. The aim is to be able to specify the amount of fuel injected per injection from the fuel injection valve as precisely as possible in order to influence combustion processes in a cylinder of the internal combustion engine in a targeted manner.

Aus der US 2008 / 0 228 374 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsmenge aus einem Einlass-Druck bekannt. Der Einlass-Druck wird über einen Drucksensor erfasst, der an einem Einlass des Kraftstoffinjektionsventils angeordnet ist. In dem genannten Verfahren wird versucht, eine Zeitverzögerung zwischen der Aktuierung eines Kraftstoffinjektors und der Ausführung einer tatsächlichen Einspritzung mittels eines Lernverfahrens zu ermitteln. Auf diese Weise soll ein genaueres Injektions-Timing zur Steuerung des Öffnens und des Schließens des Kraftstoffinjektors erreicht werden.A method for determining an injection quantity from an inlet pressure is known from US 2008/0 228 374 A1. The inlet pressure is detected via a pressure sensor, which is arranged at an inlet of the fuel injection valve. In the method mentioned, an attempt is made to determine a time delay between the actuation of a fuel injector and the execution of an actual injection by means of a learning method. In this way, a more precise injection timing for controlling the opening and closing of the fuel injector is to be achieved.

Es ist ferner bekannt, eine Injektionsmenge eines Kraftstoffinjektionsventils durch vereinfachte Annäherungsrechnungen aus dem Verlauf eines Einlass-Drucks an dem Kraftstoffinjektionsventil zu ermitteln. Hierbei werden in einem erfassten Verlauf des Einlass-Drucks charakteristische Punkte für Druckänderungen erkannt und dann der Druckverlauf durch einen Dreieckförmigen Verlauf oder Trapez-förmigen Verlauf ersetzt. Es werden sodann Regelungsstrategien ausgeführt, um eine Injektionsmenge des Kraftstoffinjektionsventils basierend auf den Ersatz-Verläufen einzustellen.It is also known to determine an injection quantity of a fuel injection valve by simplified approach calculations from the course of an inlet pressure at the fuel injection valve. Here, characteristic points for pressure changes are detected in a detected course of the inlet pressure and then the pressure curve is replaced by a triangular course or trapezoidal course. Then, control strategies are executed to set an injection amount of the fuel injection valve based on the replacement history.

Aus der DE 10 2011 007 393 B3 ist ein Verfahren zur Detektion eines Düsenraumdrucks in einem Injektor bekannt. In EP 2 189 649 B1 ist ein Kraftstoffeinspritzsteuergerät für einen Verbrennungsmotor offenbart.From the DE 10 2011 007 393 B3 For example, a method for detecting a nozzle space pressure in an injector is known. In EP 2 189 649 B1 a fuel injection control apparatus for an internal combustion engine is disclosed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsrate eines Kraftstoffinjektionsventils und ein verbessertes Verfahren zur Erfassung und/oder Regelung einer Injektionsmenge eines Kraftstoffinjektionsventils aufzuzeigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den eigenständigen Ansprüchen.It is an object of the present invention to provide an improved method for determining an injection rate of a fuel injection valve and an improved method for detecting and / or regulating an injection quantity of a fuel injection valve. The invention solves this problem with the features in the independent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsrate eines Kraftstoffinjektionsventils vorgesehen. Das Kraftstoffinjektionsventil weist einen Grundkörper mit einem Einlassbereich, einem Auslassbereich und einer Kraftstoffpassage auf. An dem Einlassbereich wird Hochdruckkraftstoff beispielsweise über eine Versorgungsleitung von einem Hochdruck-Akkumulator (Common-Rail) zugeführt. An dem Auslassbereich sind Injektionsöffnungen angeordnet, aus denen Kraftstoff beispielsweise in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors injiziert wird. Der Auslassbereich ist bevorzugt als Düsenbereich ausgebildet, sodass der Kraftstoff als aufgeweiteter Strahl (fuel spray) injiziert wird. Durch die Kraftstoffpassage wird Kraftstoff zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich geführt.According to the invention, a method is provided for determining an injection rate of a fuel injection valve. The fuel injection valve has a main body having an inlet portion, an outlet portion, and a fuel passage. At the inlet region, high-pressure fuel is supplied, for example, via a supply line from a high-pressure accumulator (common rail). At the outlet region injection openings are arranged, from which fuel is injected, for example, in the combustion chamber of an internal combustion engine. The outlet region is preferably designed as a nozzle region, so that the fuel is injected as a fuel spray. Through the fuel passage, fuel is guided between the inlet area and the outlet area.

Das Kraftstoffinjektionsventil weist ein Sitzventil (bevorzugt ein Nadelventil) auf, das eine Verbindung zwischen der Kraftstoffpassage und einer Vorkammer öffnet und schließt. Die Vorkammer ist in dem Auslass- oder Düsenbereich des Kraftstoffinjektionsventils und insbesondere in Flussrichtung vor den Injektionsöffnungen angeordnet. Wenn das Sitzventil geschlossen ist, ist eine Verbindung zwischen der Vorkammer und der Kraftstoffpassage geschlossen. Daher liegt in der Vorkammer im Wesentlichen derselbe Druck vor, wie außerhalb des Düsenbereichs, also insbesondere wie in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Dieser Druck ist während einer Einspritzung deutlich geringer als der Druck, mit dem der Hochdruck-Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor gespeist wird. Wenn das Sitzventil geöffnet wird, fließt Kraftstoff aus der Kraftstoffpassage um den Ventilkörper des Sitzventils herum in die Vorkammer. Der Kraftstoff strömt dabei bevorzugt durch einen ringförmigen Spalt zwischen der inneren Oberfläche des Grundkörpers (Ventilsitzbereich) und der äußeren Oberfläche des Ventilkörpers. Durch das Eindringen von Kraftstoff steigt der Druck in der Vorkammer schnell an. Der Kraftstoff wird durch die Injektionsöffnungen aus der Vorkammer in einen Bereich außerhalb des Düsenbereichs injiziert, also insbesondere in die Brennkammer.The fuel injection valve has a poppet valve (preferably a needle valve) that opens and closes communication between the fuel passage and an antechamber. The pre-chamber is arranged in the outlet or nozzle region of the fuel injection valve and in particular in the flow direction in front of the injection openings. When the poppet valve is closed, communication between the pre-chamber and the fuel passage is closed. Therefore, essentially the same pressure is present in the pre-chamber as outside the nozzle region, that is to say in particular as in the combustion chamber of an internal combustion engine. This pressure is significantly lower during an injection than the pressure at which the high pressure fuel is fed to the fuel injector. When the poppet valve is opened, fuel flows from the fuel passage around the valve body of the poppet valve into the prechamber. The fuel preferably flows through an annular gap between the inner surface of the main body (valve seat portion) and the outer surface of the valve body. Due to the penetration of fuel, the pressure in the antechamber increases rapidly. The fuel is injected through the injection openings from the antechamber into an area outside the nozzle area, ie in particular into the combustion chamber.

Der Druck im Einlassbereich des Kraftstoffinjektionsventils wird erfasst. Hierzu ist bevorzugt ein Drucksensor im Einlassbereich des Kraftstoffinjektionsventils vorgesehen, also im bzw. am Einlass des Kraftstoffinjektionsventils oder im Bereich einer Zuführleitung für das Kraftstoffinjektionsventil in der Nähe des Einlasses.The pressure in the inlet area of the fuel injection valve is detected. For this purpose, a pressure sensor is preferably provided in the inlet region of the fuel injection valve, ie in or at the inlet of the fuel injection valve or in the region of a feed line for the fuel injection valve in the vicinity of the inlet.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Druck in der Vorkammer des Kraftstoffinjektionsventils mittels eines Rechenmodells für den Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffinjektionsventil basierend auf dem erfassten Druck im Einlassbereich berechnet wird. Das Rechenmodell kann insbesondere ein Simulationsmodell sein. Es kann ein System von miteinander gekoppelten Differentialgleichungen umfassen oder bevorzugt in einer vereinfachten Form vorliegen und ein System von linearen Gleichungen oder Polynomgleichungen beinhalten. Insbesondere können in der Mathematik bekannte Verfahren zur Vereinfachung eines Systems von Differentialgleichungen angewandt sein, um den Rechenaufwand, der während eines Rechenintervalls auszuführen ist, zu minimieren. Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Injektionsrate des Kraftstoffinjektionsventils aus dem Druck in der Vorkammer berechnet wird. Zwischen der Injektionsrate und dem Druck in der Vorkammer besteht ein direkter und physikalisch berechenbarer Zusammenhang. According to the invention, it is proposed that a pressure in the pre-chamber of the fuel injection valve is calculated by means of a calculation model for the transport of fuel through the fuel injection valve based on the detected pressure in the inlet region. In particular, the calculation model can be a simulation model. It may comprise a system of differential equations coupled together, or preferably in a simplified form, involving a system of linear equations or polynomial equations. In particular, methods known in mathematics may be used to simplify a system of differential equations in order to minimize the computational effort to be performed during a computing interval. It is also proposed that the injection rate of the fuel injection valve be calculated from the pressure in the prechamber. There is a direct and physically calculable relationship between the injection rate and the pressure in the antechamber.

Durch die Berechnung des Drucks in der Vorkammer kann die Injektionsrate zu jedem Zeitpunkt besonders genau ermittelt werden. Dies kann insbesondere durch Anwendung des Bernoulli-Gesetzes für die Strömung von Kraftstoff durch die Injektionsöffnungen erfolgen. Der Verlauf des Drucks in der Vorkammer kann dabei beliebige Formen haben, insbesondere neben einer Dreiecksform oder Trapezform auch eine Treppenform oder gerundete Form. Es ist daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine Ermittlung der Injektionsrate für beliebige Ansteuerungsformen des Kraftstoffinjektionsventils auszuführen, insbesondere auch für eine Aktuierung mit einstellbarer Hubhöhe des Ventilkörpers, d.h. mit einer direkten Steuerung der Ventilbewegung, insbesondere des momentanen Ventilhubs.By calculating the pressure in the antechamber, the injection rate can be determined very accurately at any time. This can be done in particular by applying the Bernoulli law for the flow of fuel through the injection ports. The course of the pressure in the antechamber can have any shape, in particular, in addition to a triangular shape or trapezoidal shape, a staircase or rounded shape. It is therefore possible with the method according to the invention to carry out a determination of the injection rate for any desired drive forms of the fuel injection valve, in particular also for an actuation with an adjustable lift height of the valve body, i. with a direct control of the valve movement, in particular the instantaneous valve lift.

Das Verfahren zur Bestimmung der Injektionsrate eines Kraftstoffinjektionsventils umfasst bevorzugt zumindest die folgenden Schritte:

  • • Erfassung eines Drucks im Einlassbereich des Kraftstoffinjektionsventils;
  • • Ermittlung eines Ventilhubs des Ventilkörpers;
  • • Berechnung des Drucks im Vorraum des Kraftstoffinjektionsventils mittels eines Rechenmodells, insbesondere eines Simulationsmodells;
  • • Berechnung der Injektionsrate von Kraftstoff, der aus den Injektionsöffnungen injiziert wird, basierend auf dem ermittelten Druck im Vorraum, einem Druck im Außenbereich des Auslasses, insbesondere in der Brennkammer, und der Geometrie der Injektionsöffnungen.
The method for determining the injection rate of a fuel injection valve preferably comprises at least the following steps:
  • • detecting a pressure in the inlet region of the fuel injection valve;
  • • determination of a valve lift of the valve body;
  • • calculation of the pressure in the antechamber of the fuel injection valve by means of a computer model, in particular a simulation model;
  • • Calculation of the injection rate of fuel injected from the injection ports, based on the detected pressure in the antechamber, a pressure in the outer region of the outlet, in particular in the combustion chamber, and the geometry of the injection ports.

