DE102011075733A1 - Method for operating injection valve of internal combustion engine, involves comparing a reference signal with one of the derived electrical signals, such that the difference signal has smaller alternating current (AC) component - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.The invention relates to a method according to the preamble of
Vom Markt her bekannt sind Einspritzventile von Brennkraftmaschinen, die mittels eines elektrisch angesteuerten Aktors betätigt werden, beispielsweise mittels eines Piezo-Aktors. Häufig ist es möglich, ein elektrisches Signal des Einspritzventils auszuwerten, um unter bestimmten Bedingungen einen Schließzeitpunkt eines Ventilelements (Ventilnadel) des Einspritzventils zu ermitteln. Als Folge verschiedener Störeinflüsse sind dieser Ermittlung jedoch Grenzen gesetzt.From the market known injection valves of internal combustion engines, which are actuated by means of an electrically actuated actuator, for example by means of a piezo actuator. Often it is possible to evaluate an electrical signal of the injection valve to determine under certain conditions a closing time of a valve element (valve needle) of the injection valve. However, there are limits to this determination as a result of various disturbances.
Eine Patentveröffentlichung aus diesem Fachgebiet ist beispielsweise die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The problem underlying the invention is achieved by a method according to
Das vorgestellte Verfahren betrifft ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, welches mittels einer elektrisch ansteuerbaren Betätigungseinrichtung betätigt wird, und bei dem mindestens ein elektrisches Signal der Betätigungseinrichtung ermittelt wird, um Informationen über einen Betriebszustand des Einspritzventils zu erhalten. Erfindungsgemäß wird ein Referenzsignal mit dem elektrischen Signal oder mit einem aus dem elektrischen Signal abgeleiteten Signal verglichen, derart, dass ein als Vergleichsergebnis erhaltenes Differenzsignal zumindest bereichsweise einen verkleinerten Wechselanteil aufweist. Dabei erfolgt die Verkleinerung des Wechselanteils in Bezug auf das elektrische Signal bzw. in Bezug auf das aus dem elektrischen Signal abgeleitete Signal. Das "abgeleitete" Signal wird beispielsweise mittels einer Filterung und/oder einer mathematischen Operation aus dem elektrischen Signal abgeleitet.The presented method relates to an injection valve of an internal combustion engine, which is actuated by means of an electrically controllable actuating device, and in which at least one electrical signal of the actuating device is determined in order to obtain information about an operating state of the injection valve. According to the invention, a reference signal is compared with the electrical signal or with a signal derived from the electrical signal, such that a difference signal obtained as a comparison result has a reduced alternating component at least in regions. In this case, the reduction of the alternating component takes place in relation to the electrical signal or with respect to the signal derived from the electrical signal. The "derived" signal is derived, for example, by means of a filtering and / or a mathematical operation from the electrical signal.
Bei einem Einspritzventil, welches ein elektrisch-mechanisches oder elektromagnetisch-mechanisches System darstellt, besteht nach bekannten physikalischen Gesetzen eine vergleichsweise enge Beziehung zwischen einer Spannung und/oder einem Strom einerseits und einer mechanischen Bewegung andererseits. Dabei macht sich die Erfindung zunutze, dass bei der jedesmal im Wesentlichen gleichartig ablaufenden Betätigung des Einspritzventils unerwünschte Störanteile in dem elektrischen Signal ebenfalls eine gewisse Gleichartigkeit aufweisen. Diese Störanteile können erwünschte Signalanteile, welche Informationen über den zunächst unbekannten Betriebszustand des Einspritzventils enthalten, so stark überdecken, dass die Ermittlung des Betriebszustands erschwert oder sogar verhindert wird.In an injection valve, which is an electro-mechanical or electromagnetic-mechanical system, there is a relatively close relationship between a voltage and / or a current on the one hand and a mechanical movement on the other hand according to known physical laws. In this case, the invention makes use of the fact that undesired interference components in the electrical signal likewise have a certain similarity in the operation of the injection valve which proceeds essentially identically each time. These interference components can cover desired signal components, which contain information about the initially unknown operating state of the injection valve, to such an extent that the determination of the operating state is made difficult or even prevented.
