DE102007037036A1 - Internal combustion engine controlling and regulating method, involve interpreting increase of voltage as end of injection, and setting beginning and end of injection as decisive factor for subsequent control and regulation of engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine sowie eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens, bei dem von einem elektronischen Steuergerät über einen Injektor eine Einspritzung initiiert oder beendet wird und bei dem über ein im Injektor integriertes Mittel zum Erkennen des Öffnens/Schließens der Düsennadel ein Spritzbeginn oder Spritzende erkannt wird.The The invention relates to a method for controlling and regulating a Internal combustion engine and a device for execution the method in which by an electronic control unit via an injector initiates or terminates an injection and in which a means for detecting integrated in the injector the opening / closing of the nozzle needle an injection start or injection end is detected.
Zur Einhaltung der gesetzlichen Abgasvorschriften ist die exakte Steuerung des Spritzbeginns und des Spritzendes erforderlich. Auf Grund der Signallaufzeiten, Störgrößen und Alterung der Bauteile weicht der Ist-Spritzbeginn vom Soll-Spritzbeginn ab. So besteht zum Beispiel ein deutlicher zeitlicher Versatz von der Ausgabe des Bestromungsbeginns vom elektronischen Steuergerät an den Injektor, zum Nadelhub und zum tatsächlichen Spritzbeginn. Für das Spritzende gilt dies entsprechend.to Compliance with the statutory emissions regulations is the exact control the start of injection and the end of injection required. Due to the Signal propagation times, disturbances and aging of the components, the actual injection start deviates from the desired injection start. So For example, there is a significant time offset from the output of the start of energization from the electronic control unit the injector, the needle stroke and the actual injection start. For the injection end this applies accordingly.
Bei
einer Brennkraftmaschine mit Common-Railsystem werden der Ist-Spritzbeginn
und das Ist-Spritzende üblicherweise aus sekundären
Messgrößen bestimmt. So schlägt die
Eine
andere gängige Maßnahme zur Bestimmung des Ist-Spritzbeginns
und des Ist-Spritzendes besteht in der Praxis darin, das Öffnen
oder Schließen der Injektor-Düsennadel über
einen Sitzkontaktschalter zu detektieren. Bei dieser Lösung
entspricht die Düsennadel dem ersten Kontakt des Schalters und
entspricht das Injektorgehäuse dem zweiten Kontakt des
Schalters. Die Düsennadel ist hierbei an ein positives elektrisches
Potential angeschlossen, während das Injektorgehäuse
mit dem Nadelsitz auf einem Bezugspotential (Masse) liegt. Hebt
die Düsennadel vom Nadelsitz ab, so öffnet der
Sitzkontaktschalter. Vom elektronischen Steuergerät wird
dies als Ist-Spritzbeginn erkannt. Kommt die Düsennadel mit
dem Nadelsitz in Kontakt, so schließt der Sitzkontaktschalter.
Vom elektronischen Steuergerät wird dies als Ist-Spritzende
erkannt. Der gemessene Ist-Spritzbeginn und das gemessene Ist-Spritzende werden
dann als maßgeblich für die weitere Steuerung
und Regelung der Brennkraftmaschine gesetzt. Damit der Zustand des
Sitzkontaktschalters vom elektronischen Steuergerät als
rückgemeldete Größe erkannt werden kann,
sind zwei Verbindungsleitungen erforderlich. Zur Ansteuerung des
im Injektor integrierten Aktors, über welchen dann die
Position der Düsennadel gesteuert wird, ist eine dritte
Verbindungsleitung erforderlich. Ein derartiges Verfahren und eine
derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der
Das Öffnen
oder Schließen der Injektor-Düsennadel kann auch
opto-elektronisch (
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine sichere und zuverlässige Spritzbeginn- und Spritzenden-Erkennung bereit zu stellen.Of the The invention is therefore based on the object, a safe and reliable Provide start of injection and injection end detection.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine entsprechend angepasste Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst. Die Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.The The object is achieved by a method having the features of claim 1 and a correspondingly adapted device for implementation the method with the features of claim 7 solved. The embodiments are in the dependent claims shown.