Die Injektionsrate kann als Massenstrom und/oder als Volumenstrom definiert sein. Zwischen einem Massenstrom und einem Volumenstrom kann jederzeit über die momentane Dichte des Kraftstoffs umgerechnet werden. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Injektionsrate als Massenstrom des Kraftstoffs definiert ist, der durch die Injektionsöffnungen aus der Vorkammer in den Außenbereich, also insbesondere in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors, fließt. Es gilt somit die folgende Gleichung: q = ρ u B = ρ u c A A q

Figure DE102012109655B4_0001
The injection rate can be defined as a mass flow and / or as a volume flow. Between a mass flow and a volume flow can be converted at any time via the instantaneous density of the fuel. In the following, it is assumed that the injection rate is defined as the mass flow of the fuel flowing through the injection openings from the antechamber into the outer area, that is, in particular into the combustion chamber of an internal combustion engine. The following equation applies: q = ρ u B = ρ u c A A q
Figure DE102012109655B4_0001

Hierin bezeichnet q die Injektionsrate als Massenstrom und (p) die Dichte des Kraftstoffs. Die Dichte kann bevorzugt als Funktion (f(T,P)) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) und dem Druck (P) des Kraftstoffs berechnet sein. Die Temperatur kann beliebig ermittelt sein, beispielsweise durch direkte Messung im Kraftstofffluss durch den Kraftstoffinjektor und/oder durch Berechnung aus Wärmetransportbeziehungen zwischen dem Kraftstoff und dem Kraftstoffinjektor. Temperatur, Druck und Dichte können für verschiedene Abschnitte innerhalb des Kraftstoffinjektors unterschiedliche Werte haben. Alternativ kann eine konstante Dichte angenommen werden. Der Geometriefaktor (B) bestimmt sich aus der Geometrie (Form) der einen oder der mehreren Injektionsöffnungen, insbesondere deren effektiven Durchgangsquerschnitt. Er kann bevorzugt aus dem Produkt Querschnittsfläche (Aq) der Spritzlöcher und einem Formfaktor (cA) berechnet sein. Alternativ kann eine andere Berechnung des Geometriefaktors (B) gemäß den Methoden der Strömungslehre erfolgen. Die Fließgeschwindigkeit des Kraftstoffs durch die Spritzlöcher, d.h. insbesondere die mittlere Fließgeschwindigkeit (u), berechnet sich bevorzugt nach der folgenden Gleichung: u = c v 2 Δ P ρ

Figure DE102012109655B4_0002
Here q denotes the injection rate in terms of mass flow and (p) the density of the fuel. The density may preferably be calculated as a function (f (T, P)) as a function of the temperature (T) and the pressure (P) of the fuel. The temperature may be arbitrarily determined, for example by direct measurement in the fuel flow through the fuel injector and / or by calculation of heat transfer relationships between the fuel and the fuel injector. Temperature, pressure and density may be different for different sections within the fuel injector. Alternatively, a constant density can be assumed. The geometry factor (B) is determined by the geometry (shape) of the one or more injection openings, in particular their effective passage cross-section. It may preferably be calculated from the product cross-sectional area (A q ) of the injection holes and a shape factor (c A ). Alternatively, another calculation of the geometry factor (B) can be carried out according to the methods of fluid mechanics. The flow rate of the fuel through the injection holes, ie in particular the mean flow velocity (u), is preferably calculated according to the following equation: u = c v 2 Δ P ρ
Figure DE102012109655B4_0002

Darin ist die Druckdifferenz (ΔP) definiert als die Differenz zwischen dem Druck in der Vorkammer und dem Druck im Außenbereich des Auslasses, also insbesondere dem Druck in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Der Druck im Außenbereich kann auf beliebige Weise ermittelt sein. Er kann beispielsweise durch einen Sensor erfasst, durch ein Modell für den Verbrennungsablauf in der Brennkammer berechnet oder aus einem vorbekannten Kennfeld für den Druck bei verschiedenen Arbeitspunkten eines Verbrennungsmotors ausgelesen sein. Alternativ kann er von einem anderen Steuergerät, insbesondere einer Motorsteuerung, bezogen werden. Der Strömungskontraktionskoeffizient (cv) kann nach den bekannten Methoden der Strömungslehre bestimmt sein.Therein, the pressure difference (ΔP) is defined as the difference between the pressure in the pre-chamber and the pressure in the outer region of the outlet, ie in particular the pressure in the combustion chamber of a Combustion engine. The pressure in the outdoor area can be determined in any way. It can be detected, for example, by a sensor, calculated by a model for the combustion process in the combustion chamber, or read out from a previously known characteristic map for the pressure at various operating points of an internal combustion engine. Alternatively, it can be obtained from another control device, in particular a motor control. The flow contraction coefficient (c v ) can be determined by the known methods of fluid mechanics.

Eine Berechnung der Injektionsrate (q) kann auch gemäß der folgenden Gleichung erfolgen, die eine andere Schreibweise der obigen Gleichungen darstellt. Darin ist der Durchflussbeiwert (cd) ein Anpassungskoeffizient, der den Formfaktor (cA) und den Strömungskontraktionskoeffizienten (cv) zusammenfasst. Es kann ggfs. auf die separate Berücksichtigung von (cA) und (cv) verzichtet werden. Der Durchflussbeiwert (cd) und/oder der Formfaktor (cA) und/oder der Strömungskontraktionskoeffizient (cv) können einzeln oder gemeinsam analytisch bestimmt oder durch Messung ermittelt sein. q = c d ρ 2 Δ P ρ A q

Figure DE102012109655B4_0003
A calculation of the injection rate (q) can also be made according to the following equation, which is another way of writing the above equations. Therein, the flow coefficient (c d ) is an adaptation coefficient that summarizes the shape factor (c A ) and the flow contraction coefficient (c v ). It may be possible to dispense with the separate consideration of (c A ) and (c v ). The flow coefficient (c d ) and / or the shape factor (c A ) and / or the flow contraction coefficient (c v ) can be determined individually or together analytically or determined by measurement. q = c d ρ 2 Δ P ρ A q
Figure DE102012109655B4_0003

Das Rechenmodell für den Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffinjektionsventil kann beliebig ausgebildet und insbesondere an das jeweilige Kraftstoffinjektionsventil angepasst sein. Bevorzugt ist das Rechenmodell ein fluidmechanisches Simulationsmodell, insbesondere ein Stromfadenmodell, in dem Massen- und/oder Volumenbewegungen zwischen dem Einlassbereich und der Vorkammer des Kraftstoffinjektionsventils dynamisch berechnet werden. Es kann bevorzugt basierend auf einem hydraulischen Schaltbild erstellt werden, wobei das Schaltbild das Rechenmodell repräsentiert und umgekehrt. Das heißt, das Rechenmodell, insbesondere Simulationsmodell, weist bevorzugt eine Verkettung von Standardkomponenten auf, die insbesondere Druck-Quellen, Druck-Senken, Leitungen (Rohre), Volumina (Speichervolumina), Drosseln und/oder Messpunkte umfassen. In dem Rechenmodell können für jede Komponente zu jedem Zeitintervall der Berechnung insbesondere ein Druck, eine Fließgeschwindigkeit, eine lokale Dichte und eine lokal enthaltene Masse / ein lokal enthaltenes Volumen an Kraftstoff berechnet sein.The computing model for the transport of fuel through the fuel injection valve can be designed as desired and in particular can be adapted to the respective fuel injection valve. The computing model is preferably a fluid mechanical simulation model, in particular a flow filament model, in which mass and / or volume movements between the inlet area and the prechamber of the fuel injection valve are dynamically calculated. It can preferably be created based on a hydraulic circuit diagram, the circuit diagram representing the computing model and vice versa. This means that the computing model, in particular simulation model, preferably has a chain of standard components, which in particular comprise pressure sources, pressure sinks, lines (pipes), volumes (storage volumes), throttles and / or measuring points. In particular, a pressure, a flow velocity, a local density and a locally contained mass / a locally contained volume of fuel can be calculated in the calculation model for each component at every time interval of the calculation.

In dem Rechenmodell können bevorzugt Druckwellen zwischen dem Einlassbereich und der Vorkammer, die sich bei einem Öffnen und/oder Schließen des Sitzventils ausbilden, rechnerisch nachgebildet werden. Auf diese Weise können Druckfluktuationen, die beispielsweise durch die Kompressibilität des Kraftstoffs hervorgerufen sind und die Injektionsrate beeinflussen, erfasst werden.In the calculation model, pressure waves between the inlet region and the pre-chamber, which form when the seat valve is opened and / or closed, can preferably be simulated by calculation. In this way, pressure fluctuations, which are caused for example by the compressibility of the fuel and influence the injection rate, can be detected.

Das Sitzventil des Kraftstoffinjektionsventils kann beliebig ausgebildet sein. Es ist in einer ersten bevorzugten Ausführungsform als Doppelkonus-Sitzventil ausgebildet. In einem solchen Fall kann das Schaltbild für das Rechenmodell bevorzugt in Flussrichtung ausgehend von einer Druck-Quelle, die bevorzugt durch einen Hochdruck-Akkumulator gebildet ist, zu einer Druck-Senke, die bevorzugt durch die Brennkammer eines Verbrennungsmotors gebildet ist, folgende Simulationskomponenten aufweisen:

  • • Einen Drucksensor am Einlassbereich (optional);
  • • eine Leitung, die insbesondere die Kraftstoffpassage repräsentiert;
  • • eine Drossel, die insbesondere Strömungsphänomene an einer ersten Drosselfläche repräsentiert, wobei die erste Drosselfläche durch den Ventilkörper zwischen der Kraftstoffpassage und einer Zwischenkammer gebildet ist;
  • • ein Volumen, insbesondere zur Repräsentation einer Zwischenkammer, die zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitzbereich in Flussrichtung zwischen der ersten Drosselfläche und einer zweiten Drosselfläche gebildet ist;
  • • eine Drossel, die insbesondere Strömungsphänomene an der zweiten Drosselfläche repräsentiert, wobei die zweite Drosselfläche durch den Ventilkörper zwischen der Zwischenkammer und der Vorkammer gebildet ist;
  • • ein Volumen, insbesondere zur Repräsentation der Vorkammer;
  • • eine Drossel, insbesondere zur Repräsentation der einen oder der mehreren Injektionsöffnungen.
The seat valve of the fuel injection valve can be configured as desired. It is formed in a first preferred embodiment as a double-cone seat valve. In such a case, the circuit diagram for the computer model can preferably have the following simulation components in the flow direction starting from a pressure source, which is preferably formed by a high-pressure accumulator, to a pressure sink, which is preferably formed by the combustion chamber of an internal combustion engine:
  • • a pressure sensor at the inlet area (optional);
  • • a line representing, in particular, the fuel passage;
  • A throttle, which in particular represents flow phenomena at a first throttle area, wherein the first throttle area is formed by the valve body between the fuel passage and an intermediate chamber;
  • A volume, in particular for representing an intermediate chamber, which is formed between the valve body and the valve seat area in the flow direction between the first throttle area and a second throttle area;
  • A throttle, which in particular represents flow phenomena at the second throttle area, wherein the second throttle area is formed by the valve body between the intermediate chamber and the prechamber;
  • • a volume, in particular for the representation of the antechamber;
  • A throttle, in particular for the representation of the one or more injection openings.

Mit einem solchen Rechenmodell kann der Massen- und/oder Volumentransport von Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektionsventil nachgebildet werden. Es kann hierbei insbesondere durch die Vorsehung von einer Zwischenkammer als separates Volumen zwischen der Kraftstoffpassage und der Vorkammer eine besonders genaue Simulation des Kraftstofftransports im Auslassbereich bzw. im Düsenbereich erfolgen. Es wird dabei davon ausgegangen, dass bei einem Sitzventil mit einem Doppelkonus-Ventilkörper bei dem Vorgang eines Öffnens und/oder eines Schließens des Sitzventils eine zweifache Drosselung an den jeweiligen Übergangsstellen zwischen den konusförmigen Bereichen des Ventilkörpers erfolgt. Zwischen diesen Übergangsstellen kann ein gegebenenfalls recht kleines Volumen als Zwischenkammer gebildet sein, in dem ein Druck vorliegt, der von dem Druck in der Kraftstoffpassage und/oder von dem Druck in der Vorkammer abweicht. Durch die Zwischenkammer können kapazitive Effekte in der Kraftstoffströmung, die bei einem Öffnen und/oder Schließen des Sitzventils auftreten, sehr genau abgebildet werden.With such a calculation model, the mass and / or volume transport of fuel in the fuel injection valve can be modeled. In this case, it can be a particular, in particular by the providence of an intermediate chamber as a separate volume between the fuel passage and the prechamber accurate simulation of the fuel transport in the outlet or in the nozzle area done. It is assumed that in a seat valve with a double-cone valve body in the process of opening and / or closing of the seat valve, a double throttling takes place at the respective transition points between the conical regions of the valve body. Between these transition points, an optionally quite small volume may be formed as an intermediate chamber in which there is a pressure which deviates from the pressure in the fuel passage and / or from the pressure in the antechamber. Through the intermediate chamber, capacitive effects in the fuel flow, which occur when opening and / or closing the poppet valve, can be represented very accurately.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Sitzventil ein Einzelkonus-Sitzventil sein. In einem solchen Fall kann bei dem Schaltbild für das Rechenmodell bevorzugt nur eine Drossel, bevorzugt zur Repräsentation einer Drosselfläche, zwischen einer Kraftstoffpassage, die bevorzugt als Leitung repräsentiert ist, und einer Vorkammer, die bevorzugt als Volumen repräsentiert ist, vorgesehen sein.In a further preferred embodiment, the seat valve can be a single-cone seat valve. In such a case, in the circuit diagram for the computing model, preferably only one throttle, preferably to represent a throttle area, can be provided between a fuel passage, which is preferably represented as a line, and an antechamber, which is preferably represented as a volume.

Das Kraftstoffinjektionsventil kann als direkt aktuierter Injektor oder als Servoventil ausgebildet sein. Bei einem direkt aktuierten Injektor wirkt ein Aktuator direkt auf das Sitzventil. Bei einem Servoventil wirkt ein Aktuator auf ein Steuerventil (auch Schaltventil o. Ausgangsventil genannt). Das Steuerventil kann einen Druck in einer Steuerkammer schnell absinken lassen, wobei durch diese Druckänderung eine Bewegung des Sitzventils ausgelöst wird. Das Steuerventil ist üblicher Weise ein Teil des Servoventils, wobei das Servoventil als Zweiwegeventil oder als Dreiwegeventil ausgebildet sein kann. Das Servoventil und insbesondere das Verhalten eines Steuerventils können ebenfalls mit den oben genannten Rechenmodellen abgebildet sein.The fuel injection valve can be designed as a directly actuated injector or as a servo valve. In a directly actuated injector, an actuator acts directly on the seat valve. In a servo valve, an actuator acts on a control valve (also called switching valve o. Output valve). The control valve can quickly drop a pressure in a control chamber, whereby a movement of the seat valve is triggered by this pressure change. The control valve is usually a part of the servo valve, wherein the servo valve may be formed as a two-way valve or as a three-way valve. The servo valve and in particular the behavior of a control valve can also be mapped with the above-mentioned calculation models.

