DE102015219640A1 - Method for determining a property of a fuel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen mindestens einer Eigenschaft eines Kraftstoffs, das in einem Injektor (10) einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors, welcher über ein Magnetventil (12) verfügt, durchgeführt wird, wobei an mindestens einer Stelle in dem Injektor (10) der Druck des Kraftstoffs in einem Zeitraum während einer Ansteuerung des Magnetventils (12) gemessen wird und aus dem Verlauf des Drucks die mindestens eine Eigenschaften hergeleitet wird.The invention relates to a method for determining at least one property of a fuel which is carried out in an injector (10) of an injection system of an internal combustion engine, which has a solenoid valve (12), wherein at least one point in the injector (10) the pressure of the fuel is measured in a period during activation of the solenoid valve (12), and the at least one characteristic is derived from the course of the pressure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen mindestens einer Eigenschaft eines Kraftstoffs und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining at least one property of a fuel and to an arrangement for carrying out the method.
Stand der TechnikState of the art
In Verbrennungsmotoren wird die chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Arbeit durch Verbrennen des Kraftstoffs umgewandelt. Zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume, die Zylinder, des Verbrennungsmotors werden Injektoren verwendet.In internal combustion engines, the chemical energy of a fuel is converted to mechanical work by burning the fuel. Injectors are used to inject the fuel into the combustion chambers, the cylinders of the internal combustion engine.
Injektoren, die nach dem Servoprinzip arbeiten, umfassen grundsätzlich ein Schaltventil, einen Haltekörper, einen Düsenkörper und eine Düsennadel. Im nicht angesteuerten Zustand wird die Düsennadel durch den anliegenden Raildruck in ihren Sitz gedrückt, es wird kein Kraftstoff eingespritzt. Wird das Schaltventil mittels einer Ansteuerung bewegt, wird der Druck im Steuerraum abgesenkt, die Düsennadel hebt ab und Kraftstoff wird eingespritzt. Die Düsennadel bewegt sich bei einer Einspritzung von einer geschlossenen Position zum Nadelöffnungszeitpunkt zu einem Nadelumkehrpunkt oder einem Hubanschlag, in dem die Düsennadel am weitesten aus ihrer Ruheposition bewegt ist, wieder zurück zu ihrer Ruheposition zum Nadelschließzeitpunkt. Die Ansteuerdauer wirkt sich dabei unmittelbar auf die Einspritzmenge aus. Der vorgestellte Injektor enthält zusätzlich zu den voranstehend genannten Bauteilen einen Sensor, mit dem ein charakteristischer Druck, z. B. der Ventilraumdruck, gemessen werden kann. Aus diesem Druck kann auch das Spritzende, das Schließen der Düse, bestimmt und für eine Regelung der Spritzdauer verwendet werden. Verschiedene Effekte können nun im Betrieb zu einer Änderung der Spritzdauer führen, auf die jedoch bei einem geregelten Einspritzsystem unterschiedlich reagiert werden muss. So kann die Spritzdauer, z. B. durch eine Verkokung der Düse oder eine Temperaturänderung des Kraftstoffs bzw. dessen Viskosität, verändert sein. Im Falle der Verkokung ist eine verlängerte Spritzdauer bewusst angestrebt, der Sollwert der Spritzdauer wird angehoben, um den geminderten Düsendurchfluss durch eine längere Einspritzung zu kompensieren. Dies führt zu einer konstanten Einspritzmenge. Ist eine reduzierte Kraftstoffviskosität die Ursache für ein späteres Spritzende, muss der Referenzwert für die Spritzdauer beibehalten werden. Der Sollwert bleibt bestehen.Injectors that operate on the servo principle, basically include a switching valve, a holding body, a nozzle body and a nozzle needle. In the non-activated state, the nozzle needle is pressed into its seat by the adjacent rail pressure, no fuel is injected. If the switching valve is moved by means of a control, the pressure in the control chamber is lowered, the nozzle needle lifts off and fuel is injected. The nozzle needle moves back to its rest position at the needle closing time point during injection from a closed position to the needle opening time point to a needle turning point or a stroke stop in which the nozzle needle is furthest from its rest position. The activation duration has an immediate effect on the injection quantity. The presented injector contains in addition to the above-mentioned components a sensor with which a characteristic pressure, for. B. the valve chamber pressure can be measured. From this pressure, the injection end, the closing of the nozzle can be determined and used for a control of the injection duration. Various effects can now lead to a change in the duration of injection in operation, but must be reacted differently in a regulated injection system. So the injection time, z. B. by a coking of the nozzle or a change in temperature of the fuel or its viscosity, to be changed. In the case of coking, a prolonged spraying time is deliberately aimed at, the setpoint value of the spraying time is raised in order to compensate for the reduced nozzle flow through a longer injection. This leads to a constant injection quantity. If a reduced fuel viscosity is the cause of a later jet, the reference value for the spray duration must be maintained. The setpoint remains.
Allein aus dem Spritzendesignal kann jedoch nicht erkannt werden, welcher der beiden genannten Ursachen der Spritzdaueränderung zu Grunde liegt. Um eine Verkokungs- oder Temperaturkorrektur im geregelten Einspritzsystem vorzunehmen, muss demnach die Ursache einer Abweichung vom Spritzdauer- oder Spritzende-Sollwert bekannt sein. Diese Information wird erfindungsgemäß durch charakteristische Größen des Ventils bestimmt, da diese nur vom Kraftstoff, nicht jedoch von der Düsenverkokung abhängen. Somit kann die Ursache einer Spritzdaueränderung differenziert werden.However, it is not possible to determine from the splash signal alone which of the two named causes of the duration of the spray duration is the basis. In order to make a coking or temperature correction in the controlled injection system, therefore, the cause of a deviation from the injection duration or injection end setpoint must be known. This information is determined according to the invention by characteristic sizes of the valve, since these depend only on the fuel, but not on the Düsenverkokung. Thus, the cause of a spray duration change can be differentiated.
Die Einspritzmenge und somit auch die Spritzdauer bei Common-Rail-Systemen (CRS) ist weiterhin von verschiedenen Kraftstoffeigenschaften abhängig, die wiederum von der Art des Kraftstoffs und den Umgebungsbedingungen abhängen. Beispielsweise ist die Viskosität der Kraftstoffsorte, bspw. Winterdiesel, Arctic-Diesel, Biodiesel, Mischungen verschiedener Kraftstoffsorten, und zusätzlich auch von der Temperatur und dem (Rail-)Druck abhängig. Solange im CRS keine Möglichkeit besteht, wichtige Kraftstoffeigenschaften, z. B. direkt über einen Sensor, zu bestimmen, können Mengeneinflüsse dieser Eigenschaften nur ungenügend oder überhaupt nicht korrigiert werden.The injection quantity, and therefore the injection duration, of Common Rail Systems (CRS) will continue to depend on various fuel properties, which in turn depend on the type of fuel and the ambient conditions. For example, the viscosity of the fuel grade, for example. Winter diesel, Arctic diesel, biodiesel, mixtures of different fuel types, and in addition also on the temperature and the (rail) pressure dependent. As long as there is no possibility in the CRS, important fuel properties, eg. B. directly via a sensor to determine quantity effects of these properties can only be corrected insufficiently or not at all.
Das Verhalten der in Einspritzanlagen eingesetzten Magnetventilinjektoren ist in hohem Maße abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs. So beeinflussen Kraftstoffeigenschaften, wie bspw. die Viskosität und die Dichte, die eingespritzte Kraftstoffmenge. Insbesondere ist zu beachten, dass die Viskosität sich stark mit der Temperatur ändert. Es wird daher angestrebt, Eigenschaften des Kraftstoffs zu bestimmen, um die gesamte Einspritzanlage und dabei insbesondere die Injektoren an diese Eigenschaften anpassen zu können.The behavior of the solenoid valve injectors used in injection systems depends to a great extent on the properties of the fuel used. Thus, fuel properties, such as viscosity and density, affect the amount of fuel injected. In particular, it should be noted that the viscosity varies greatly with temperature. It is therefore desirable to determine properties of the fuel in order to be able to adapt the entire injection system and in particular the injectors to these properties.
Aus der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 13 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method according to claim 1 and an arrangement according to claim 13 are presented. Embodiments result from the dependent claims and from the description.
Das vorliegende Verfahren dient zum Bestimmen mindestens einer Eigenschaft eines Kraftstoffs und wird in einem Injektor einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors, typischerweise einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, durchgeführt. So kann als eine Eigenschaft des Kraftstoffs dessen Viskosität hergeleitet und somit bestimmt werden bzw. die Abweichung zu einer Referenzviskosität bestimmt werden.The present method is used to determine at least one property of a fuel and is performed in an injector of an injection system of an internal combustion engine, typically an injection system of an internal combustion engine in a motor vehicle. So, as a property the viscosity of the fuel derived and thus determined or the deviation are determined to a reference viscosity.