Zum Initiieren einer Einspritzung wird vom elektronischen Steuergerät ein Ansteuerstrom für den Injektor auf einen ersten Sollwert gesetzt, wobei im Injektor zumindest ein Aktor zur Steuerung einer Düsennadel, ein Energiespeicher sowie ein Mittel zum Erkennen des Öffnens/Schließens der Düsennadel integriert sind. Mit dem Ansteuerstrom werden sowohl der Aktor als auch der Energiespeicher beaufschlagt, wodurch der Energiespeicher, beispielsweise ein Kondensator, aufgeladen wird. Mit Öffnen der Düsennadel wird dann die Energie aus dem Energiespeicher in den Aktor umgelagert. Die Energieumlagerung bewirkt eine temporäre, signifikante Abweichung vom ersten Sollwert des Ansteuerstroms. Detektiert wird diese Abweichung im elektronischen Steuergerät über eine Strommessung auf der Versorgungsseite. Eine festgestellte Abweichung wird vom elektronischen Steuergerät als Spritzbeginn interpretiert.To the Initiation of an injection is by the electronic control unit a drive current for the injector to a first setpoint set, wherein in the injector at least one actuator for controlling a nozzle needle, an energy storage and a means for detecting the opening / closing the nozzle needle are integrated. With the drive current both the actuator and the energy storage acted upon, causing the Energy storage, such as a capacitor is charged. By opening the nozzle needle is then the energy relocated from the energy storage in the actuator. The energy transfer causes a temporary, significant deviation from the first set point of the drive current. This deviation is detected in the electronic control unit via a current measurement on the supply side. A detected deviation is interpreted by the electronic control unit as start of injection.
Zum Beendigen einer Einspritzung wird vom elektronischen Steuergerät der Ansteuerstrom auf einen zweiten Sollwert gesetzt. Mit Schließen der Düsennadel wird dann die Energie aus dem Energiespeicher in den Aktor umgelagert, wodurch eine temporäre Erhöhung der am Aktor anliegenden Spannung auftritt, welche vom elektronischen Steuergerät als Spritzende interpretiert wird. Der detektierte Spritzbeginn und das detektierte Spritzende werden dann als maßgeblich für die weitere Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine gesetzt. Im Sinne der Erfindung umfasst das Mittel zum Erkennen des Öffnens oder Schließens der Düsennadel sowohl optoelektronische, induktive oder kapazitive Lösungen als auch einen Sitzkontaktschalter.To end an injection, the electronic control unit sets the drive current to a second desired value. With closing of the nozzle needle, the energy is then transferred from the energy storage in the actuator, whereby a temporary increase in the voltage applied to the actuator occurs, which is interpreted by the electronic control unit as the injection end. The detected start of injection and the detected injection end are then set as decisive for the further control and regulation of the internal combustion engine. For the purpose of According to the invention, the means for detecting the opening or closing of the nozzle needle comprises both optoelectronic, inductive or capacitive solutions and a seat contact switch.
Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist durch eine 2-Drahtschnittstelle gekennzeichnet. Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich daher ein reduzierter Verkabelungsaufwand. Von Vorteil ist die Echtzeitfähigkeit, wodurch eine schnelle an die Situation angepasste Reaktion ermöglicht wird. Zudem lässt sich das Verfahren problemlos in das bestehende Steuerungsprogramm integrieren. Da Hardware-Änderungen am elektronischen Steuergerät nur in geringem Umfang erforderlich sind, sind die Umsetzungskosten der Erfindung moderat.The Device for carrying out this method is through a 2-wire interface marked. Compared to the The prior art therefore results in a reduced cabling effort. From Advantage is the real-time capability, resulting in a fast adapted response to the situation. moreover the process can be easily integrated into the existing control program integrate. Because hardware changes to the electronic control unit are required only to a small extent, are the implementation costs of the invention moderate.