Ein direkt aktuierter Injektor sieht einen Kraftstofffluss nur zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich des Kraftstoffinjektionsventils vor (entsprechend nur ein einziger Stromfaden zwischen einer einzigen Druck-Quelle und einer einzigen Druck-Senke).A directly actuated injector provides fuel flow only between the inlet region and the outlet region of the fuel injection valve (corresponding to only a single streamline between a single pressure source and a single pressure sink).

Ein Kraftstoffinjektionsventil kann bevorzugt mit einem Servoventil, insbesondere in Form eines Dreiwegeventils, ausgebildet sein. Derartige Servoventile sind in der Praxis bekannt, beispielsweise aus der US 2008 / 0 228 374 A1 oder der DE 10 2010 036 364 A1 . Ein Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil sieht üblicher Weise einen Haupt-Kraftstofffluss zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich vor. Er sieht weiterhin einen Neben-Kraftstofffluss über eine Steuerkammer zu einer Abführleitung vor. Aus der Steuerkammer kann Kraftstoff über ein Steuerventil durch die Abführleitung beispielsweise zu einem Kraftstofftank abgelassen werden.A fuel injection valve may preferably be formed with a servo valve, in particular in the form of a three-way valve. Such servovalves are known in practice, for example from US 2008/0 228 374 A1 or the DE 10 2010 036 364 A1 , A fuel injector with a servo valve conventionally provides a main fuel flow between the inlet region and the outlet region. He further provides a secondary fuel flow via a control chamber to a discharge line. From the control chamber fuel can be discharged through a control valve through the discharge line, for example, to a fuel tank.

Die Steuerkammer dient zur Betätigung des Ventilkörpers. In der Steuerkammer kann ein Kraftstoffvolumen bei einem durch das Steuerventil beeinflussbaren Druck vorliegen. Der Druck in der Steuerkammer bewirkt eine Kraft in Schließrichtung des Ventilkörpers. Wenn das Steuerventil geschlossen ist, liegt in der Steuerkammer derselbe Druck vor wie am Einlassbereich. Die Kraft, die von der Steuerkammer auf den Ventilkörper in der Ventilverschlussrichtung ausgewirkt wird, ist dann in etwa gleich einer Kraft die in einem anderen unter Druck stehenden Volumen, beispielsweise im Bereich der Vorkammer, durch ein anderes Kraftstoffvolumen auf den Ventilkörper in einer Ventilöffnungsrichtung ausgewirkt wird. In einem solchen Zustand das Sitzventil geschlossen, bspw. weil der Ventilkörper durch ein elastisches Rückstellelement (Ventilfeder) zu dem Ventilsitzbereich gedrängt wird, und es findet keine Injektion aus dem Kraftstoffinjektionsventil statt. Wenn das Steuerventil geöffnet wird, kann der Druck in der Steuerkammer sehr schnell abfallen, insbesondere auf den Druck in der Abführleitung. Dies kann der Außendruck, d.h. insbesondere der Atmosphärendruck, oder der Tankdruck sein. Hierdurch tritt eine Druckdifferenz zwischen der Steuerkammer und dem anderen unter Druck stehenden Volumen auf. Durch diese Druckdifferenz wird eine Kraft auf den Ventilkörper in dessen Öffnungsrichtung ausgewirkt. Diese Kraft führt zu einem schnellen Öffnen des Kraftstoffinjektionsventils. Die Steuerkammer und das andere unter Druck stehende Volumen sind bevorzugt in Längsrichtung des Sitzventils auf gegenüberliegenden Seiten des Ventilkörpers angeordnet. Insbesondere kann die Steuerkammer auf einer Seite des Ventilkörpers angeordnet sein, die zum Einlassbereich hin gerichtet ist, und das andere unter Druck stehende Volumen kann auf einer Seite des Ventilkörpers angeordnet sein, der zu dem Auslassbereich hin orientiert ist.The control chamber serves to actuate the valve body. A fuel volume may be present in the control chamber at a pressure that can be influenced by the control valve. The pressure in the control chamber causes a force in the closing direction of the valve body. When the control valve is closed, the pressure in the control chamber is the same as at the inlet. The force exerted by the control chamber on the valve body in the valve closure direction is then approximately equal to a force which is in another pressurized volume, for example in the region of the prechamber, affected by another volume of fuel on the valve body in a valve opening direction , In such a state, the poppet valve is closed, for example, because the valve body is urged by an elastic return element (valve spring) to the valve seat portion, and there is no injection from the fuel injection valve. When the control valve is opened, the pressure in the control chamber may drop very rapidly, in particular to the pressure in the discharge line. This may be the external pressure, i. in particular the atmospheric pressure, or the tank pressure. As a result, a pressure difference occurs between the control chamber and the other pressurized volume. By this pressure difference, a force is applied to the valve body in its opening direction. This force leads to a quick opening of the fuel injection valve. The control chamber and the other pressurized volumes are preferably arranged in the longitudinal direction of the seat valve on opposite sides of the valve body. In particular, the control chamber may be disposed on one side of the valve body facing the inlet portion, and the other pressurized volume may be disposed on a side of the valve body oriented toward the outlet portion.

Wenn das Steuerventil wieder geschlossen wird, wird die Steuerkammer mit dem Hochdruck-Kraftstoff aus der Kraftstoffpassage geflutet. Der Druck in der Steuerkammer steigt infolgedessen wieder an, die Druckdifferenz zwischen der Steuerkammer und dem anderen unter Druck stehenden Bereich fällt ab und das Kraftstoffinjektionsventil wird geschlossen, beispielsweise durch eine elastische Kraft, die von einer Ventilfeder aufgebracht wird. Durch eine Aktuierung des Steuerventils kann so ein sehr schnelles Schaltverhalten mit nur geringen Aktuierungs-Energien erreicht werden.When the control valve is closed again, the control chamber is flooded with the high pressure fuel from the fuel passage. As a result, the pressure in the control chamber rises again, the pressure difference between the control chamber and the other area under pressure drops, and the fuel injection valve is closed, for example by an elastic force which is applied by a valve spring. By actuating the control valve, a very fast switching behavior can be achieved with only low actuation energies.

Bei dem vorgenannten Servoventil, insbesondere mit einem Dreiwegeventil, ist ein Übergangsbereich (Eingangsdrossel) zwischen der Kraftstoffpassage und der Steuerkammer bevorzugt mit einer starken Drosselwirkung vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass bei einem Öffnen des Steuerventils zwar ein sehr schneller Abfall des Drucks in der Steuerkammer stattfindet, jedoch nur eine sehr geringe Menge an Kraftstoff aus der Kraftstoffpassage zu der Steuerkammer hin entweicht. In the aforementioned servo valve, in particular with a three-way valve, a transition region (entrance throttle) between the fuel passage and the control chamber is preferably provided with a strong throttle effect. This ensures that when the control valve opens, although a very rapid drop in the pressure in the control chamber takes place, only a very small amount of fuel escapes from the fuel passage to the control chamber.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Rechenmodell für einen Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil zusätzlich zu den oben genannten Simulationskomponenten einen Modellabschnitt zur Simulation des Transports von Kraftstoff auf dem Neben-Kraftstofffluss zwischen der Kraftstoffpassage und einer weiteren Druck-Senke hinter dem Steuerventil aufweist. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Kraftstoffpassage in mindestens zwei Teile aufgetrennt ist und einen Abzweigungspunkt aufweist, von dem ein zusätzlicher Stromfaden wegführt, in dessen Flussrichtung zu der weiteren Druck-Senke folgende Simulationskomponenten vorgesehen sind:

  • • Eine Drossel, insbesondere zur Repräsentation der Übergangsdrossel am Abzweigungspunkt;
  • • Ein Volumen, in besondere zur Repräsentation der Drucksteuerkammer;
  • • Eine Drossel, insbesondere zur Repräsentation des Steuerventils.
It is preferably provided that the calculation model for a fuel injector with a servo valve in addition to the above-mentioned simulation components has a model section for simulating the transport of fuel on the secondary fuel flow between the fuel passage and another pressure sink behind the control valve. It is provided in particular that the fuel passage is separated into at least two parts and has a branch point from which leads away an additional current thread, in the flow direction to the further pressure sink the following simulation components are provided:
  • A throttle, in particular for representing the transition throttle at the branch point;
  • • A volume, in particular for representing the pressure control chamber;
  • • A throttle, in particular for the representation of the control valve.

Mit einem derartigen Rechenmodell können auch Druckänderungen berechnet werden, die durch den (vergleichsweise sehr geringen) Massen- und/oder Volumentransport von Kraftstoff durch die Steuerkammer hervorgerufen sind. Infolgedessen kann eine sehr genaue Berechnung der Massen- und/oder Volumenströme erfolgen, was zu einer genaueren Bestimmung der Injektionsrate führt.With such a calculation model, it is also possible to calculate pressure changes which are caused by the (comparatively very small) mass and / or volume transport of fuel through the control chamber. As a result, a very accurate calculation of the mass and / or volume flows can be made, resulting in a more accurate determination of the injection rate.

Die Berechnung einer Drosselwirkung an der einen oder den mehreren Drosselflächen zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitzbereich des Sitzventils kann auf beliebige Weise erfolgen. Es ist bevorzugt vorgesehen, die Drosselflächen jeweils als Mantelflächen eines Kegelstumpfes zu berechnen und zwar bevorzugt basierend auf einer Hubhöhe des Ventilkörpers und den geometrischen Beziehungen des Sitzventils. Die geometrischen Beziehungen des Sitzventils sind dabei insbesondere der Öffnungswinkel des konisch geformten Ventilsitzbereichs sowie des einen oder der mehreren Öffnungswinkel des einen oder der mehreren konischen Bereiche am Ventilkörper.The calculation of a throttle effect on the one or more throttle surfaces between the valve body and the valve seat area of the seat valve can be carried out in any way. It is preferably provided that the throttle surfaces are each calculated as the lateral surfaces of a truncated cone, preferably based on a lifting height of the valve body and the geometric relationships of the seat valve. The geometric relationships of the seat valve are in particular the opening angle of the conically shaped valve seat area and the one or more opening angles of the one or more conical areas on the valve body.

Die Hubhöhe des Ventilkörpers kann auf beliebige Weise ermittelt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Hubhöhe bei einer Aktuierung des Kraftstoffinjektionsventils gemessen oder aus einer statisch vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von der Zeit seit Beginn der Aktuierung berechnet wird. Eine solche Funktion kann beispielsweise eine lineare, eine quadratische, eine Polynomfunktion höherer Ordunung oder eine exponentielle Funktion sein. Die Wahl der Funktion kann sich aus der Struktur des Kraftstoffinjektors ergeben. Durch die Berechnung kann der Verlauf der Hubhöhe während eines Öffnens und/oder Schließens des Sitzventils in Abhängigkeit von der Zeit angenähert sein.The lifting height of the valve body can be determined in any way. It can be provided, for example, that the lifting height is measured at an actuation of the fuel injection valve or calculated from a statically predetermined function as a function of the time since the beginning of the actuation. Such a function may be, for example, a linear, a quadratic, a polynomial function of a higher order, or an exponential function. The choice of function may result from the structure of the fuel injector. Through the calculation, the course of the lift height during opening and / or closing of the poppet valve can be approximated as a function of time.

Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hubhöhe des Ventilkörpers mittels einer Übertragungsfunktion aus einem Druck im Einlassbereich berechnet wird. Dies gilt insbesondere für einen Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil. Es kann dabei eine beliebige Übertragungsfunktion vorgesehen werden. Die Übertragungsfunktion kann beispielsweise im Laborversuch für unterschiedliche Druckverläufe ermittelt und in einem Kennfeld oder als rechnerische Funktion abgelegt sein. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Hubhöhe durch eine proportionale Übertragungsfunktion aus dem Druck im Einlassbereich berechnet wird. Alternativ kann die Hubhöhe aus einer Differenz zwischen dem Druck im Einlassbereich und einem Referenzdruck, beispielsweise dem Druck an einem Hochdruck-Akkumulator, berechnet sein.Alternatively and preferably, it is provided that the lifting height of the valve body is calculated by means of a transfer function from a pressure in the inlet area. This is especially true for a fuel injector with a servo valve. It can be provided any transfer function. The transfer function can be determined, for example, in the laboratory test for different pressure profiles and stored in a map or as a computational function. It can preferably be provided that the lifting height is calculated by a proportional transfer function from the pressure in the inlet area. Alternatively, the lift height may be calculated from a difference between the pressure in the inlet region and a reference pressure, for example the pressure at a high pressure accumulator.