Das Verfahren ist insbesondere vor einem Start eines Kraftfahrzeugs durchzuführen, um Rückschlüsse auf den getankten Kraftstoff zu ziehen, da auf diese Weise rechtzeitig die Einspritzanlage an die vorliegenden Kraftstoffeigenschaften angepasst werden kann. Dies findet insbesondere Berücksichtigung bei der Ansteuerung. So bietet das Verfahren sich grundsätzlich bei einem Kaltstart an. Weiterhin kann das Verfahren im Betrieb kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen durchgeführt werden. In particular, the method is to be carried out prior to a start of a motor vehicle in order to draw conclusions about the refueled fuel, since in this way the injection system can be adapted in good time to the present fuel properties. This is especially taken into account in the control. Thus, the method basically offers a cold start. Furthermore, the method can be carried out continuously or at intervals in operation.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht, zumindest in einigen der Ausgestaltungen, die Bestimmung für die Einspritzmengen relevanten Stoffgrößen des Kraftstoffs. Insbesondere wird die Bestimmung der einspritzrelevanten Kraftstoffeigenschaften aus dem Ventilverhalten ermöglicht. Zudem kann eine Kompensation von Temperatureinflüssen vorgenommen werden.The present method allows, at least in some of the embodiments, the determination of the fuel quantities relevant to the injection quantities of the fuel. In particular, the determination of the injection-relevant fuel properties from the valve behavior is made possible. In addition, a compensation of temperature influences can be made.
Bisherige Einspritzsysteme umfassen gesteuerte Funktionen, die die vorstehend beschriebene Änderung der Kraftstoffeigenschaften zum Teil kompensieren, d. h. das bei Vorliegen bestimmter Temperaturen im Kraftstoff oder der Umgebung die Ansteuerdauer der Injektoren verändert wird, um eine annähernd konstante Einspritzmenge zu erhalten. Dieser Korrektureingriff wird üblicherweise zeitgesteuert über eine Rampe zurückgenommen und abgeschaltet. Dieses Vorgehen stellt jedoch nur eine sehr grobe Kompensation der Effekte dar. Dies ist insbesondere der Fall, da unbekannt ist, welcher Kraftstofftyp getankt wurde. Mit der hierin beschriebenen Bestimmung relevanter Kraftstoffeigenschaften, insbesondere auch in Kombination mit einer Spritzende/-dauerregelung, ist hingegen eine genauere Kompensation dieser Effekte und eine genauere Kraftstoffzumessung möglich. Auf diese Weise sollen auch Einspritztoleranzen reduziert werden.Previous injection systems include controlled functions that partially compensate for the above-described change in fuel properties, i. H. that is changed in the presence of certain temperatures in the fuel or the environment, the driving time of the injectors to obtain an approximately constant injection quantity. This correction intervention is usually taken back in time via a ramp and switched off. However, this procedure represents only a very rough compensation of the effects. This is especially the case, since it is unknown which fuel type was fueled. With the determination of relevant fuel properties described herein, in particular also in combination with a spray end / duration control, however, a more precise compensation of these effects and a more accurate fuel metering is possible. In this way, injection tolerances should also be reduced.
Die vorgestellte Anordnung dient zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Als Anordnung dient bspw. ein Steuergerät.The presented arrangement serves to carry out the method described. As an arrangement is, for example, a control unit.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Der dargestellte Injektor
Wird beim Betätigen des Ankers
Der Widerstand des Mediums, in diesem Fall des Kraftstoffs, auf die bewegte Armatur, in diesem Fall den Anker
Aus dem Verlauf des z. B. Ventilraumdrucks (beim Öffnen des Schaltventils bzw. Magnetventils
Weiterhin sind in der Darstellung eine minimale Spannung des ersten Verlaufs U(Min1)
In einem Fenster
Als Kriterium für die Bewertung des Schaltverhaltens kann z. B. das absolute Minimum des Drucks (Min1/2), also die Höhe des Signals U(Min1/2) verwendet werden, eine etwaige Filterung des Signals, um Störungen zu beseitigen, kann zuvor durchgeführt werden. Ein weiteres Kriterium kann der Zeitpunkt des Erreichens des Minimums (t_Min1/2), gemessen von der Bestromung bis zum Minimum, ggfs. gefilterten Signals, sein.As a criterion for the evaluation of the switching behavior z. B. the absolute minimum of the pressure (Min1 / 2), ie the height of the signal U (Min1 / 2) are used, any filtering of the signal to eliminate interference, can be performed beforehand. Another criterion may be the time of reaching the minimum (t_Min1 / 2), measured from the current to the minimum, if necessary filtered signal.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, den maximalen Gradienten des Drucksignals beim Öffnen bzw. Schließen des Ventils zu bestimmen Max(dU/dt_1/2). Alternativ kann die Höhe des erreichten Signals im zweiten Fenster
Die gemessenen Charakteristika können ins Verhältnis zu den entsprechenden Werten eines mittellagigen "idealen" Injektors gesetzt werden. Um Komponententoleranzen bei der Bestimmung der Kraftstoffeigenschaften zu eliminieren, werden alternativ für jeden Injektor individuell die Abweichung vom Erwartungswert der jeweiligen Messgröße im Normalbetrieb des jeweiligen Injektors bestimmt. Der Normalbetrieb wird vorzugsweise durch das Überschreiten einer relevanten Temperatur, bspw. des Motoröls, des Kühlwassers, des Kraftstoffzulaufs und/oder der Umgebung, beschrieben. Somit ist sichergestellt, dass die geänderten Zeitpunkte, Gradienten und/oder Werte auf eine Änderung der Kraftstofftemperatur bzw. Stoffeigenschaften zurückzuführen sind. Dabei ist auch eine Tanküberwachung möglich, um neue Lernwerte nach einem Tankvorgang zu bestimmen.The measured characteristics can be set in relation to the corresponding values of a medium "ideal" injector. In order to eliminate component tolerances in the determination of the fuel properties, the deviation from the expected value of the respective measured variable during normal operation of the respective injector is determined individually for each injector individually. The normal operation is preferably described by the exceeding of a relevant temperature, for example. The engine oil, the cooling water, the fuel inlet and / or the environment described. This ensures that the changed times, gradients and / or values are due to a change in the fuel temperature or material properties. Tank monitoring is also possible to determine new learning values after refueling.
Aus diesem Diagramm geht hervor, dass zur Bestimmung der Kraftstoffeigenschaften eines der bereits beschriebenen Merkmale aus dem Sensorsignal sowie die gleichzeitige Kenntnis der Kraftstofftemperatur ggf. weiterer Temperaturen, bspw. von Kühlwasser, Motoröl usw. erforderlich ist. From this diagram shows that for determining the fuel properties of one of the features already described from the sensor signal and the simultaneous knowledge of the fuel temperature possibly other temperatures, eg. Of cooling water, engine oil, etc. is required.
Es wird die Bestimmung der Kraftstoffeigenschaften beim Motorkaltstart durchgeführt, der durch Vorliegen der charakteristischen Temperaturen, bspw. in Kraftstoff, Kühlwasser, Motoröl, Umgebung, in einem Wertebereich gekennzeichnet ist, d. h. der Unterschied dieser Temperaturen sollte einen bestimmten Wert nicht überschreiten, damit die Annahme einer annähernd konstanten Temperatur erfüllt ist. The determination of the fuel properties at the cold engine start is performed, which is characterized by the presence of the characteristic temperatures, for example in fuel, cooling water, engine oil, environment, in a range of values, d. H. the difference of these temperatures should not exceed a certain value, so that the assumption of an approximately constant temperature is fulfilled.
Die Kenngrößen, die aus dem Ventilverhalten ermittelt wurden, werden nun mit dem gemessenen Spritzende bzw. Spritzdauer der Düse verglichen bzw. dessen Abweichung von einem Referenzwert verglichen, um zu differenzieren, ob die Ursache der Abweichung des Spritzendes von einer Verkokung oder einer Kraftstoffeigenschaft bedingt ist. Nach dieser Differenzierung wird der Sollwert für die Spritzdauer bzw. das Spritzende angepasst oder beibehalten, bspw. mit verschiedenen Kennfeldern, um den entsprechenden Effekt auf die Einspritzmenge zu kompensieren.The parameters which were determined from the valve behavior are now compared with the measured injection duration of the nozzle or its deviation from a reference value compared to differentiate whether the cause of the deviation of the injection end of a coking or a fuel property is due , After this differentiation, the setpoint for the injection duration or the injection end is adjusted or maintained, for example. With different maps to compensate for the corresponding effect on the injection quantity.
Des Weiteren kann nach dieser Differenzierung ein etwaiger vorhandener Algorithmus zum Lernen von Injektorkenngrößen, z. B. der Verkokung, deaktiviert werden bzw. die gelernten Werte korrigiert werden.Furthermore, after this differentiation, any existing algorithm for Learning injector parameters, eg. As the coking, or the learned values are corrected.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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