Zur Erhöhung der Prozesssicherheit bei der Erkennung des Spritzbeginns wird mit Initiierung der Einspritzung ein erstes Zeitfenster gesetzt und der Spritzbeginn als maßgeblich interpretiert, wenn die Abweichung vom ersten Sollwert des Ansteuerstroms innerhalb des ersten Zeitfensters erkannt wird. Tritt keine Abweichung auf oder liegt die Abweichung vom ersten Sollwert des Ansteuerstroms außerhalb des Zeitfensters, so wird der Spritzbeginn als fehlerhaft gesetzt und der letzte gültige Spritzbeginn als maßgeblich beibehalten. Die Bewertung des Spritzendes erfolgt analog hierzu, wobei zur Beurteilung die temporäre Erhöhung der am Aktor anliegenden Spannung verwendet wird.to Increase in process reliability when detecting the start of injection a first time window is set upon initiation of the injection and the start of injection is interpreted as authoritative if the deviation from the first setpoint of the drive current within of the first time window is detected. If no deviation occurs or is the deviation from the first setpoint of the drive current outside the time window, the start of injection is considered faulty set and the last valid start of injection as relevant maintained. The evaluation of the injection end is analogous to this, wherein for the assessment of the temporary increase of voltage applied to the actuator is used.
Zur präzisen Anpassung an den Ist-Zustand des Systems wird die Dauer der temporären Erhöhung der am Aktor anliegenden Spannung gemessen. Diese Dauer wird durch den so genannten Düsenbeiwert beeinflusst. Der Düsenbeiwert ist eine Konstante bei der Berechnung der Soll-Kraftstoffmenge, welche vom Hersteller des Injektors auf einem Komponentenprüfstand ermittelt wird. Mit anderen Worten: Aus der Dauer der temporären Erhöhung lässt sich das individuelle Verhalten des Injektors ableiten und zur adaptiven Steuerung verwenden, beispielsweise zur Laufruheregelung.to precise adaptation to the actual state of the system the duration of the temporary increase in the actor measured voltage applied. This duration is called by the so-called Nozzle coefficient influenced. The Nozzle coefficient is a constant in the calculation of the target fuel amount, which from the manufacturer of the injector on a component test bench is determined. In other words: from the duration of the temporary Increase can be the individual behavior Derive the injector and use for adaptive control, for example for truancy.
In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:In The drawings is a preferred embodiment shown. Show it:
Die
Auf
der Ausgangsseite des Steuergeräts sind folgende Komponenten
angeordnet: ein Messwiderstand
Die
Anordnung hat folgende Funktionalität:
Vom elektronischen
Steuergerät
From the electronic control unit
In
der
Zu
einem Zeitpunkt t1 wird eine Einspritzung veranlasst, indem das
Steuergerät den Ansteuerstrom iAN auf einen ersten Sollwert
iSL1 setzt und gleichzeitig eine erste Zeitstufe tS1, von zum Beispiel 500 μs,
startet. Zum Sollwert iSL1 korrespondiert der entsprechende Strom
iAK1 am Aktor. Mit Ablauf der ersten Zeitstufe tS1 wird ein erstes
Zeitfenster ZF1 mit vorgegebner Zeitdauer dt1, zum Beispiel 200 μs, gesetzt.
Das erste Zeitfenster ZF1 dient zur Verbesserung der Prozesssicherheit,
indem geprüft wird, ob der Spritzbeginn innerhalb des ersten
Zeitfensters ZF1 auftritt. Zum Zeitpunkt t2 hebt die Düsennadel vom
Nadelsitz ab, wodurch der Sitzkontaktschalter SK öffnet.
In der
Gleichzeitig
wird eine zweite Zeitstufe tS2, von zum Beispiel 800 μs,
gestartet. In deren Anschluss wird ein zweites Zeitfenster ZF2 für
eine vorgebbare Zeitdauer dt2, zum Beispiel 400 μs, gesetzt, siehe
Es
wird davon ausgegangen, dass zum Zeitpunkt t6 die Düsennadel
am Nadelsitz wieder zur Anlage kommt, wodurch der Sitzkontaktschalter
SK schließt. In der
Wird festgestellt, dass keine Abweichung di des Ansteuerstroms iAN vom Sollwert iSL1 auftritt oder die Abweichung di außerhalb des ersten Zeitfensters ZF1 liegt, so wird die Messung verworfen und der letzte gültige Spritzbeginn als maßgeblich gesetzt. Tritt keine Erhöhung der Spannung UAK am Aktor auf oder liegt die Erhöhung außerhalb des zweiten Zeitfensters ZF2, so wird auch hier die Messung verworfen und das letzte Spritzende als maßgeblich gesetzt.Becomes determined that no deviation di of the drive current iAN from Setpoint iSL1 occurs or the deviation di outside of the first time window ZF1, the measurement is discarded and the last valid start of injection has been set as definitive. If there is no increase in the voltage UAK on the actuator or the increase is outside the second time window ZF2, the measurement is discarded and the last injection end set as authoritative.