Der Druck in der Vorkammer kann in dem Rechenmodell aus dem erfassten Einlass-Druck berechnet werden (absolute Werte). Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Änderung des Drucks in der Vorkammer aus einer Änderung des Drucks am Einlassbereich berechnet wird (relative Werte). Es wird insbesondere vorgesehen, dass die Druckänderung des Drucks am Einlassbereich selbst nicht absolut, sondern relativ zu einem Referenzdruck ermittelt wird, der stromaufwärts zu dem Einlassbereich erfasst wird. Der Referenzdruck kann insbesondere ein Druck an dem Hochdruckakkumulator sein. Die Ermittlung des Drucks am Einlassbereich kann beispielsweise durch Subtraktion eines Drucks, der durch einen Rail-Drucksensor erfasst wird, von einem Druck, der durch den Drucksensor im Einlassbereich erfasst wird, erfolgen.The pressure in the antechamber can be calculated in the calculation model from the recorded inlet pressure (absolute values). Alternatively or additionally, it can be provided that a change in the pressure in the prechamber is calculated from a change in the pressure at the inlet area (relative values). In particular, it is provided that the pressure change of the pressure at the inlet area itself is not determined in absolute terms, but rather relative to a reference pressure, which is detected upstream of the inlet area. The reference pressure can in particular be a pressure on the high-pressure accumulator. The pressure at the inlet area can be determined, for example, by subtracting a pressure that is detected by a rail pressure sensor from a pressure that is detected by the pressure sensor in the inlet area.

Durch die Beziehung der Druckänderung im Einlassbereich auf einen Referenzdruck können vorteilhafterweise Druckänderungen eliminiert werden, die nicht auf dem Öffnen und/oder Schließen des Sitzventils, sondern auf der Übertragung von Druckwellen von außen beruhen. Dies ist sinnvoll, da sich derartige von außen herrührende Druckwellen selten bis in die Vorkammer des Kraftstoffinjektionsventils ausbreiten. So können beispielsweise Einflüsse von Druckwellen eliminiert werden, die durch eine Speisung des Hochdruck-Akkumulators mit Hochdruck-Kraftstoff aus einer Hochdruckpumpe hervorgerufen sind. Alternativ oder zusätzlich können Einflüsse von Druckänderungen eliminiert werden, die durch ein Öffnen und/oder Schließen von anderen Kraftstoffinjektionsventilen, die zu dem für die Durchführung des genannten Verfahrens betroffenen Kraftstoffinjektionsventil parallel geschalten und ebenfalls mit dem Hochdruck-Akkumulator verbunden sind, verursacht sind.By the relationship of the pressure change in the inlet region to a reference pressure can advantageously be eliminated pressure changes that are not based on the opening and / or closing of the poppet valve, but on the transmission of pressure waves from the outside. This is useful because such rarely originate from outside pressure waves propagate into the prechamber of the fuel injection valve. For example, influences of pressure waves, which are caused by a supply of the high-pressure accumulator with high-pressure fuel from a high-pressure pump, can be eliminated. Alternatively or additionally, influences of pressure changes caused by opening and / or closing of other fuel injection valves connected in parallel to the fuel injection valve involved in carrying out the said method and also connected to the high pressure accumulator may be eliminated.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung einer Injektionsmenge und/oder zur Regelung der Injektionsmenge eines Kraftstoffinjektionsventils in einem geschlossenen Regelkreis. Das Kraftstoffinjektionsventil weist bevorzugt ein aktuierbares Sitzventil zur Auslösung einer Einspritzung auf. Das Sitzventil kann insbesondere eines der vorgenannten Ventile sein und das Kraftstoffinjektionsventil kann insbesondere ein Zweiwege- oder ein Dreiwegeventil sein. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Injektionsrate des Kraftstoffinjektionsventils mit dem oben genannten Verfahren bestimmt wird. Aus der Injektionsrate kann beispielsweise durch Integration über der Zeit die Kraftstoffinjektionsmenge berechnet werden. Die Injektionsmenge wird dabei bevorzugt in dem Regelkreis als erfasste Ist-Größe (geregelte Größe) zurückgeführt.The invention further relates to a method for detecting an injection quantity and / or for controlling the injection quantity of a fuel injection valve in a closed loop. The fuel injection valve preferably has an actuatable seat valve for triggering an injection. The seat valve may in particular be one of the aforementioned valves, and the fuel injection valve may in particular be a two-way or a three-way valve. It is inventively provided that an injection rate of the fuel injection valve is determined by the above method. From the injection rate, for example, by integration over time, the fuel injection amount can be calculated. The injection quantity is preferably returned in the control loop as the detected actual variable (controlled variable).

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

  • 1: Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor,
  • 2: Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sitzventils mit einem Doppelkonus-Ventilkörper,
  • 3: Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sitzventils mit einem Einzelkonus-Ventilkörper,
  • 4: Ein Stromfadenmodell als hydraulisches Schaltbild, das ein Rechenmodell für einen direkt aktuierten Injektor mit einem Doppelkonus-Ventilkörper repräsentiert,
  • 5: Ein Stromfadenmodell als hydraulisches Schaltbild, das ein Rechenmodell für einen direkt aktuierten Injektor mit einem Einzelkonus-Ventilkörper repräsentiert,
  • 6: Ein Stromfadenmodell als hydraulisches Schaltbild, das ein Rechenmodell für ein einen Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil und einem Doppelkonus-Ventilkörper respräsentiert.
The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. Show it:
  • 1 : A fuel injection system with a fuel injector,
  • 2 A first embodiment of a poppet valve with a double-cone valve body,
  • 3 : A second embodiment of a poppet valve with a single cone valve body,
  • 4 FIG. 5: A streamline model as a hydraulic circuit diagram representing a computational model for a directly actuated injector with a double-cone valve body.
  • 5 FIG. 5: A streamline model as a hydraulic circuit diagram representing a computational model for a directly actuated injector with a single-cone valve body.
  • 6 : A streamline model as a hydraulic circuit diagram that represents a computational model for a fuel injector with a servo valve and a dual cone valve body.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsrate (q) eines Kraftstoffinjektionsventils (100). 1 zeigt ein Kraftstoffinjektionssystem, das einen Kraftstoffinjektor (100) beinhaltet, der mit Hochdruck-Kraftstoff aus einem Hochdruck-Akkumulator (102) gespeist wird. Der Kraftstoffinjektor (100) ist bevorzugt an einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs angeordnet. Ein Auslassbereich (108), bzw. ein Düsenbereich, des Kraftstoffinjektors (100) ragt in eine Brennkammer (124) eines Zylinders (104). Die Brennkammer (124) wird zwischen den Innenwänden des Zylinders (104) und einem Kolben (105) gebildet (begrenzt).The invention relates to a method for determining an injection rate (q) of a fuel injection valve ( 100 ). 1 shows a fuel injection system including a fuel injector ( 100 ) containing high pressure fuel from a high pressure accumulator ( 102 ) is fed. The fuel injector ( 100 ) is preferably arranged on an internal combustion engine (not shown) of a vehicle, in particular a land vehicle. An outlet area ( 108 ), or a nozzle area, of the fuel injector ( 100 ) protrudes into a combustion chamber ( 124 ) of a cylinder ( 104 ). The combustion chamber ( 124 ) is between the inner walls of the cylinder ( 104 ) and a piston ( 105 ) (limited).

Bei einer Hebebewegung des Kolbens (105) wird in der Brennkammer (124) eingeschlossenes Gas (Einlass-Luftgemisch) komprimiert. Der Kraftstoffinjektor (100) injiziert Hochdruck-Kraftstoff durch eine oder mehrere Injektionsöffnungen (Spritzlöcher) in die Brennkammer (124). Während eines Verbrennungszyklus führt der Kraftstoffinjektor (100) bevorzugt mehrere Injektionen aus, beispielsweise eine Pilot-Injektion, die nur eine sehr geringe Injektionsmenge (Q) einbringt, und eine oder mehrere Haupt-Injektionen, die eine hohe Injektionsmenge (Q) aufweisen und das Drehmoment des Verbrennungsmotors erzeugen. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Folge-Injektionen (after injections) ausgeführt werden, die ebenfalls vergleichsweise geringe Kraftstoffmengen (Q) aufweisen.During a lifting movement of the piston ( 105 ) is in the combustion chamber ( 124 ) compressed gas (inlet-air mixture) compressed. The fuel injector ( 100 ) injects high pressure fuel through one or more injection ports (injection ports) into the combustion chamber ( 124 ). During a combustion cycle, the fuel injector ( 100 ) prefers several injections, for example a pilot injection, which only has a very small injection quantity ( Q ) and one or more major injections containing a high injection rate ( Q ) and generate the torque of the internal combustion engine. Alternatively or additionally, one or more subsequent injections (after injection) can be carried out, which also have comparatively small amounts of fuel ( Q ) respectively.

Der Kraftstoffinjektor (100) kann beliebig ausgebildet sein. Er kann insbesondere als direkt aktuierter Kraftstoffinjektor oder als Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil ausgebildet sein. Er weist bevorzugt einen Grundkörper (109) mit einem Einlassbereich (106), einem Auslassbereich (108) und einer Kraftstoffpassage (110) auf. Der Grundkörper (109) kann ein einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. In dem Einlassbereich (106) befindet sich ein Einlass des Kraftstoffinjektors (100), an dem Hochdruck-Kraftstoff über eine Zufuhrleitung (101) zugeführt wird. Die Kraftstoffpassage (110) fördert den Kraftstoff von dem Einlassbereich (106) zu dem Auslassbereich (108) / Düsenbereich. An dem Auslassbereich (108) sind eine oder mehrere Injektionsöffnungen (Spritzlöcher) (119) angeordnet, durch die Kraftstoff in einen Außenbereich, insbesondere in die Brennkammer (124), eingespritzt werden kann. Die Flussrichtung des Kraftstoffs durch den Kraftstoffinjektor (100) verläuft von dem Einlassbereich (106) durch die Kraftstoffpassage (110) zu dem Auslassbereich (108).The fuel injector ( 100 ) can be configured arbitrarily. It can be designed, in particular, as a directly actuated fuel injector or as a fuel injector with a servo valve. He preferably has a basic body ( 109 ) with an inlet area ( 106 ), an outlet area ( 108 ) and a fuel passage ( 110 ) on. The basic body ( 109 ) may be formed in one or more parts. In the inlet area ( 106 ) is an inlet of the fuel injector ( 100 ), at the high-pressure fuel via a supply line ( 101 ) is supplied. The fuel passage ( 110 ) conveys the fuel from the inlet area ( 106 ) to the outlet area ( 108 ) / Nozzle area. At the outlet area ( 108 ) are one or more injection ports (injection ports) ( 119 ) arranged by the fuel in an outdoor area, in particular in the combustion chamber ( 124 ), can be injected. The flow direction of the fuel through the fuel injector ( 100 ) extends from the inlet area ( 106 ) through the fuel passage ( 110 ) to the outlet area ( 108 ).

In dem Auslassbereich (108) sind bevorzugt ein Ventilsitzbereich (118) sowie ein Ventilkörper (116) eines Sitzventils (114) angeordnet. In Flussrichtung vor der einen oder den mehreren Injektionsöffnungen (119) befindet sich eine Vorkammer (120). Der Ventilkörper (116) des Sitzventils (114) ist dazu ausgebildet, eine Verbindung zwischen der Vorkammer (120) und der Kraftstoffpassage (110) zu öffnen und zu schließen. Der Kraftstoff fließt bei einem geöffneten Sitzventil durch einen ringförmigen Spalt zwischen dem Ventilkörper (116) und dem Grundkörper (109) in die Vorkammer (120). Von dort wird er durch die Injektionsöffnungen (119) eingespritzt. Bei geschlossenem Sitzventil wird der Ventilkörper (116) auf den Ventilsitzbereich (118) gedrückt, wodurch der ringförmige Spalt geschlossen ist. Die Vorkammer (120) kann bei geschlossenem Sitzventil (114) vollständig durch den Ventilkörper gefüllt oder abgedeckt sein. In einem solchen Fall ist das Volumen der Vorkammer (120) bei geschlossenem Sitzventil (114) Null. Dies ist beispielsweise bei Injektoren mit sogenannten VCO-Sitzventilen (VCO = valve covered orifice) der Fall, bei denen die Austrittsöffnungen im geschlossenen Zustand des Injektors vollständig von der Ventilnadel bedeckt werden. Alternativ kann, wie in den Zeichnungen dargestellt, die Vorkammer (120) ein Grundvolumen haben, beispielsweise wenn sie in der Form eines Sacklochs gebildet ist. In the outlet area ( 108 ) are preferably a valve seat area ( 118 ) and a valve body ( 116 ) of a seat valve ( 114 ) arranged. In the flow direction in front of the one or more injection ports ( 119 ) there is an antechamber ( 120 ). The valve body ( 116 ) of the seat valve ( 114 ) is adapted to a connection between the antechamber ( 120 ) and the fuel passage ( 110 ) to open and close. The fuel flows with an open seat valve through an annular gap between the valve body ( 116 ) and the basic body ( 109 ) in the antechamber ( 120 ). From there, he is through the injection ports ( 119 ) injected. When the seat valve is closed, the valve body ( 116 ) on the valve seat area ( 118 ), whereby the annular gap is closed. The antechamber ( 120 ) can with closed seat valve ( 114 ) completely filled or covered by the valve body. In such a case, the volume of the antechamber ( 120 ) with the seat valve closed ( 114 ) Zero. This is the case for example with injectors with so-called VCO seat valves (VCO = valve covered orifice), in which the outlet openings are completely covered by the valve needle in the closed state of the injector. Alternatively, as shown in the drawings, the antechamber ( 120 ) have a basic volume, for example when formed in the shape of a blind hole.

Das Sitzventil (114) kann beliebig ausgebildet sein. Es ist bevorzugt als Nadelventil ausgebildet, das über einen Aktuator (111) direkt oder indirekt bewegt wird. Der Ventilkörper (116) ist bevorzugt als Doppelkonus-Ventilkörper (116a) oder als Einzelkonus-Ventilkörper (116b) ausgebildet.The seat valve ( 114 ) can be configured arbitrarily. It is preferably designed as a needle valve, which via an actuator ( 111 ) is moved directly or indirectly. The valve body ( 116 ) is preferred as a double-cone valve body ( 116a) or as a single-cone valve body ( 116b) educated.

Der Aktuator (111) kann beliebig ausgebildet sein und bewirkt (direkt oder indirekt) eine Bewegung des Ventilkörpers (116) in einer Öffnungsrichtung und/oder einer Schließrichtung des Sitzventils (114). Wenn der Kraftstoffinjektor (100) direkt aktuiert ist, kann der Aktuator (111) bevorzugt direkt den Ventilkörper (116) bewegen. Das bedeutet, der Aktuator (111) kann eine Kraft in Öffnungs- und/oder in Schließrichtung auf den Ventilkörper (116) oder ein damit starr verbundenes Teil (Ventilstange) des Sitzventils (114) ausüben. Der Aktuator kann beispielsweise ein Piezo-Stack sein. Alternativ kann der Kraftstoffinjektor (100) mit einem Servoventil ausgebildet sein. In einem solchen Fall kann der Aktuator (111) bevorzugt dazu ausgebildet sein, ein Steuerventil (in 1 nicht dargestellt) zu betätigen. Das Servoventil kann nach dem Stand der Technik ausgebildet sein, insbesondere mit der oben beschriebenen Struktur.The actuator ( 111 ) can be configured as desired and causes (directly or indirectly) a movement of the valve body ( 116 ) in an opening direction and / or a closing direction of the seat valve ( 114 ). When the fuel injector ( 100 ) is actuated directly, the actuator ( 111 ) preferably directly the valve body ( 116 ) move. That means the actuator ( 111 ), a force in the opening and / or closing direction on the valve body ( 116 ) or a rigidly connected part (valve rod) of the seat valve ( 114 ) exercise. The actuator may be, for example, a piezo stack. Alternatively, the fuel injector ( 100 ) may be formed with a servo valve. In such a case, the actuator ( 111 ) preferably be adapted to a control valve (in 1 not shown). The servo valve may be formed according to the prior art, in particular with the structure described above.

Bei einem Kraftstoffinjektor mit Servoventil erfolgt eine Bewegung des Ventilkörpers (116) bevorzugt über eine Druckdifferenz, die zwischen einer Steuerkammer und einem anderen unter Druck gesetzten Volumen des Kraftstoffflusses durch das Kraftstoffinjektionsventil (100) besteht. Die Druckdifferenz wird bevorzugt dadurch erzeugt, dass durch ein Steuerventil eine Verbindung zwischen der Steuerkammer und einem Außenbereich, insbesondere einer Abführleitung zu einem Kraftstofftank, geöffnet wird. Hierdurch fällt der Druck in der Steuerkammer auf den Druck in der Abführleitung, insbesondere einen Atmosphärendruck oder Tankdruck, ab, wobei der in dem anderen unter Druck stehenden Bereich des Kraftstoffinjektionsventils (100) von dem Hochdruck-Kraftstoff auf den Ventilkörper (116) ausgewirkte Druck eine Kraft erzeugt, die den Ventilkörper (116) in einer Öffnungsrichtung drängt.In a fuel injector with servo valve movement of the valve body ( 116 ) preferably via a pressure difference between a control chamber and another pressurized volume of the fuel flow through the fuel injection valve ( 100 ) consists. The pressure difference is preferably generated in that a connection between the control chamber and an outer area, in particular a discharge line to a fuel tank, is opened by a control valve. As a result, the pressure in the control chamber drops to the pressure in the discharge line, in particular an atmospheric pressure or tank pressure, wherein the region of the fuel injection valve which is under pressure in the other 100 ) from the high-pressure fuel to the valve body ( 116 ) pressure produces a force which causes the valve body ( 116 ) in an opening direction.

An dem Einlassbereich (106) des Kraftstoffinjektionsventils (100) ist bevorzugt ein Einlass-Drucksensor (112) angeordnet. Der Einlass-Drucksensor (112) erfasst den Druck (Pin) des Kraftstoffs im Einlassbereich (106). Alternativ kann ein Drucksensor in einer Zuführleitung (101) zwischen dem Kraftstoffinjektionsventil (100) und einem Hochdruck-Akkumulator (102) angeordnet sein, bevorzugt in der Nähe des Einlasses des Kraftstoffinjektors (100).At the inlet area ( 106 ) of the fuel injection valve ( 100 ) is preferably an inlet pressure sensor ( 112 ) arranged. The inlet pressure sensor ( 112 ) detects the pressure (pin) of the fuel in the inlet area ( 106 ). Alternatively, a pressure sensor in a supply line ( 101 ) between the fuel injection valve ( 100 ) and a high-pressure accumulator ( 102 ), preferably in the vicinity of the inlet of the fuel injector ( 100 ).

Das Verfahren zur Bestimmung der Injektionsrate (q) des Kraftstoffinjektionsventils (100) sieht vor, die Injektionsrate (q) auf Basis eines ermittelten Drucks (Ppc) in der Vorkammer (120) zu berechnen. Der Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) kann auf Grund der engen Bausituation und der hohen chemischen Beanspruchungen und Temperaturbeanspruchungen der in die Brennkammer (124) ragenden Teile des Düsenbereichs nicht direkt erfasst werden. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, den Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) durch ein Rechenmodell, insbesondere ein Simulationsmodell, zu berechnen. Die Berechnung erfolgt bevorzugt in einer elektronischen Steuereinheit (ECU). Die Steuereinheit (ECU) kann als separate Steuereinheit für den Betrieb der Kraftstoffinjektoren und/oder des Kraftstofffördersystems vorliegen. Alternativ und bevorzugt kann die Steuereinheit (ECU) in eine Motorsteuereinheit integriert sein. Die Steuereinheit (ECU) ist bevorzugt mit dem Drucksensor (112) im Einlassbereich (106) und dem Aktuator (111) des Kraftstoffinjektionsventils (100) verbunden. Sie kann weiterhin mit einem Drucksensor (103) im Hochdruck-Akkumulator (102) (Rail-Drucksensor) verbunden sein.The method for determining the injection rate (q) of the fuel injection valve ( 100 ), the injection rate ( q ) based on a determined pressure ( ppc ) in the antechamber ( 120 ) to calculate. The pressure ( ppc ) in the antechamber ( 120 ) can due to the tight construction situation and high chemical stresses and temperature stresses in the combustion chamber ( 124 ) projecting parts of the nozzle area can not be detected directly. It is therefore provided according to the invention, the pressure ( ppc ) in the antechamber ( 120 ) by a computational model, in particular a simulation model. The calculation is preferably carried out in an electronic control unit (ECU). The control unit (ECU) may be present as a separate control unit for the operation of the fuel injectors and / or the fuel delivery system. Alternatively and preferably, the control unit (ECU) may be integrated in a motor control unit. The control unit (ECU) is preferably connected to the pressure sensor ( 112 ) in the inlet area ( 106 ) and the actuator ( 111 ) of the fuel injection valve ( 100 ) connected. It can continue with a pressure sensor ( 103 ) in the high pressure accumulator ( 102 ) (Rail pressure sensor).

Die Injektionsrate (q) kann ferner von dem Druck im Außenbereich des Auslasses, insbesondere von dem Druck (Pcyl) in der Brennkammer (124) abhängen. Der Druck (Pcyl) kann auf beliebige Weise ermittelt sein. Er kann beispielsweise von einer Motorsteuerung bezogen sein. Alternativ kann der Druck (Pcyl) in der Brennkammer (124) durch einen Sensor (nicht dargestellt) erfasst sein, der in dem Zylinder (104) angeordnet ist. Alternativ kann der Druck (Pcyl) beispielsweise aus einem Kennfeld ausgelesen werden. In einem solchen Kennfeld kann der Druck (Pcyl) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, insbesondere in Abhängigkeit von einer Menge an zugeführter Einlassluft und einer Hubhöhe des Kolbens (105) bestimmt sein.The injection rate ( q ) may also depend on the pressure in the outer region of the outlet, in particular on the pressure ( Pcyl ) in the combustion chamber ( 124 ) depend. The pressure ( Pcyl ) can be determined in any way his. It may, for example, be related to a motor control. Alternatively, the pressure ( Pcyl ) in the combustion chamber ( 124 ) may be detected by a sensor (not shown) mounted in the cylinder ( 104 ) is arranged. Alternatively, the pressure ( Pcyl ) are read, for example, from a map. In such a map, the pressure ( Pcyl ) as a function of different operating states of the internal combustion engine, in particular as a function of an amount of supplied intake air and a lifting height of the piston ( 105 ) be determined.

Die Injektionsrate (q) wird bevorzugt dynamisch als Massenstrom in [kg/s] durch die oben genannte Gleichung aus dem Druck (Ppc) in der Vorkammer (120), dem Druck (Pcyl) in der Brennkammer, der Geometrie der Spritzlöcher (119) und der lokalen Dichte (p) berechnet.The injection rate ( q ) is preferably chosen dynamically as mass flow in [kg / s] by the above equation from the pressure ( ppc ) in the antechamber ( 120 ), the pressure ( Pcyl ) in the combustion chamber, the geometry of the injection holes ( 119 ) and the local density ( p ).

Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsformen eines Sitzventils anhand der 2 und 3 beschrieben. Im Anschluss werden bevorzugte Ausführungen des Rechenmodells für diverse Ausführungsformen eines Kraftstoffinjektors erläutert.Hereinafter, two preferred embodiments of a seat valve based on 2 and 3 described. In the following, preferred embodiments of the computer model for various embodiments of a fuel injector will be explained.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Sitzventil (114a) eines Kraftstoffinjektors (100) im Halbschnitt. Das Sitzventil (114a) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist einen Doppelkonus-Ventilkörper (116a) auf. Das Sitzventil (114a) ist in 2 geöffnet, d.h. der Ventilkörper (116a) ist in einem von dem Ventilsitzbereich (118) um die Hubhöhe (h) abgehobenen Zustand dargestellt. In diesem Fall kann Kraftstoff aus der Kraftstoffpassage (110) durch den ringförmigen Spalt zwischen Ventilkörper (116a) und Ventilsitzbereich (118) bzw. Grundkörper (109) zu der Vorkammer (120) strömen und von dort durch die Injektionsöffnungen (119) eingespritzt werden. 2 shows a first embodiment of a seat valve ( 114a ) of a fuel injector ( 100 ) in half section. The seat valve ( 114a ) according to the first embodiment has a double-cone valve body ( 116a ) on. The seat valve ( 114a ) is in 2 open, ie the valve body ( 116a ) is in one of the valve seat area ( 118 ) by the lifting height ( H ) lifted state shown. In this case, fuel from the fuel passage ( 110 ) through the annular gap between the valve body ( 116a ) and valve seat area ( 118 ) or basic body ( 109 ) to the antechamber ( 120 ) and from there through the injection openings ( 119 ) are injected.

Der Auslassbereich / Düsenbereich (108) des Kraftstoffinjektionsventils (100) kann bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet sein. In einem solchen Fall liegt ein Grundkörper (109) vor, der zu der Auslassseite hin in Flussrichtung einen im Wesentlichen zylindrischen Raum zur Bildung der Kraftstoffpassage (110) aufweist, an den ein konisch geformter Ventilsitzbereich (118) und eine bevorzugt sacklochförmige Vorkammer (120) anschließen. Alternativ kann die Vorkammer (120) anders ausgebildet sein. Sie kann insbesondere eine Form haben, die zu der Form des Ventilkörpers (116a) korrespondiert, sodass der Ventilkörper (116a) in dessen geschloseenem Zustand die Vorkammer (120) vollständig ausfüllt (nicht dargestellt). In dem Grundkörper (109) ist der Ventilkörper (116a) eingesetzt. Der Ventilkörper (116a) ist in Richtung der Längsachse des Kraftstoffinjektors (100) frei gelagert und verschieblich.The outlet area / nozzle area ( 108 ) of the fuel injection valve ( 100 ) may preferably be rotationally symmetrical. In such a case, a basic body ( 109 ), which in the flow direction to the outlet side a substantially cylindrical space for forming the fuel passage ( 110 ), to which a conically shaped valve seat region ( 118 ) and a preferred blind hole-shaped prechamber ( 120 ) connect. Alternatively, the antechamber ( 120 ) be formed differently. In particular, it may have a shape corresponding to the shape of the valve body ( 116a ) corresponds, so that the valve body ( 116a ) in its closed state, the antechamber ( 120 ) completely (not shown). In the basic body ( 109 ) is the valve body ( 116a ) used. The valve body ( 116a ) is in the direction of the longitudinal axis of the fuel injector ( 100 ) freely stored and displaceable.

In dem Ausführungsbeispiel von 2 weist der Ventilkörper (116a) in Flussrichtung einen ersten, im Wesentlichen zylindrisch geformten Bereich auf, der zusammen mit dem zylindrischen Bereich des Grundkörpers (109) den Endbereich der Kraftstoffpassage (110) bildet. An diesen zylindrischen Bereich schließen ein konischer Übergangsbereich und ein erster konischer Ventilbereich mit einem Öffnungswinkel (b) an. Zwischen dem konischen Übergangsbereich und dem ersten konischen Ventilbereich ist ein Übergang gebildet, der eine drosselnde Wirkung auf den Kraftstofffluss haben kann. Die drosselnde Wirkung kann bevorzugt durch eine Querschnittsfläche des Übergangs bestimmt werden. Diese ist in 2 als erste Drosselfläche (A_1) angegeben. Sie hat im Wesentlichen die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes und kann aus der Hubhöhe (h) und der Geometrie des Ventilkörpers (116a) berechnet werden, insbesondere aus dem Öffnungswinkel (b) des ersten konischen Ventilbereichs und dem Öffnungswinkel (c) des Ventilsitzbereichs (118).In the embodiment of 2 the valve body ( 116a ) in the flow direction to a first, substantially cylindrically shaped portion which, together with the cylindrical portion of the base body ( 109 ) the end portion of the fuel passage ( 110 ). At this cylindrical portion close a conical transition region and a first conical valve region with an opening angle ( b ) on. Between the conical transition region and the first conical valve region a transition is formed, which can have a throttling effect on the fuel flow. The throttling effect can preferably be determined by a cross-sectional area of the transition. This is in 2 as the first throttle area ( A_1 ). It has essentially the shape of the lateral surface of a truncated cone and can from the lifting height ( H ) and the geometry of the valve body ( 116a ), in particular from the opening angle ( b ) of the first conical valve area and the opening angle ( c ) of the valve seat area ( 118 ).

An den ersten konischen Ventilbereich schließt in Flussrichtung ein zweiter konischer Ventilbereich mit einem Öffnungswinkel (a) an. An dem Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten konischen Ventilbereich ist wiederum eine den Kraftstofffluss drosselnde Querschnittsfläche gebildet. Diese ist als zweite Drosselfläche (A_2) gekennzeichnet. Auch die zweite Drosselfläche (A_2) hat im Wesentlichen die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes und kann aus der Hubhöhe (h) und der Geometrie des Ventilkörpers (116a) berechnet werden, insbesondere aus dem Öffnungswinkel (a) des zweiten konischen Ventilbereichs, dem Öffnungswinkel (c) des Ventilsitzbereichs (118).A second conical valve region with an opening angle (in the direction of flow) closes at the first conical valve region ( a ) on. At the transition between the first and the second conical valve region, in turn, a fuel flow restricting cross-sectional area is formed. This is called the second throttle area ( A_2 ). Also the second throttle area ( A_2 ) has essentially the shape of the lateral surface of a truncated cone and can from the lifting height ( H ) and the geometry of the valve body ( 116a ), in particular from the opening angle ( a ) of the second conical valve area, the opening angle ( c ) of the valve seat area ( 118 ).

Zwischen dem Ventilkörper (116a) und dem Ventilsitzbereich (118) und in Flussrichtung zwischen der ersten Drosselfläche (A_1) und der zweiten Drosselfläche (A_2) ist eine Zwischenkammer (122) gebildet. Das Volumen der Zwischenkammer (122) kann sich während eines Öffnens und Schließens des Sitzventils (114a) ändern. In der Zwischenkammer (122) kann ein Druck vorliegen, der sich von dem Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) und/oder dem Druck in der Kraftstoffpassage (110) unterscheidet.Between the valve body ( 116a ) and the valve seat area ( 118 ) and in the flow direction between the first throttle area ( A_1 ) and the second throttle area ( A_2 ) is an intermediate chamber ( 122 ) educated. The volume of the intermediate chamber ( 122 ) may open during opening and closing of the seat valve ( 114a ) to change. In the intermediate chamber ( 122 ) there may be a pressure different from the pressure ( ppc ) in the antechamber ( 120 ) and / or the pressure in the fuel passage ( 110 ) is different.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Sitzventils (114b) mit einem Einzelkonus-Ventilkörper (116b). Die Ausbildung des Grundkörpers (109) kann im Wesentlichen identisch zu der Ausbildung des Sitzventils (114a) von 2 sein. Der Ventilkörper (116b) gemäß 3 ist im Vergleich zu dem oben beschriebenen Ventilkörper (116a) abgewandelt. Er weist in Flussrichtung einen im Wesentlichen zylindrischen Bereich auf, an den ein konischer Übergangsbereich und ein einzelner konischer Ventilbereich mit einem Öffnungswinkel (a) anschließen. Bei dem Sitzventil (114b) gemäß 3 wird an dem Übergang zwischen dem konischen Übergangsbereich und dem konischen Ventilbereich eine Drosselstelle gebildet. Deren Drosselwirkung kann bevorzugt durch die Drosselfläche (A) (Querschnittsfläche) beschrieben werden. Die Drosselfläche (A) hat bevorzugt die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes und kann aus der Hubhöhe (h) und der Geometrie des Sitzventils (114b) berechnet werden, insbesondere aus dem Öffnungswinkel (a) des konischen Ventilbereichs und dem Öffnungswinkel (c) des Ventilsitzbereichs (118). 3 shows an alternative embodiment of a poppet valve ( 114b ) with a single cone valve body ( 116b ). The training of the basic body ( 109 ) can be essentially identical to the training the seat valve ( 114a ) from 2 his. The valve body ( 116b ) according to 3 is compared to the above-described valve body ( 116a ) modified. It has a substantially cylindrical area in the direction of flow, to which a conical transition area and a single conical valve area with an opening angle (FIG. a ) connect. At the seat valve ( 114b ) according to 3 At the transition between the conical transition region and the conical valve region, a throttle point is formed. Their throttle effect can preferably be determined by the throttle area (FIG. A ) (Cross-sectional area). The throttle area ( A ) preferably has the shape of the lateral surface of a truncated cone and can from the lifting height ( H ) and the geometry of the seat valve ( 114b ), in particular from the opening angle ( a ) of the conical valve area and the opening angle ( c ) of the valve seat area ( 118 ).

Bei dem Sitzventil (114b) gemäß 3 ist keine Zwischenkammer vorgesehen. Es kann jedoch ein Volumen in dem Spalt zwischen dem Ventilkörper (116b) und dem Ventilsitzbereich (118) bei einem Öffnen und Schließen des Sitzventils (114a) in Abhängigkeit von der Hubhöhe (h) berechnet werden. Dieses Volumen kann bevorzugt rechnerisch dem Volumen der Vorkammer (120) zugeschlagen werden.At the seat valve ( 114b ) according to 3 no intermediate chamber is provided. However, it may be a volume in the gap between the valve body ( 116b ) and the valve seat area ( 118 ) when opening and closing the seat valve ( 114a ) are calculated as a function of the lifting height (h). This volume may preferably be calculated from the volume of the pre-chamber ( 120 ).

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines Rechenmodells erläutert. Das Rechenmodell wird bevorzugt als Simulationsmodell, insbesondere in Repräsentation eines hydraulischen Schaltplans gebildet. Zur besseren Verständlichkeit sind in den 4 bis 6 die Bezugsziffern, die in den 1 bis 3 bestimmten Bauteilen und Strukturen zugeordnet waren, auf die entsprechenden Simulationskomponenten in den hydraulischen Schaltbildern gerichtet.In the following, preferred embodiments of a computer model are explained. The calculation model is preferably formed as a simulation model, in particular in representation of a hydraulic circuit diagram. For ease of understanding are in the 4 to 6 the reference numbers used in the 1 to 3 certain components and structures were assigned, directed to the corresponding simulation components in the hydraulic diagrams.

4 illustriert ein hydraulisches Schaltbild, insbesondere Simulationsmodell, das ein Rechenmodell für ein direkt aktuiertes Kraftstoffinjektionsventil mit einem Doppelkonus-Ventilkörper (116a) repräsentiert. Ein solches Rechenmodell kann bevorzugt für einen direkt aktuierten Kraftsoffinjektor verwendet werden. Alternativ kann das gemäß dem in 4 dargestellten Schaltbild gebildete Rechenmodell auch für einen Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil und einem Doppelkonus-Ventilkörper genutzt werden, wobei der Neben-Kraftstofffluss vernachlässigt wird. Das Rechenmodell ist als fluidmechanisches Modell zur Simulation des Transports von Kraftstoff innerhalb des Kraftstoffinjektionsventils (100) ausgebildet. Es ist insbesondere als Stromfadenmodell ausgebildet. In dem Rechenmodell werden Druckzustände sowie Volumina und/oder lokale Kraftstoffmengen (Massen & Ströme) innerhalb des Kraftstoffinjektionsventils berechnet. Es werden bevorzugt die aus der Fluidmechanik bekannten Beziehungen zur physikalischen Beschreibung von Massentransportphänomenen bei kompressiblen Medien angewendet, insbesondere Energie-, Impuls- und Massenerhaltungssätze. 4 11 illustrates a hydraulic circuit diagram, in particular a simulation model, which shows a calculation model for a directly actuated fuel injection valve with a double-cone valve body ( 116a ). Such a calculation model can preferably be used for a directly actuated force-off injector. Alternatively, this may be done according to the in 4 illustrated circuit diagram used calculation model for a fuel injector with a servo valve and a double-cone valve body are used, the secondary fuel flow is neglected. The calculation model is a fluid-mechanical model for simulating the transport of fuel within the fuel injection valve (FIG. 100 ) educated. It is designed in particular as a current thread model. In the calculation model, pressure states as well as volumes and / or local fuel quantities (masses and flows) within the fuel injection valve are calculated. The relationships known from fluid mechanics for the physical description of mass transport phenomena in compressible media are preferably used, in particular energy, momentum and mass conservation laws.

Die Flussrichtung innerhalb des Rechenmodells bzw. innerhalb des Schaltbilds verläuft von einer Druck-Quelle (102') zu einer Druck-Senke (124') hin. Die Druck-Quelle (102') repräsentiert beispielsweise den Hochdruck-Akkumulator. Ein Druck (Pac) an der Druck-Quelle (102') kann bevorzugt durch einen Sensor (S) ermittelt sein. Es kann hierfür auf das Signal des Drucksensors (103') an dem Hochdruck-Akkumulator zurückgegriffen werden. Das Schaltbild gemäß 4 weist in Flussrichtung ausgehend von der Druck-Quelle (102') auf:

  • • Eine Drossel (106'), die insbesondere Strömungsphänomene im Übergang zwischen dem Hochdruck-Akkumulator und der Zuführleitung abbildet;
  • • ein Leitungselement (101`), insbesondere zur Simulation der Strömung durch die Zuführleitung;
  • • einen Messpunkt (S) zur Erfassung des Drucks (Pin) im Einlassbereich des Kraftstoffinjektors (100) (optional). Der Wert eines erfassten Drucks (Pin) kann beispielsweise aus dem Signal des Einlass-Drucksensors (112) bezogen sein;
  • • ein Leitungselement (110'), das insbesondere die Strömung des Kraftstoffs durch die Kraftstoffpassage (110) im Kraftstoffinjektor (100) abbildet;
  • • eine Drossel (A_1'), insbesondere zur Beschreibung der Strömung an der ersten Drosselfläche (A_1) eines Doppelkonus-Ventilkörpers (116a);
  • • ein Volumen (122'), insbesondere zur Beschreibung der Druck- und Volumenverhältnisse in der Zwischenkammer (122);
  • • eine Drossel (A-2`), insbesondere zur Beschreibung der Strömungsverhältnisse im Bereich der zweiten Drosselfläche (A_2);
  • • ein Volumen (120'), insbesondere zur Beschreibung des fluidmechanischen Zustands in der Vorkammer (120);
  • • eine Drossel (119'), insbesondere zur Beschreibung der Strömungsverhältnisse in der einen oder den mehreren Injektionsöffnungen (119) .
The flow direction within the calculation model or within the diagram runs from a pressure source ( 102 ' ) to a pressure sink ( 124 ' ). The pressure source ( 102 ' ) represents, for example, the high pressure accumulator. A print ( Pac ) at the pressure source ( 102 ' ) can preferably by a sensor ( S ). It can for this purpose on the signal of the pressure sensor ( 103 ' ) are recourse to the high-pressure accumulator. The circuit diagram according to 4 points in the direction of flow starting from the pressure source ( 102 ' ) on:
  • • a throttle ( 106 ' ), which images in particular flow phenomena in the transition between the high-pressure accumulator and the supply line;
  • A conduit element ( 101` ), in particular for simulating the flow through the supply line;
  • A measuring point (S) for detecting the pressure (Pin) in the inlet area of the fuel injector ( 100 ) (optional). The value of a detected pressure (Pin), for example, from the signal of the inlet pressure sensor ( 112 );
  • A conduit element ( 110 ' ), in particular the flow of the fuel through the fuel passage ( 110 ) in the fuel injector ( 100 ) maps;
  • • a throttle ( A_1 ' ), in particular for describing the flow at the first throttle area ( A_1 ) of a double-cone valve body ( 116a) ;
  • • a volume ( 122 ' ), in particular for describing the pressure and volume ratios in the intermediate chamber ( 122 );
  • • a throttle ( A-2` ), in particular for describing the flow conditions in the region of the second throttle area ( A_2 );
  • • a volume ( 120 ' ), in particular for describing the fluid-mechanical state in the antechamber ( 120 );
  • • a throttle ( 119 ' ), in particular for describing the flow conditions in the one or more injection openings ( 119 ).

Die Druck-Senke (124') repräsentiert bevorzugt die Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Der Druck an der Drucksenke (124') entspricht dem Druck in Außenbereich des Auslasses, d.h. insbesondere dem Druck (Pcyl) in der Brennkammer.The pressure sink ( 124 ' ) preferably represents the combustion chamber of an internal combustion engine. The pressure at the pressure sink ( 124 ' ) corresponds to the pressure in the outer region of the outlet, ie in particular the pressure (Pcyl) in the combustion chamber.

5 zeigt Schaltbild für ein abgewandeltes Rechenmodell, das bevorzugt bei einem direkt aktuierten Kraftstoffinjektor mit einem Sitzventil (114b) mit einem Einzelkonus-Ventilkörper (116b) verwendet werden kann. Alternativ kann das Rechenmodell gemäß dem Schaltbild von 5 für einen Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil verwendet werden, wobei der Neben-Kraftstofffluss vernachlässigt wird. Das abgewandelte Rechenmodell gemäß dem Schaltbild von 5 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Rechenmodell gemäß dem Schaltbild von 4, wobei jedoch das Volumen (122') für die Zwischenkammer (122) weggelassen und anstelle der zwei separierten Drosseln (A_1',A_2') für die erste die zweite Drosselfläche (A_1,A_2) nur eine einzelne Drossel (A') vorgesehen ist, die das Strömungsverhalten an der Drosselfläche (A) des Einzelkonus-Ventilkörpers (116b) wiedergibt. 5 shows a circuit diagram for a modified calculation model, which is preferably used in a directly actuated fuel injector with a seat valve (FIG. 114b) with a single cone valve body ( 116b) can be used. Alternatively, the calculation model according to the circuit diagram of 5 be used for a fuel injector with a servo valve, wherein the secondary fuel flow is neglected. The modified calculation model according to the circuit diagram of 5 has essentially the same structure as the calculation model according to the circuit diagram of 4 but where the volume ( 122 ' ) for the intermediate chamber ( 122 ) and instead of the two separated throttles ( A_1 ' , A_2 ') for the first the second throttle area ( A_1 , A_2) is provided only a single throttle (A '), the flow behavior at the throttle area (A) of the single-cone valve body ( 116b) reproduces.

6 zeigt ein Schaltbild für ein Rechenmodell, das bevorzugt für einen Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil und mit einem Doppelkonus-Ventilkörper (116a) verwendet werden kann. Das Rechenmodell gemäß dem Schaltbild von 6 weist in Bezug auf den Haupt-Kraftstofffluss zwischen einer Druck-Quelle (102') und einer Druck-Senke (124) denselben Aufbau auf, wie das Rechenmodell gemäß dem Schaltbild von 4. Es ist allerdings in dem Schaltbild von 6 ein abgewandelter Mittelbereich vorgesehen, in dem eine erste Leitung (110') und eine zweite Leitung (110") angeordnet sind, die insbesondere die Strömungsverhältnisse innerhalb der Kraftstoffpassage (110) vor und nach einem Abzweigungspunkt für den Neben-Kraftstofffluss zu der Steuerkammer beschreiben. 6 1 is a circuit diagram for a calculation model which is preferred for a fuel injector with a servo valve and with a double-cone valve body (FIG. 116a) can be used. The calculation model according to the circuit diagram of 6 indicates in relation to the main fuel flow between a pressure source ( 102 ' ) and a pressure sink ( 124 ) has the same structure as the calculation model according to the circuit diagram of 4 , It is however in the diagram of 6 a modified central region is provided in which a first line ( 110 ' ) and a second line ( 110 ' ) are arranged, which in particular the flow conditions within the fuel passage ( 110 ) before and after a branch point for the sub-fuel flow to the control chamber.

Zwischen den beiden Leitungen (110', 110") ist in dem Schaltbild ein Abzweigungspunkt angeordnet, von dem aus ein Stromfaden über eine Übergangsdrossel (125') ein Volumen (126'), das bevorzugt die Verhältnisse in der Steuerkammer (126) beschreibt, und eine aktuierbare Drossel (128'), die bevorzugt das Steuerventil (128) repräsentiert, zu einer weiteren Druck-Senke (132') führt. Die Übergangsdrossel (125') beschreibt bevorzugt Strömungsverhältnisse für den Neben-Kraftstofffluss von der Kraftstoffpassage (110) zu der Drucksteuerkammer (126) (Eingangsdrossel). Das anschließende Volumen (126') beschreibt den fluidmechanischen Zustand innerhalb der Drucksteuerkammer (126) eines Servoventils.Between the two lines ( 110 ' . 110 ' ), a branch point is arranged in the circuit diagram, from which a current thread via a transition choke ( 125 ' ) a volume ( 126 ' ), which preferably the conditions in the control chamber ( 126 ) and an actuatable throttle ( 128 ' ), which prefers the control valve ( 128 ), to another pressure sink ( 132 ' ) leads. The transition choke ( 125 ' ) preferably describes flow conditions for the secondary fuel flow from the fuel passage ( 110 ) to the pressure control chamber ( 126 ) (Input choke). The subsequent volume ( 126 ' ) describes the fluid mechanical state within the pressure control chamber ( 126 ) of a servo valve.

Wie oben ausgeführt wurde, kann bei einem Servoventil ein Steuerventil (128) aktuiert werden, um eine Verbindung zwischen der Drucksteuerkammer (126) und einem Außenbereich, insbesondere einer Abführleitung (132) zu einem Kraftstofftank hin, zu öffnen. In dem Rechenmodell kann ein Druckabfall (dP), der zu einer Öffnungsbewegung oder einer Schließbewegung des Ventilkörpers (116) führt, simuliert werden. Der Druckabfall (dP) kann je nach der konkreten Ausführung des Dreiwegeventils aus einer Differenz zwischen dem Druck in der Steuerkammer (126) und einem Druck an dem anderen unter Druck gesetzten Volumen des Kraftstoffinjektors (100), beispielsweise einem Druck bei einer der Komponenten (110",122',120') berechnet werden. Insbesondere kann hier eine Transferfunktion verwendet werden, die aus dem gemessenen Druck (Pin) am Einlass des Injektors den Hub des Ventilkörpers berechnet, bspw. als (h = f(Pin)) oder (h = /(ΔP)), mit ΔP = Differenz zwischen Druck am Einlass (Pin) und Referenzdruck (Pac) am Hochdruck-Akkumulator.As stated above, in the case of a servo valve, a control valve ( 128 ) in order to establish a connection between the pressure control chamber ( 126 ) and an outdoor area, in particular a discharge line ( 132 ) to a fuel tank, open. In the calculation model, a pressure drop (dP) that results in an opening movement or a closing movement of the valve body (FIG. 116 ), be simulated. The pressure drop (dP) may, depending on the specific design of the three-way valve from a difference between the pressure in the control chamber ( 126 ) and a pressure at the other pressurized volume of the fuel injector ( 100 ), for example a pressure on one of the components ( 110 ' , 122 ', 120') are calculated. In particular, here a transfer function can be used which calculates the stroke of the valve body from the measured pressure (Pin) at the inlet of the injector, for example as (h = f (pin)) or (h = / (ΔP)), with ΔP = Difference between pressure at the inlet (pin) and reference pressure (Pac) at the high pressure accumulator.

In dem Schaltbild von 6 ist auch ein Ventilkörper (116) dargestellt, der durch ein elastisches Rückstellelement (130) in Richtung des Volumens (120'), das die Vorkammer repräsentieren kann, gedrängt wird. Der Ventilkörper (116) ist nicht zwingend Bestandteil einer rechnerischen bzw. steuerungstechnischen Umsetzung des Rechenmodells. Er ist in 6 zur Erläuterung der Zusammenhänge zwischen der Modellerstellung und der Ausbildung des Kraftstoffinjektors dargestellt. Je nach Detaillierungsgrad des Rechenmodells kann das dynamische Verhalten des Ventilkörpers, d.h. insbesondere dessen Bewegung infolge der Druckverhältnisse im Injektor, direkt simuliert bzw. berechnet, durch eine geeignete Annäherungsrechnung ersetzt oder vernachlässigt werden.In the diagram of 6 is also a valve body ( 116 ) represented by an elastic return element ( 130 ) in the direction of the volume ( 120 ' ), which can represent the antechamber, is urged. The valve body ( 116 ) is not necessarily part of a mathematical or control-technical implementation of the calculation model. He is in 6 to illustrate the relationships between the modeling and the design of the fuel injector. Depending on the degree of detail of the computer model, the dynamic behavior of the valve body, ie in particular its movement as a result of the pressure conditions in the injector, can be directly simulated or calculated, replaced by a suitable approximation calculation or neglected.

Ein Rechenmodell kann bevorzugt für das Verfahren zur Bestimmung der Injektionsrate (q) eines Kraftstoffinjektionsventils (100) als Software innerhalb einer elektronischen Steuereinheit (ECU) ausgeführt werden. Das Rechenmodell wird bevorzugt derart parametrisiert, dass die aus dem Modell berechneten Ergebnisse mit den (bspw. im Laborversuch gemessenen) tatsächlich Druckverläufen und Massenverläufen genau übereinstimmt.A mathematical model may be preferred for the method for determining the injection rate (q) of a fuel injection valve (FIG. 100 ) are executed as software within an electronic control unit (ECU). The calculation model is preferably parameterized such that the results calculated from the model with the (eg, measured in the laboratory experiment) actually pressure curves and mass progressions exactly matches.

Auf der elektronischen Steuereinheit (ECU) wird bevorzugt auch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder zur Regelung der Injektionsmenge (Q) des Kraftstoffinjektionsventils (100) ausgeführt. Die Injektionsmenge (Q) wird bevorzugt während eines Einspritzvorgangs aus der Injektionsrate (q) berechnet, insbesondere durch Integration.On the electronic control unit (ECU) is preferably also a method for determining and / or regulating the injection quantity (Q) of the fuel injection valve ( 100 ). The injection quantity (Q) is preferably calculated during an injection process from the injection rate (q), in particular by integration.

Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Die einzelnen Merkmale der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden. Sowohl ein direkt aktuierter Kraftstoffinjektor als auch ein Kraftstoffinjektor mit einem Servoventil (mit Zweiwegeventil, Dreiwegeventil oder mit anderer Ausbildung) können mit einem Sitzventil (114,114a,114b) mit einem Doppelkonus-Ventilkörper (116a) oder einem Einzelkonus-Ventilkörper (116b) ausgestattet sein. Dementsprechend kann das verwendende Rechenmodell an beliebige Kraftstoffinjektoren angepasst sein. Alternativ kann eine beliebige andere Ausbildung eines Sitzventils (114) oder eines sonstigen Ventils, insbesondere eines Nadelventils, vorgesehen sein, beispielweise als VCO-Nadelventil. Das Rechenmodell kann entsprechend der Geometrie und den fluidmechanischen Bedingungen angepasst sein. Es kann insbesondere eine andere Abfolge von Leitungen, Drosseln Messpunkten und Volumina vorgesehen sein.Modifications of the invention are possible in various ways. The individual features of the embodiments shown and described can be combined with one another in any desired manner, replaced with one another, supplemented or omitted. Both a directly actuated fuel injector and a fuel injector with a servo valve (with two-way valve, three-way valve or with other training) can be equipped with a seat valve ( 114 , 114a, 114b) with a double-cone valve body ( 116a) or a single cone valve body ( 116b) be equipped. Accordingly, the computing model using can be adapted to any fuel injectors. Alternatively, any other design of a poppet valve ( 114 ) or another valve, in particular a needle valve, may be provided, for example as a VCO needle valve. The calculation model can be adapted according to the geometry and the fluid mechanical conditions. In particular, a different sequence of lines, throttles, measuring points and volumes can be provided.

Bei der fluidmechanischen Berechnung kann bevorzugt mit kompressiblen Fluiden gerechnet werden. Alternativ kann zur Vereinfachung der Berechnung in Teilen des Modells oder in dem gesamten Modell auch mit inkompressiblen Fluiden gerechnet werden.Compressible fluids can preferably be used in the fluid mechanical calculation. Alternatively, in order to simplify the calculation in parts of the model or in the entire model, incompressible fluids can also be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100 Kraftstoffinjektor / KraftstoffinjektionsventilFuel injector / fuel injection valve Fuel injector / fuel injection valveFuel injector / fuel injection valve 101,101 Zuführpassagesupply passage Supply passageSupply passage 101'101 ' 102102 Hochdruck-AkkumulatorHigh-pressure accumulator High pressure accumulatorHigh pressure accumulator 102'102 ' Druck-QuellePressure source Pressure sourcePressure source 103103 Drucksensor am AkkumulatorPressure sensor on the accumulator Pressure sensor at accumulatorPressure sensor at accumulator 103'103 ' Messpunktmeasuring point Sensor pointSensor point 104104 Zylindercylinder CylinderCylinder 105105 Kolbenpiston PistonPiston 106106 Einlassbereichinlet area Inlet sectionInlet section 106"106 ' 108108 Auslassbereichoutlet Outlet sectionOutlet section 109109 Grundkörperbody Structural bodyStructural body 110110 KraftstoffpassageFuel passage Fuel passageFuel passage 110'110 ' Leitungmanagement PipePipe 110"110 ' 111111 Aktuatoractuator ActuatorActuator 112112 Einlass-Drucksensor am Injektor-EinlassInlet pressure sensor at the injector inlet Inlet pressure sensor at injector inletInlet pressure sensor at injector inlet 112'112 ' Messpunktmeasuring point Sensor pointSensor point 114114 Ventil / SitzventilValve / seat valve Valve / Poppet valveValve / Poppet valve 114a114a Sitzventil mit DoppelkonusSeat valve with double cone Double cone poppet valveDouble cone poppet valve 114b114b Sitzventil mit EinzelkonusSeat valve with single cone Single cone poppet valveSingle cone poppet valve 116116 Ventilkörpervalve body PoppetPoppet 116a116a Doppelkonus-VentilkörperDouble cone valve body Double cone poppetDouble cone poppet 116b116b Einzelkonus-VentilkörperSingle cone valve body Single cone poppetSingle cone poppet 118118 Ventilsitz (konisch)Valve seat (conical) Valve seat (conical)Valve seat (conical) 119119 Injektionsöffnung /Injection opening / Injection orificeInjection orifice 119'119 ' Spritzlochspiracle 120120 Vorkammerantechamber Pre-chamberPre-chamber 120'120 ' Volumenvolume VolumeVolume 122122 Zwischenkammerintermediate chamber Intermediate chamberIntermediate chamber 122'122 ' Volumenvolume VolumeVolume 124124 Brennkammercombustion chamber Combustion chamberCombustion chamber 124'124 ' Druck-SenkePressure sink Pressure-sinkPressure-sink 125125 ÜbergangsdrosselTransition throttle Transmission throttleTransmission throttle 125'125 ' Eingangsdrossel / DrosselInput throttle / throttle ThrottleThrottle 126126 DrucksteuerkammerPressure control chamber Pressure control chamberPressure control chamber 126'126 ' Volumenvolume VolumeVolume 128128 Steuerventil - AusgangsdrosselControl Valve - Output Throttle Control valveControl valve 128'128 ' Drosselthrottle ThrottleThrottle 130130 Rückstellelement / FederReset element / spring Resetting member / springResetting member / spring 132132 Abführleitung, RückführleitungDischarge line, return line Drain pipeDrain pipe 132'132 ' Druck-SenkePressure sink Pressure-sinkPressure-sink ECUECU Elektronische SteuereinheitElectronic control unit Electronic control unitElectronic control unit AA Drosselflächethrottle area Throttle areaThrottle area A'A ' Drosselthrottle ThrottleThrottle A_1A_1 Erste DrosselflächeFirst throttle area First throttle areaFirst throttle area A_1'A_1 ' Drosselthrottle ThrottleThrottle A_2A_2 zweite Drosselflächesecond throttle area Second throttle areaSecond throttle area A_2'A_2 ' Drosselthrottle ThrottleThrottle aa Ventilkörper-ÖffnungswinkelValve body opening angle Poppet anglePoppet angle bb Ventilsitz-ÖffnungswinkelValve seat angle Valve seat angleValve seat angle BB Geometriefaktorgeometry factor Geometry factorGeometry factor hH Hubhöhe des VentilkörperLifting height of the valve body Lift height of poppetLift height of poppet PcylPcyl Druck im ZylinderPressure in the cylinder Pressure in CylinderPressure in cylinder Ppcppc Druck in VorkammerPressure in antechamber Pressure in pre-chamberPressure in pre-chamber Pfppfp Druck in KraftstoffpassagePressure in fuel passage Pressure in fuel passagePressure in fuel passage PacPac Druck im AkkumulatorPressure in the accumulator Pressure in accumulatorPressure in accumulator PinPin code Druck am EinlassPressure at the inlet Pressure at inletPressure at inlet qq Injektionsrateinjection rate Injection rateInjection rate QQ Injektionsmengeinjection amount Injection quantityInjection quantity uu Fließgeschwindigkeitflow rate Flow velocityFlow velocity

Claims (14)

Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsrate (q) eines Kraftstoffinjektionsventils (100), wobei das Kraftstoffinjektionsventil (100) einen Grundkörper (109) mit einem Einlassbereich (106), an dem Hochdruckkraftstoff zugeführt wird, einem Auslassbereich (108), an dem Kraftstoff aus einer oder mehreren Injektionsöffnungen (119) injiziert werden kann, und einer Kraftstoffpassage (110,110'), die Kraftstoff zwischen dem Einlassbereich (106) und dem Auslassbereich (108) führt, aufweist, und wobei das Kraftstoffinjektionsventil (100) ein Sitzventil (114,114a,114b) aufweist, das eine Verbindung zwischen der Kraftstoffpassage (110) und einer Vorkammer (120) öffnet und schließt, wobei die Vorkammer (120) in dem Grundkörper (109) in Flussrichtung vor der einen oder den mehreren Injektionsöffnungen (119) angeordnet ist, und wobei ein Druck (Pin) im Einlassbereich (106) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) mittels eines Rechenmodells für den Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffinjektionsventil (100) basierend auf dem erfassten Druck (Pin) im Einlassbereich (106) berechnet wird und die Injektionsrate (q) aus dem Druck (Ppc) in der Vorkammer (120) berechnet wird.A method of determining an injection rate (q) of a fuel injection valve (100), the fuel injection valve (100) having a body (109) with an inlet region (106) to which high pressure fuel is supplied, an outlet region (108) to which fuel from one or more of a plurality of injection ports (119) and a fuel passage (110, 110 ') leading fuel between the inlet region (106) and the outlet region (108), and wherein the fuel injection valve (100) is a poppet valve (114, 114a, 114b) which opens and closes a connection between the fuel passage (110) and an antechamber (120), the prechamber (120) in the base body (109) in the flow direction in front of the one or a plurality of injection ports (119), and wherein a pressure (Pin) in the inlet region (106) is detected, characterized in that a pressure (Ppc) in the pre-chamber (120) by means of a computing model for the transport of fuel through the Fuel injection valve (100) is calculated based on the detected pressure (pin) in the inlet region (106) and the injection rate (q) is calculated from the pressure (Ppc) in the prechamber (120). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Erfassung eines Drucks (Pin) im Einlassbereich (106) des Kraftstoffinjektionsventils (100); - Ermittlung eines Ventilhubs (h) des Ventilkörpers (116,116a,116b); - Berechnung des Drucks (Ppc) im Vorraum (120) mittels des Rechenmodells; - Berechnung der Injektionsrate (q) von Kraftstoff, der aus den Injektionsöffnungen (119) injiziert wird, basierend auf dem ermittelten Druck (Ppc) im Vorraum (120), einem Druck (Pcyl) im Außenbereich des Auslasses und der Geometrie der Injektionsöffnungen (119).Method according to Claim 1 characterized in that the method comprises the steps of: detecting a pressure (Pin) in the inlet region (106) of the fuel injection valve (100); - Determining a valve lift (h) of the valve body (116,116a, 116b); - Calculation of the pressure (Ppc) in the vestibule (120) by means of the calculation model; Calculating the injection rate (q) of fuel injected from the injection ports (119) based on the detected pressure (Ppc) in the vestibule (120), a pressure (Pcyl) in the outer region of the outlet and the geometry of the injection ports (119 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell ein fluidmechanisches Stromfadenmodell ist, in dem Massenbewegungen zwischen dem Einlassbereich (106) und der Vorkammer (120) dynamisch berechnet werden.Method according to Claim 1 or 2 characterized in that the computational model is a fluid mechanical streamline model in which mass motions between the inlet region (106) and the prechamber (120) are dynamically calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sitzventil (114) ein Doppelkonus-Sitzventil (114a) ist.Method according to one of Claims 1 . 2 or 3 , characterized in that the poppet valve (114) is a double-cone seat valve (114a). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell gemäß einem hydraulischen Schaltbild gebildet ist, das in Flussrichtung ausgehend von einer Druck-Quelle (102') zu einer Druck-Senke (124') folgende Simulationskomponenten aufweist: - eine Leitung (110'); - eine Drossel (A_1'); - ein Volumen (122'); - eine Drossel (A_2'); - ein Volumen (120'); - eine Drossel (119').Method according to Claim 4 , characterized in that the calculation model is formed according to a hydraulic circuit diagram, which in the flow direction starting from a pressure source (102 ') to a pressure sink (124') comprises the following simulation components: - a line (110 '); a throttle (A_1 '); a volume (122 '); a throttle (A_2 '); a volume (120 '); - A throttle (119 '). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sitzventil (114) ein Einzelkonus-Sitzventil (114b) ist.Method according to Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that the poppet valve (114) is a single-cone seat valve (114b). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell gemäß einem hydraulischen Schaltbild gebildet ist, das in Flussrichtung ausgehend von einer Druck-Quelle (102') zu einer Druck-Senke (124') folgende Simulationskomponenten aufweist: - eine Leitung (110'); - eine Drossel (A'); - ein Volumen (120'); - eine Drossel (119').Method according to Claim 6 , characterized in that the calculation model is formed according to a hydraulic circuit diagram, which in the flow direction starting from a pressure source (102 ') to a pressure sink (124') comprises the following simulation components: - a line (110 '); a throttle (A '); a volume (120 '); - A throttle (119 '). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Kraftstoffinjektionsventil (100) mit einem Servoventil ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel injection valve (100) is formed with a servo valve. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell nach einem der Ansprüche 5 oder 7 ausgebildet ist, wobei in dem hydraulischen Schaltbild, nach dem das Rechenmodell gebildet ist, hinter der Leitung (110') zusätzlich ein Abzweigungspunkt und eine zweite Leitung (110") angeordnet sind, und wobei von dem Abzweigungspunkt ein zusätzlicher Stromfaden wegführt, in dessen Flussrichtung zu einer weiteren Druck-Senke (132') folgende Simulationskomponenten vorgesehen sind: - eine Übergangsdrossel (125'); - ein Volumen (126'); - eine Drossel (128').Method according to one of the preceding claims, characterized in that the calculation model according to one of Claims 5 or 7 is formed, wherein in the hydraulic circuit diagram, after the calculation model is formed, behind the line (110 ') additionally a branch point and a second line (110 ") are arranged, and wherein an additional current thread leads away from the branch point, in its flow direction the following simulation components are provided for a further pressure sink (132 '): a transition throttle (125'), a volume (126 '), a throttle (128'). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Drosselfläche (A, A-1, A_2) zwischen dem Ventilkörper (116,116a,116b) und dem Ventilsitzbereich (118) basierend auf einer Hubhöhe (h) des Ventilkörpers (116,116a,116b) und der Geometrie des Sitzventils (114,114a,114b) berechnet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a throttle surface (A, A-1, A_2) between the valve body (116,116a, 116b) and the valve seat portion (118) based on a lifting height (h) of the valve body (116,116a, 116b) and the geometry of the poppet valve (114, 114a, 114b). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubhöhe (h) des Ventilkörpers (116,116a,116b) mittels einer Übertragungsfunktion aus dem Druck (Pin) am Einlassbereich (106) berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a lifting height (h) of the valve body (116, 116a, 116b) is calculated by means of a transfer function from the pressure (Pin) at the inlet region (106). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Druckänderung des Drucks (Pin) am Einlassbereich (106) relativ zu einem Referenzdruck (Pac) an einem Hochdruckakkumulator (102) erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a pressure change of the pressure (pin) at the inlet region (106) is detected relative to a reference pressure (Pac) at a Hochdruckakkumulator (102). Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsmenge (Q) eines Kraftstoffinjektionsventils (100), wobei das Kraftstoffinjektionsventil (100) ein aktuierbares Sitzventil (114, 114a, 114b) zur Auslösung einer Einspritzung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmenge (Q) aus einer Injektionsrate (q) des Kraftstoffinjektionsventils (100) berechnet wird, die nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 bestimmt wird.Method for determining an injection quantity (Q) of a fuel injection valve (100), wherein the fuel injection valve (100) has an actuatable seat valve (114, 114a, 114b) for initiating an injection, characterized in that the injection quantity (Q) is calculated from an injection rate (q ) of the fuel injection valve (100) is calculated according to a method according to at least one of Claims 1 to 12 is determined. Verfahren zur Regelung der Injektionsmenge (Q) eines Kraftstoffinjektionsventils (100) in einem geschlossen Regelkreis, wobei das Kraftstoffinjektionsventil (100) ein aktuierbares Sitzventil (114,114a,114b) zur Auslösung einer Einspritzung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Injektionsrate (q) des Kraftstoffinjektionsventils (100) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 bestimmt wird.Method for regulating the injection quantity (Q) of a fuel injection valve (100) in a closed loop, wherein the fuel injection valve (100) has an actuatable seat valve (114, 114a, 114b) for initiating an injection, characterized in that an injection rate (q) of the fuel injection valve (100) with a method according to one of the Claims 1 to 12 is determined.
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