Erfindungsgemäß wird das Referenzsignal von dem elektrischen Signal oder von dem aus dem elektrischen Signal abgeleiteten Signal subtrahiert. Dadurch können regelmäßig wiederkehrende Störanteile vermindert werden, ohne dass die erwünschten Signalanteile wesentlich verändert werden. Auf diese Weise können genauere Informationen über den Betriebszustand des Einspritzventils erhalten werden, indem der Störabstand zu dem erwünschten Signalanteil mindestens bereichsweise oder zeitweise verbessert wird.According to the invention, the reference signal is subtracted from the electrical signal or from the signal derived from the electrical signal. This regularly recurring noise components can be reduced without the desired signal components are significantly changed. In this way, more accurate information about the operating state of the injector can be obtained by the signal to noise ratio to the desired signal component is at least partially or temporarily improved.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein Schließvorgang eines Einspritzventils sicherer ermittelt werden kann, insbesondere bei vergleichsweise kurzen Ansteuerdauern eines Aktors des Einspritzventils.The invention has the advantage that a closing operation of an injection valve can be detected more reliably, in particular with comparatively short activation periods of an actuator of the injection valve.
Besonders nützlich ist es, wenn das Referenzsignal mindestens eine das Einspritzventil und/oder die elektrisch ansteuerbare Betätigungseinrichtung und/oder einen Bandpass charakterisierende Eigenfrequenz aufweist. Bei der Verwendung eines Referenzsignals, das eine einen Bandpass charakterisierende Eigenfrequenz aufweist, kann besonders vorteilhaft ein bestimmtes Frequenzband des auszuwertenden Nutzsignals berücksichtigt werden. Das Referenzsignal weist somit einen für eine jeweilige Ausführungsform des Einspritzventils und des das Einspritzventil betätigenden Aktors spezifischen Verlauf auf. Dadurch kann das Referenzsignal besonders gut mit dem elektrischen Signal verglichen werden, und das derart gebildete Differenzsignal entsprechend optimiert sein.It is particularly useful if the reference signal has at least one natural frequency characterizing the injection valve and / or the electrically controllable actuating device and / or a bandpass. When using a reference signal having a natural frequency characterizing a bandpass, a particular frequency band of the useful signal to be evaluated can be taken into account particularly advantageously. The reference signal thus has a specific course for a respective embodiment of the injection valve and the actuator actuating the actuator. As a result, the reference signal can be compared particularly well with the electrical signal, and the differential signal thus formed can be optimized accordingly.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Betriebszustand ein Schließvorgang des Einspritzventils ist. Beispielsweise schlägt dabei eine Ventilnadel des Einspritzventils an einem Ventilsitz an. Der Schließvorgang – insbesondere ein Schließzeitpunkt – des Einspritzventils kann beispielsweise aus einer an dem Aktor anliegenden Spannung ermittelt werden. Diese Spannung enthält das oben beschriebene elektrische Signal, bzw. diese Spannung stellt das elektrische Signal dar. Dabei weisen jedoch jene Signalanteile, welche den Schließvorgang charakterisieren, eine vergleichsweise geringe Energie auf. Durch den erfindungsgemäßen Vergleich des elektrischen Signals mit dem Referenzsignal können diese Signalanteile auch unter vergleichsweise ungünstigen Betriebszuständen des Einspritzventils – beispielsweise bei einer besonders kurzen Ansteuerdauer des Aktors – ausreichend sicher ermittelt und ausgewertet werden.Furthermore, it is provided that the operating state is a closing operation of the injection valve. For example, a valve needle of the injection valve strikes against a valve seat. The closing operation - in particular a closing time - of the injection valve can be determined for example from a voltage applied to the actuator voltage. This voltage contains the electrical signal described above, or this voltage represents the electrical signal. However, those signal components which characterize the closing process have a comparatively low energy. By the inventive comparison of the electrical signal with the reference signal can These signal components, even under relatively unfavorable operating conditions of the injection valve - for example, in a particularly short driving time of the actuator - sufficiently reliably determined and evaluated.
Das Verfahren arbeitet besser, wenn das Referenzsignal einen definierten zeitlichen Bezug zu einem Ende eines Ansteuerintervalls aufweist. Das Ansteuerintervall ist jene Zeitspanne, während der das elektrische Signal oder ein elektrischer Impuls eine Betätigung des Aktors bewirkt. Dabei nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass ein wesentlicher Anteil der unerwünschten Signale ebenfalls einen Bezug auf das Ende des Ansteuerintervalls aufweist. Somit wird die Korrelation zwischen dem Referenzsignal und den unerwünschten Signalen erhöht und die Genauigkeit des Verfahrens entsprechend verbessert.The method works better if the reference signal has a defined temporal reference to one end of a drive interval. The drive interval is that period of time during which the electrical signal or an electrical pulse causes actuation of the actuator. In this case, the invention uses the knowledge that a significant proportion of the unwanted signals also has a reference to the end of the drive interval. Thus, the correlation between the reference signal and the unwanted signals is increased and the accuracy of the method is improved accordingly.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Referenzsignal einen durchschnittlichen Verlauf des elektrischen Signals oder des aus dem elektrischen Signal abgeleiteten Signals nach dem Ende eines Ansteuerintervalls beschreibt. Somit kann das Referenzsignal mittels statistischer Methoden aus einer Vielzahl von Ansteuerungen des Aktors bzw. des Einspritzventils ermittelt werden und ein den Durchschnitt der unerwünschten Signale entsprechendes Muster aufweisen. Dadurch kann ein bei der Bildung des Differenzsignals sich ergebender Fehler minimiert und die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden.In particular, it is provided that the reference signal describes an average course of the electrical signal or the signal derived from the electrical signal after the end of a drive interval. Thus, the reference signal can be determined by means of statistical methods from a plurality of activations of the actuator or of the injection valve and have a pattern corresponding to the average of the unwanted signals. Thereby, an error resulting from the formation of the difference signal can be minimized and the accuracy of the method can be increased.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Referenzsignal oder Größen, welche das Referenzsignal charakterisieren, in einem Datenspeicher gespeichert ist bzw. sind. Beispielsweise kann das Referenzsignal mittels zeitdiskreter und wertediskreter Stützstellen in einem Datenspeicher einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine abgespeichert sein. Ebenso ist es möglich, das Referenzsignal mittels in dem Datenspeicher gespeicherter Koeffizienten zu bilden. Das Referenzsignal wird erfindungsgemäß bei jeder Ermittlung des Schließvorgangs bzw. Schließzeitpunktes mit einem definierten zeitlichen Bezug zu dem Ende des Ansteuerintervalls aus dem Datenspeicher ausgelesen oder mittels der in dem Datenspeicher gespeicherten Größen oder Koeffizienten gebildet.An embodiment of the method provides that the reference signal or quantities which characterize the reference signal is or are stored in a data memory. For example, the reference signal can be stored in a data memory of a control and / or regulating device of the internal combustion engine by means of time-discrete and value-discrete interpolation points. It is also possible to form the reference signal by means of coefficients stored in the data memory. According to the invention, the reference signal is read from the data memory every time the closing process or closing time is determined with a defined time reference to the end of the activation interval or is formed by means of the variables or coefficients stored in the data memory.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das elektrische Signal und/oder das Differenzsignal mittels eines frequenzabhängigen Filters gefiltert wird. Vorzugsweise wird dazu ein Bandpassfilter verwendet, welches beispielsweise die durch den Schließvorgang des Einspritzventils erzeugten Signalanteile durchlässt, und übrige Signalanteile möglichst sperrt. Das derart aus dem elektrischen Signal abgeleitete Signal ist somit besonders gut geeignet, um Informationen über den Betriebszustand des Einspritzventils zu erhalten und den Schließzeitpunkt zu ermitteln.An embodiment of the method provides that the electrical signal and / or the difference signal is filtered by means of a frequency-dependent filter. Preferably, for this purpose, a bandpass filter is used which, for example, transmits the signal components generated by the closing process of the injection valve, and blocks possible signal components as far as possible. The thus derived from the electrical signal signal is thus particularly well suited to obtain information about the operating state of the injector and to determine the closing time.
Ergänzend kann das elektrische Signal und/oder das abgeleitete Signal und/oder das Differenzsignal und/oder ein sonstiges Ergebnis des Vergleichs zwischen dem elektrischen Signal und dem Referenzsignal mittels mindestens einer mathematischen Operation verändert und/oder ausgewertet werden. Dadurch werden zum einen zusätzliche Möglichkeiten geschaffen, um die verfahrensgemäßen Signale in Bezug auf die Informationen über den Betriebszustand des Einspritzventils zu optimieren. Zum andern kann der Schließzeitpunkt mittels einer oder mehrerer mathematischer Operationen ermittelt werden, beispielsweise durch Quadrieren, Summieren, Integrieren, und/oder Differenzieren des Differenzsignals, und/oder durch das Anwenden von Amplitudenschwellen und/oder Zeitfenstern.In addition, the electrical signal and / or the derived signal and / or the difference signal and / or another result of the comparison between the electrical signal and the reference signal can be changed and / or evaluated by means of at least one mathematical operation. As a result, on the one hand, additional possibilities are created in order to optimize the signals according to the method in relation to the information about the operating state of the injection valve. On the other hand, the closing time can be determined by means of one or more mathematical operations, for example by squaring, summing, integrating, and / or differentiating the difference signal, and / or by applying amplitude thresholds and / or time windows.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Referenzsignal derart gebildet ist, dass eine durch den Schließvorgang des Einspritzventils verursachte Komponente des Differenzsignals eine Amplitude aufweist, welche größer ist als eine mittlere Amplitude des Differenzsignals in einem Zeitintervall vor und in einem Zeitintervall nach dem Schließvorgang. Dadurch wird es besonders einfach, den Schließzeitpunkt des Einspritzventils mittels einer Auswertung der Amplitude zu ermitteln.An embodiment of the method provides that the reference signal is formed in such a way that a component of the difference signal caused by the closing operation of the injection valve has an amplitude which is greater than an average amplitude of the difference signal in a time interval before and within a time interval after the closing operation. This makes it particularly easy to determine the closing time of the injector by means of an evaluation of the amplitude.
Das Verfahren ist besonders geeignet, wenn die elektrisch ansteuerbare Betätigungseinrichtung ein Piezo-Aktor ist. Dabei ist das Verhalten des Einspritzventils bzw. das elektrische Signal vergleichsweise gut zu reproduzieren.The method is particularly suitable if the electrically controllable actuating device is a piezoactuator. The behavior of the injection valve or the electrical signal is comparatively easy to reproduce.
Weiterhin kann das Verfahren zumindest teilweise mittels einer elektrischen Schaltung durchgeführt werden, welche dazu ausgebildet ist, das Referenzsignal zu speichern und/oder zu erzeugen, das elektrische Signal zu filtern, das Differenzsignal zu erzeugen, das Differenzsignal zu filtern, und/oder mindestens eine mathematische Operation auf das elektrische Signal und/oder auf das aus dem elektrischen Signal abgeleitete Signal und/oder auf das Differenzsignal anzuwenden. Furthermore, the method can be carried out at least partially by means of an electrical circuit which is designed to store and / or generate the reference signal, to filter the electrical signal, to generate the difference signal, to filter the difference signal, and / or at least one mathematical one Apply operation to the electrical signal and / or derived from the electrical signal signal and / or to the difference signal.
Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zumindest teilweise mittels eines Computerprogramms durchgeführt wird, welches auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine gespeichert ist. Dadurch kann die Abarbeitung der für das Verfahren erforderlichen Schritte und Rechenoperationen schnell und vergleichsweise einfach durchgeführt werden.Alternatively or additionally, it is provided that the method according to the invention is carried out at least partially by means of a computer program which is stored on the control and / or regulating device of the internal combustion engine. As a result, the processing of the steps and arithmetic operations required for the method can be carried out quickly and comparatively easily.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in den nachfolgenden Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.Features important to the invention can also be found in the following drawings, wherein the features both alone and in different combinations for the invention may be important, without being explicitly referred to again.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numerals are used for functionally equivalent elements and sizes in all figures, even in different embodiments.
Beispielhaft ist für den Aktor
Die Vorzeichen der Eingangssignale des Addierers
Die Beschaltung der übrigen Ansteuerleitungen
Im Betrieb der Brennkraftmaschine
Das Filter
Der Referenzgenerator
Die Auswertung
Es versteht sich, dass die in der
Die relativen Zeiten t der nachfolgend beschriebenen Diagramme der
Dargestellt ist eine Mehrzahl von Ansteuerungen des Aktors
Man erkennt, dass die elektrischen Signale
Die Filtersignale
Erfindungsgemäß wird aus einer Mehrzahl von Filtersignalen
Darüber hinaus ist es denkbar, das Referenzsignal
Man erkennt, wie mittels der Subtraktion in dem Addierer
Die nachfolgend beschriebenen
Die oszillierende Schwingung
Die nachfolgenden
Man erkennt, dass das Filtersignal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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