In
der
In
der
Wird
bei S4 eine signifikante Abweichung des Ansteuerstroms iAN vom ersten
Sollwert iSL1 festgestellt, Abfrageergebnis S4: ja, so wird bei
S5 der detektierte Spritzbeginn SB als maßgeblich gesetzt
und das Programm bei Punkt 1 der
In
der
Wird bei S12 festgestellt, dass die Aktorspannung UAK größer als der Grenzwert GW ist, Abfrageergebnis S12: ja, so wird bei S13 das detektierte Spritzende SE als maßgeblich gesetzt und das Programm beendet. Wird anderen Falls bei S12 festgestellt, dass die Aktorspannung UAK nicht größer als der Grenzwert GW ist, Abfrageergebnis S12: nein, so wird bei S14 geprüft, ob das Ende des zweiten Zeitfensters (ZF2) erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S14: nein, wird zum Punkt E zurück verzweigt und das Programm erneut mit S12 fortgesetzt, also bis zum Ablauf der zweiten Zeitfensters (ZF2) gewartet. Wird bei S14 das Ende des zweiten Zeitfensters festgestellt, Abfrageergebnis S14: ja, so wird bei S15 das detektierte Spritzende SE als fehlerhaft eingestuft, da entweder keine Erhöhung der Spannung UAK am Aktor festgestellt werden konnte oder weil dies außerhalb des zweiten Zeitfensters lag. Danach wird bei S16 das letzte gültige Spritzende SE als maßgeblich gesetzt und das Programm beendet.Becomes at S12 found that the actuator voltage UAK larger when the limit value GW is, query result S12: yes, so at S13 the detected injection end SE as authoritative set and the program ends. If otherwise, it is determined at S12 that the actuator voltage UAK is not greater than the limit value GW is, query result S12: no, then it is checked at S14, whether the end of the second time window (ZF2) has been reached. Is this not the case, query result S14: no, branch back to point E and the program continues again with S12, ie until the expiration the second time window (ZF2) waited. At S14, the end of the second time window detected, query result S14: yes, it will at S15, the detected injection end SE is classified as defective, either no increase in the voltage UAK detected on the actuator or because it was outside the second window of time. Thereafter, at S16, the last valid injection end SE becomes decisively set and the program ended.
Das Verfahren wurde an Hand einer Einfacheinspritzung beschrieben, lässt sich aber auch bei Mehrfacheinspritzungen mit Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung ebenso einsetzen. Zusammenfassend ergeben sich für die Erfindung aus der Beschreibung folgende Vorteile:
- – Das Verfahren ist echtzeitfähig, wodurch eine schnelle an die Situation angepasste Reaktion bei der Steuerung und Regelung möglich ist;
- – Die Umsetzung der Erfindung erfolgt über eine 2-Drahtschnittstelle, wodurch ein reduzierter Verkabelungsaufwand erreicht wird;
- – Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich problemlos in das bestehende Steuerungsprogramm integrieren und verursacht nur moderate Kosten in der Umsetzung.
- - The method is real-time capable, allowing a fast adapted to the situation reaction in the control and regulation;
- - Implementation of the invention via a 2-wire interface, whereby a reduced cabling effort is achieved;
- - The inventive method can be easily integrated into the existing control program and causes only moderate costs in the implementation.
- 11
- elektronisches Steuergerätelectronic control unit
- 22
- Injektorinjector
- 33
- Aktoractuator
- 44
- Energiespeicherenergy storage
- 55
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 66
- erster Komparatorfirst comparator
- 77
- zweiter Komparatorsecond comparator
- S1S1
- erster Schalterfirst switch
- S2S2
- zweiter Schaltersecond switch
- SKSK
- SitzkontaktschalterSeat contact switch
- L1L1
- erste Leitungfirst management
- L2L2
- zweite Leitungsecond management
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - JP 58206872 A1 [0005] - JP 58206872 A1 [0005]
- - DE 19830667 A1 [0005] - DE 19830667 A1 [0005]
- - DE 10129375 A1 [0018] - DE 10129375 A1 [0018]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141230 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |