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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes an einem Kraftstoffinjektor. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung einer hydraulischen Injektionsdauer und ein Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsmenge. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Kraftstoffinjektor, an dem eines der vorgenannten Verfahren ausgeführt werden kann.
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Es ist in der Praxis bekannt, aktuierbare Kraftstoff-Injektoren an Verbrennungsmotoren anzuordnen, um Hochdruckkraftstoff in eine Brennkammer einzuspritzen. Die Injektoren werden über ein Steuersignal betrieben, durch das ein Aktuator des Injektors aktiviert wird. Ein solcher Aktuator führt üblicherweise eine Bewegung eines Nadelventils herbei, um eine Verbindung zwischen einer Kraftstoffpassage in dem Injektor und den Einspritzöffnungen am Injektorausgang zu öffnen. Der Kraftstoffinjektor wird mit Hochdruck-Kraftstoff versorgt, der beispielsweise über eine Leitung zu einem Injektor-Einlass geführt wird. Im Injektor ist üblicher Weise ein Drucksensor angeordnet, der einen Druck des Kraftstoffs erfasst.
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Zwischen dem Beginn einer Betätigung des Injektors und dem Beginn eines Kraftstoffflusses durch die Injektionsöffnungen liegt eine zeitliche Verzögerung. Ebenso liegt zwischen dem Ende einer Aktuierung des Injektors und dem Ende eines Kraftstoffflusses durch die Injektionsöffnungen eine weitere zeitliche Verzögerung. Der Beginn und das Ende einer Aktuierung werden im Folgenden als „elektrischer Injektionsbeginn“ und als „elektrisches Injektionsende“ bezeichnet. Der Beginn und das Ende eines Kraftstoffflusses durch die Einspritzöffnungen werden als „hydraulischer Injektionsbeginn“ und „hydraulisches Injektionsende“ bezeichnet.
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Die Zeitverzögerungen zwischen dem elektrischen und dem hydraulischen Injektionsbeginn sowie zwischen dem elektrischen und dem hydraulischen Injektionsende können sich während der Lebensdauer eines Injektors und in Abhängigkeit vom Betriebspunkt verändern. Um eine exakte Injektionsmenge einstellen zu können, ist eine Bestimmung der tatsächlichen hydraulischen Injektionsdauer und der tatsächlichen Kraftstoff-Injektionsmenge erforderlich.
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In der
DE 102010016094 A1 und
DE 102010016093 A1 sind Verfahren angegeben mit denen aus einem erfassten Verlauf des Kraftstoff-Drucks an einem Injektor in rückschauender Betrachtung eine Injektionsmenge ermittelt werden kann. D.h. der Zeitpunkt, bei dem ein hydraulisches Injektionsende festgestellt wird, liegt deutlich nach dem Zeitpunkt der eigentlichen Messung. Bei dem dort offenbarten Verfahren werden signifikante Punkte in dem Druckverlauf erkannt und auf Basis dieser Punkte wird ein repräsentativer Verlauf einer Injektionsrate in Form eines Trapezes bestimmt. Aus dem repräsentativen Verlauf wird dann die Kraftstoffinjektionsmenge ermittelt. Ein solches Verfahren erfordert eine hohe Rechenleistung. Da das Verfahren nur rückschauend ausgeführt werden kann, kann der tatsächliche Zeitpunkt eines hydraulischen Injektionsendes erst mit einiger Verzögerung nach dem Abschluss einer Injektion festgestellt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein hydraulisches Injektionsende und eine hydraulische Injektionsdauer in Echtzeit erfasst werden können. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsmenge und einen verbesserten Kraftstoff-Injektor aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgaben mit den kennzeichnenden Merkmalen der jeweiligen eigenständigen Ansprüche.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes wird zunächst ein erstes Druckmaximum nach einer steigenden Flanke des Drucksignals zum Ende einer Injektion aufgefunden und es wird der bei diesem Druckmaximum erreichte Druck als Grenz-Druck bestimmt. Das Drucksignal ist nach diesem ersten Druckmaximum weiteren Schwankungen oder Schwingungen unterworfen. Es wird derjenige Zeitpunkt als das hydraulische Injektionsende erkannt, bei dem das Drucksignal erneut den Grenz-Druck überschreitet, d.h. in ansteigender Richtung erreicht oder überschreitet. Das hydraulische Injektionsende kann direkt anhand einer Analyse des Kraftstoff-Druckverlaufs und in Echtzeit ermittelt werden. Nach Abschluss einer Injektion können sich ohne Zeitverzögerung andere Vorgänge in einem Kraftstoffversorgungssystem anschließen, wie beispielsweise die Berechnung einer Kraftstoffinjektionsmenge. Dadurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit einer Kraftstoffinjektionsregelung und anderer davon abhängiger Prozesse deutlich verbessert. Weiterhin ist das Verfahren mit besonders geringem Rechenaufwand durchführbar, sodass die Hardware, insbesondere die einzusetzenden Prozessoren und Speicher, deutlich kostengünstiger ausgeführt werden können.
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Der vorgenannte Verfahrensschritt zum Auffinden eines ersten Druckmaximums in einer steigenden Flanke des Drucksignals kann sehr schnell und mit sehr wenigen Rechenschritten ausgeführt werden. Die Ausführung kann bevorzugt dann gestartet werden, wenn der Kraftstoffdruck einen vorbestimmten ersten Auslöse-Grenzwert erreicht oder überschritten hat. Hierdurch kann die Robustheit des Verfahrens erhöht werden und es muss nur ein geringer Ausschnitt des Drucksignals für die Auffindung des Druckmaximums verarbeitet werden. Eine unerwünschte Fehlerkennung eines zufällig auftretenden relativen Maximums innerhalb einer steigenden Flanke kann vermieden werden. Der genannte erste Auslöse-Grenzwert kann dabei statisch festgelegt oder dynamisch bestimmt werden. Er wird bevorzugt basierend auf einem Basis-Druck bestimmt, der vor der Ausführung einer Injektion an dem Kraftstoff-Injektor vorlag. Besonders bevorzugt wird hierfür ein Basis-Druck, insbesondere ein gemittelter Basis-Druck in einem Zeitfenster vor der Ausführung einer Injektion bestimmt. Hierdurch werden eventuelle Störeinflüsse durch Rauschen und unerwünschte Eigenschwingungen in dem Drucksignal vor der Ausführung einer Injektion minimiert und es kann ein aussagekräftiger und robuster Wert für den Druck vor der Ausführung einer Injektion genutzt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer hydraulischen Injektionsdauer nutzt die vorgenannte Ermittlung eines hydraulischen Injektionsendes und ermittelt weiterhin einen hydraulischen Injektionsbeginn. Die hydraulische Injektionsdauer wird als Zeitdauer zwischen dem hydraulischen Injektionsbeginn und dem hydraulischen Injektionsende bestimmt. Der hydraulische Injektionsbeginn kann basierend auf dem Steuersignal zum Betreiben des Injektors, insbesondere basierend auf dem elektrischen Injektionsbeginn, und einer ersten vorbestimmten Zeitverzögerung bestimmt werden. In einem solchen Fall kann der hydraulische Injektionsbeginn als derjenige Zeitpunkt ermittelt werden, bei dem nach dem elektrischen Injektionsbeginn die vorbestimmte erste Zeitverzögerung abgelaufen ist. Eine solche Form der Ermittlung erfordert besonders geringe Rechenleistung und kann in Echtzeit ausgeführt werden.
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Alternativ und bevorzugt wird ein hydraulischer Injektionsbeginn basierend auf einer Analyse des Kraftstoffdrucks ermittelt. Hierbei wird bevorzugt zunächst ein Auslöse-Punkt innerhalb einer fallenden Flanke des Kraftstoffdrucks während einer Injektion ermittelt, bei dem der Kraftstoffdruck einen vorbestimmten zweiten Auslöse-Grenzwert erreicht oder unterschreitet. Anschließend wird ausgehend von diesem Auslöse-Punkt derjenige Zeitpunkt als der hydraulische Injektionsbeginn ermittelt, bei dem ein letztes Druckmaximum zeitlich vor dem Auslöse-Punkt in dem Verlauf des Kraftstoffdrucks aufgetreten ist. Dieser Zeitpunkt kann analytisch oder näherungsweise durch eine Auswertung des Druckverlaufs ermittelt werden. Ein solches Vorgehen erfordert eine rückschauende Auswertung eines Teils des Drucksignals. Diese Auswertung kann jedoch in relativ kurzer Zeit erfolgen, sodass sie abgeschlossen ist, bevor das hydraulische Injektionsende erreicht wird. Entsprechend kann auch bei dieser Ausführungsform die hydraulische Injektionsdauer in Echtzeit ermittelt werden.
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Alternativ und vereinfachend kann das letzte Druckmaximum vor der fallenden Flanke des Drucksignals als derjenige Zeitpunkt bestimmt werden, der um eine vorbestimmte Zeitdauer vor dem Auslöse-Punkt in der fallenden Flanke des Druckverlaufs liegt, der mittels der vorgenannten Grenzwertüberschreitung ermittelt wurde. Ein solches Verfahren kann äußerst schnell durchgeführt werden. Der Zeitpunkt des hydraulischen Injektionsbeginns kann nahezu sofort nach der Feststellung der Grenzwertüberschreitung ermittelt werden.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Injektionsmenge wird eine hydraulische Injektionsdauer in der vorgenannten Weise ermittelt. Es wird weiterhin in der vorgenannten Weise ein Basis-Druck, insbesondere ein gemittelter Basis-Druck in einem Zeitfenster vor der Ausführung einer Injektion ermittelt. Die Injektionsmenge wird basierend auf der hydraulischen Injektionsdauer und dem Basis-Druck ermittelt, beispielsweise anhand einer Funktion oder einem Kennfeld.
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Durch die vorgenannten Verfahren kann die erforderliche Rechenleistung zur Ermittlung einer hydraulischen Injektionsdauer und einer Kraftstoffinjektionsmenge erheblich reduziert werden. Hierdurch kann ein Kraftstoffversorgungssystem deutlich günstiger und reaktionsschneller ausgebildet werden. Die genannten Verfahren können auf einem einfachen und kostengünstigen Prozessor ausgeführt werden.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Hochdruck-Kraftstoff mit einem Mittel zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks und einem Aktuator zur Ausführung einer Kraftstoffinjektion auszubilden, wobei an oder in dem Injektor eine separate Injektor-Steuereinheit angeordnet ist. Die Steuereinheit kann eine Auswertung des Kraftstoff-Drucks durchführen. Sie kann ferner eine Feinsteuerung der KraftstoffInjektion, insbesondere des Injektions-Timings bewirken. Die Feinsteuerung kann beispielsweise durch eine Einstellung des elektrischen Injektionsbeginns und des elektrischen Injektionsendes erfolgen. Die separate Injektor-Steuereinheit ist bevorzugt zur Ausführung eines der vorgenannten Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes, einer hydraulischen Injektionsdauer und/oder einer Injektionsmenge ausgebildet. Es kann somit ein intelligenter Injektor gebildet werden, der eigenständig eine Steuerung der Injektionsmenge und gegebenenfalls eines Injektionstimings in einem geschlossenen Regelkreis ausführt.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1: Einen Injektor gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Kraftstoffversorgungssystem;
- 2 und 3: Ablaufdiagramme eines Steuersignals, eines Kraftstoff-Drucks und einer Injektionsrate zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes, einer hydraulischen Injektionsdauer und einer Injektionsmenge;
- 4: Einen Kraftstoff-Injektor gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem Kraftstoffversorgungssystem.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes an einem Kraftstoff-Injektor (102,102'). Ein solcher Injektor ist in 1 beispielsweise dargestellt. Er ist bevorzugt in einem Kraftstoff-Versorgungssystem (100) angeordnet. Das Kraftstoff-Versorgungssystem (100) kann über eine Mehrzahl von Kraftstoff-Injektoren (102,102') verfügen, die von einer Kraftstoffquelle (110) mit Hochdruck-Kraftstoff gespeist werden. Eine solche Kraftstoffquelle (110) kann beispielsweise eine Common Rail (Hochdruck-Akkumulator / Hochdruck-Verteiler) sein. Alternativ kann für jeden Injektor (102,102') eine separate Kraftstoffquelle vorgesehen sein.
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Ein Kraftstoff-Injektor (102,102') wird über ein Steuersignal (Ci) zur Ausführung einer Einspritzung aktiviert. Das Steuersignal (Ci) wird bevorzugt von einer zentralen Steuereinheit (118) des Kraftstoff-Versorgungssystems (100) ausgegeben und beispielsweise über eine Kabelverbindung zum Injektor (102,102') gespeist. Üblicherweise ist in einer Steuereinheit (118) eine Treiberschaltung enthalten, über die ein Stromimpuls als Steuersignal (Ci) ausgegeben wird, mit dem ein Aktuator in dem Injektor (102,102') mit Energie beaufschlagt wird. Ein solcher Aktuator kann beliebig ausgebildet sein. Er kann beispielsweise als Piezo-Stack oder als Solenoid ausgebildet sein. Der Aktuator kann direkt oder indirekt ein Öffnen (und/oder Schließen) eines Ventils, insbesondere einer Ventilnadel des Kraftstoff-Injektors (102,102') bewirken. Bevorzugt ist der Kraftstoffinjektor (102,102') als indirekt aktuierter Injektor mit einem Solenoid zum Betreiben eines Servo-Ventils ausgebildet. Alternativ kann der Injektor in anderer Form als indirekt aktuierter Injektor oder als direkt aktuierter Injektor ausgebildet sein. Bei einem direkt aktuierten Injektor treibt der Aktuator die Ventilnadel direkt an und gibt deren Ventilhub vor.
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Der Hochdruck-Kraftstoff wird dem Injektor (102,102') an dessen Einlassbereich (108) zugeführt. Von dort wird der Kraftstoff durch eine innere Kraftstoffpassage zu einer oder mehreren Einspritzöffnungen (106) am Ausgang des Injektors (102) geführt. Zwischen der Kraftstoffpassage und den Einlassöffnungen ist das vorgenannte Ventil, bevorzugt ein Nadelventil, angeordnet, das eine Verbindung zwischen der Kraftstoffpassage und den Einspritzöffnungen öffnet und schließt.
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Ein Injektor (102,102') weist ein Mittel zur Erfassung eines Kraftstoff-Drucks (Pinj) auf. Bevorzugt wird ein Kraftstoff-Druck (Pinj) im Bereich einer Injektionsöffnung oder an einem in der Nähe der Injektionsöffnung gelegenen Kraftstoffvolumen erfasst, beispielsweise in einem Sackloch vor den Injektionsöffnungen. Dieser Druck kann direkt durch Messung oder indirekt über ein Rechenmodell ermittelt sein. So kann beispielsweise ein Drucksensor (104) am Einlassbereich (108) des Injektors angeordnet sein, aus dessen Signal der Druck (Pinj) über ein Rechenmodell, insbesondere über ein hydraulisches Simulationsmodell, bestimmt wird. Wiederum alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Druck, der am oder im Einlassbereich (108) des Injektors (102,102') gemessen wird, als den Kraftstoff-Druck (Pinj) verwenden. Ein solcher Drucksensor kann im Injektor (102,102') verbaut oder an einem Bereich der Zuführleitung vor dem Injektor als separater Sensor angeordnet sein.
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Ein Kraftstoff-Injektor (102,102') ist bevorzugt an einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors (116) angeordnet, um Hochdruck-Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen. Eine Kraftstoffeinspritzung kann während eines Arbeitsspiels eines Zylinders einfach oder mehrfach erfolgen. Es können insbesondere eine Hauptinjektion und ein oder mehrere Vor- oder Nachinjektionen (engl.: Preor Postinjection) ausgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind dazu geeignet, auch bei Mehrfachinjektionen für jede einzelne Injektion in Echtzeit das hydraulische Injektionsende und die hydraulische Injektionsdauer zu ermitteln.
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Das Kraftstoff-Versorgungssystem (100) weist bevorzugt einen Kraftstofftank (114) auf. Ein Fördermittel (112), insbesondere eine Hochdruckpumpe, fördert den Kraftstoff von dem Kraftstofftank (114) zu einem Druckspeicher (110) (Kraftstoffquelle für Injektor) und verdichtet den Kraftstoff dabei auf einen hohen Druck. An dem Druckspeicher (110) ist ggfs. ein zusätzlicher Drucksensor zur Ermittlung eines Speicherdrucks (Ps) angeordnet. Das Fördermittel (112), insbesondere die Hochdruckpumpe, kann bevorzugt über ein Steuersignal (Cp) von einer Steuereinheit (118) betrieben werden, um einen gewünschten Speicherdruck (Ps) in dem Druckspeicher (110) zu erreichen. Der an dem Druckspeicher (110) ermittelte Speicherdruck (Ps) kann ggfs. genutzt werden, um die Korrektheit der Messergebnisse des Drucksensors (104) am Injektor (102,102') zu überprüfen und bei zu großen Abweichungen in einen Fehlerbetrieb überzugehen. Auf den zusätzlichen Drucksensor zur Ermittlung des Speicherdrucks (Ps) kann auch verzichtet werden. Eine Überprüfung der Messergebnisse kann auch über die Drucksensoren an mehreren Injektoren erfolgen. Es kann auch eine Beeinflussung des Fördermittels (112) in Abhängigkeit von den Drucksignalen erfolgen, die an den Injektoren erfasst werden.
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In den 2 und 3 sind Ablaufdiagramme zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. In dem obersten Diagramm ist jeweils der Verlauf eines Steuersignals (Ci) zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors (102,102') dargestellt. In dem mittleren Diagramm ist der Verlauf eines Kraftstoff-Drucks (Pinj) an einem Kraftstoff-Injektor (102,102') dargestellt und in dem unteren Diagramm ist jeweils der Verlauf einer Injektionsrate (q) dargestellt. Die Diagramme sind jeweils auf dieselbe Zeitachse (t) bezogen.
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In den mittleren Diagrammen ist ein gefiltertes Drucksignal (Pinj) dargestellt. Das Drucksignal (Pinj) kann in beliebiger geeigneter Weise aus dem erfassten Kraftstoff-Druck am Injektor (102,102') ermittelt werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kraftstoff-Druck bei einer vorbestimmten Abtastfrequenz, bspw. in einem Bereich von 10 kHz bis 1 MHz, bevorzugt bei 10 kHz erfasst und gesampelt wird. Das Drucksignal (Pinj) kann mit einem geeigneten Filter, beispielsweise einem Bandpassfilter oder einem Kalman-Filter, gefiltert werden, um unerwünschtes Rauschen oder unerwünschte Eigenfrequenzen zu eliminieren. Die erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt auf dem gefilterten Drucksignal (Pinj) ausgeführt.
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Eine Kraftstoffinjektionsrate (q) ist die Menge an Kraftstoff, die pro Zeiteinheit aus den Einspritzöffnungen (106) am Injektor (102,102') austritt. Der Verlauf der Injektionsrate (q) hängt vor allem von dem Speisedruck ab, mit dem der Kraftstoff-Injektor versorgt wird und der Öffnung des Ventils, insbesondere des Nadelventils, im Injektor (102,102'). Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Injektionsrate (q) für unterschiedliche Betriebspunkte eines Injektors (102,102') in Versuchen zu ermitteln und in einer geordneten Datenstruktur, insbesondere einem Kennfeld, abzulegen. Alternativ kann der Verlauf einer Injektionsrate (q) analytisch oder anhand von vereinfachten Simulationsrechnungen ermittelt und in einer geordneten Datenstruktur abgelegt werden, insbesondere in einer Wertetabelle oder einer Funktion. Basierend auf einer solchen geordneten Datenstruktur kann die Injektionsmenge (Q) einer Kraftstoffinjektion basierend auf einer hydraulischen Injektionsdauer (Dinj) und einem Basis-Druck (Pbase) bestimmt werden. Die so ermittelte Injektionsmenge (Q) wird als Basis-Injektionsmenge bezeichnet. Ggf. kann eine finale Injektionsmenge durch weitere Kalibrierungen oder Fehlerkompensationen aus der Basis-Injektionsmenge ermittelt werden. Insbesondere kann eine Injektor-Driftkompensation angewendet werden, um aus der Basis-Injektionsmenge die finale Injektionsmenge zu berechnen. Bei der Driftkompensation werden insbesondere Einflüsse einer Injektorverrußung (Coalking) berücksichtigt. Ferner kann eine Lebensdauerdriftkompensation basierend auf einer Injektionsratenhöhe oder einem Nadelhubmodel ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können Kompensationsmodelle für die Injektortemperatur und/oder die Kraftstofftemperaturkompensation basierend auf tatsächlichen Temperaturbedingungen ausgeführt werden. An dem Injektor (102,102') kann bevorzugt ein Temperatursensor angeordnet sein. Dieser kann separat oder in räumlicher Verbindung zu einem Drucksensor (104) vorliegen. Es kann auch eine kombinierte Sensoreinheit (104) zur Erfassung des Drucks und der Temperatur vorgesehen sein. Wiederum alternativ oder zusätzlich können Kompensationsberechnungen für Mehrfachinjektion-Druckwellen basierend auf einem Nadelhubmodel und der hydraulischen Injektionsdauer ausgeführt werden.
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2 zeigt beispielsweise einen Injektionsverlauf bei einem Speisedruck von 200 MPa im Druckspeicher (110) und einer Injektionsmenge (Q) von 66 mm3. 3 zeigt einen entsprechenden Injektionsablauf bei einem Speisedruck von 200 MPa und einer Injektionsmenge (Q) von 48 mm3.
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Zunächst wird ein Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes (ThyEnd) an einem Kraftstoff-Injektor (102,102') beschrieben. Wie in dem jeweils mittleren Diagramm von 2 und 3 ersichtlich ist, fällt der Kraftstoff-Druck (Pinj) während einer Kraftstoffinjektion zunächst ab und steigt zum Ende der Injektion wieder an. Der Verlauf des Kraftstoff-Drucks hat somit während einer Kraftstoffinjektion eine fallende Flanke, gefolgt von einem niedrigen Druckniveau, an das sich eine steigende Flanke anschließt. Bei dem Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes (ThyEnd) wird ein erstes Druckmaximum (X) nach einer steigenden Flanke des Drucksignals (Pinj) zum Ende einer Injektion aufgefunden. Der bei diesem Druckmaximum (X) erreichte Druck wird als Grenz-Druck (Px) bestimmt. Das hydraulische Injektionsende (ThyEnd) wird als derjenige Zeitpunkt ermittelt, bei dem das Drucksignal (Pinj) erneut den Grenz-Druck (Px) in ansteigender Richtung erreicht, d.h. erreicht oder überschreitet.
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Wie aus den mittleren Diagrammen von 2 und 3 hervorgeht, kann das Drucksignal (Pinj) zum Ende und nach Abschluss einer Injektion erheblichen Schwankungen unterworfen sein, die bspw. aus Druckwellen infolge der Ventilbewegung hervorgerufen sind. Es wurde herausgefunden, dass das erste Maximum und das erste Minimum am Ende einer steigenden Flanke des Drucksignals (Pinj) noch der Ausführung einer Injektion zuzuordnen sind, während die nachfolgenden Schwingungen und die darin enthaltenen Maxima und Minima nach dem Abschluss der Injektion auftreten. Er wird durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des hydraulischen Injektionsendes und die darauf aufbauenden Ermittlungen ausgenutzt.
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Eine steigende Flanke in dem Drucksignal (Pinj) kann auf beliebige geeignete Weise festgestellt werden. Es kann vorkommen, dass auch innerhalb einer steigenden Flanke ein relatives Druckmaximum auftritt (nicht dargestellt). Ein solches relatives Druckmaximum innerhalb einer steigenden Flanke könnte zu einer fehlerhaften Ermittlung eines hydraulischen Injektionsendes führen. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schritt zum Auffinden eines ersten Druckmaximums (X) ausgeführt wird, wenn der Kraftstoffdruck (Pinj) einen vorbestimmten Auslöse-Grenzwert (Pb) erreicht oder überschritten hat. Hierdurch werden eventuelle relative Druckmaxima, die vor Erreichen dieses Auslöse-Grenzwertes (Pb) auftreten, bei der Ausführung des Verfahrens nicht berücksichtigt und eine Fehlbestimmung an solchen Punkten kann ausgeschlossen werden. Weiterhin kann die Ausführung des Verfahrens auf einen sehr kurzen Zeitabschnitt und somit einen geringen Anteil des Drucksignals (Pinj) beschränkt werden, wodurch eine besonders geringe Rechen- und Speicherleistung erforderlich ist.
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Der vorbestimmte Auslöse-Grenzwert (Pb) kann statisch festgelegt sein. Er kann alternativ und bevorzugt dynamisch bestimmt sein, insbesondere basierend auf einem Basis-Druck, insbesondere einem gemittelten Basis-Druck (Pbase) in einem Zeitfenster vor der Ausführung einer Injektion. Das Zeitfenster kann hierbei in beliebig geeigneter Weise festgelegt sein. Es kann sich um einen vorbestimmten Zeitpunkt handeln, zu dem der Basis-Druck als Einzelwert erfasst wird. Alternativ und bevorzugt kann ein Zeitfenster mit einer vorbestimmten Dauer und Lage vor dem elektrischen Injektionsbeginn (TelSt) sein. Alternativ kann es ein Zeitfenster zwischen dem elektrischen Injektionsbeginn (TelSt) und dem hydraulischen Injektionsbeginn (ThySt) sein. Wiederum alternativ kann es ein Zeitfenster mit einem anderen Beginn oder einem anderen Ende sein, das beispielsweise vor dem elektrischen Injektionsbeginn (TelSt) anfängt und bei dem hydraulischen Injektionsbeginn (ThySt) endet. Innerhalb des Zeitfensters kann der Basis-Druck als ein Einzelwert erfasst werden. Alternativ und bevorzugt kann eine beliebige geeignete Mittelwertbildung zur Ermittlung eines gemittelten Basis-Drucks (Pbase) eingesetzt werden. Es kann beispielsweise das arithmetische oder das geometrische Mittel aus allen Messwerten innerhalb des Zeitfensters gebildet werden. Alternativ kann das arithmetische oder das geometrische Mittel aus allen relativen Maxima und Minima innerhalb des Zeitfensters gebildet werden. Die Auswahl der geeigneten Mittelwertbildung kann in Abhängigkeit von Versuchsmessungen und ggfs. in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors erfolgen.
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Eine hydraulische Injektionsdauer (Dinj) an einem Kraftstoff-Injektor (102,102') wird basierend auf dem hydraulischen Injektionsende (ThyEnd) und einem ermittelten hydraulischen Injektionsbeginn (ThySt) bestimmt. Der hydraulische Injektionsbeginn (ThySt) kann auf beliebig geeigneter Weise ermittelt werden. Er kann beispielsweise basierend auf einem elektrischen Injektionsbeginn (TelSt) gemäß einem Steuersignal (Ci) zum Betreiben eines Injektors (102,102') und einer ersten vorbestimmten Zeitverzögerung (T*) bestimmt werden. Der elektrische Injektionsbeginn (TelSt) wird beispielsweise von einer Steuereinheit (118) eines Kraftstoff-Versorgungssystems (100) vorgegeben. Die erste vorbestimmte Zeitverzögerung (T*) kann aus Messungen bekannt sein und beispielsweise aus einer geordneten Datenstruktur wie einer Funktion, einer Werttabelle oder einem Kennfeld bezogen werden.
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Alternativ und bevorzugt wird ein hydraulischer Injektionsbeginn (ThySt) basierend auf einer Auswertung des Kraftstoffdrucks (Pinj) bestimmt. Eine solche Auswertung kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Bevorzugt wird zunächst ein Auslöse-Punkt (A) in einer fallenden Flanke des Kraftstoff-Drucks (Pinj) ermittelt.
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Dies kann insbesondere in Punkt sein, bei dem der Kraftstoff-Druck (Pinj) einen vorbestimmten Auslöse-Grenzwert (Pa) erreicht oder unterschreitet. Es kann somit sichergestellt werden, dass ein hydraulischer Injektionsbeginn erst dann ermittelt und festgelegt wird, wenn tatsächlich ein Druckabfall eingeleitet wurde.
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Ausgehend von diesem Auslöse-Punkt (A) in der fallenden Flanke des Kraftstoff-Drucks (Pinj) wird der hydraulische Injektionsbeginn (ThySt) bevorzugt als derjenige Zeitpunkt bestimmt, bei dem das letzte Druck-Maximum vor der fallenden Flanke aufgetreten ist. Dieser Zeitpunkt kann anhand einer Auswertung des Drucksignals (Pinj) aufgefunden werden. Alternativ und bevorzugt kann der Zeitpunkt aufgefunden werden, in dem von dem vorgenannten Auslöse-Punkt (A) aus um eine vorbestimmte zweite Zeitverzögerung (T**) zurückgerechnet wird. Mit anderen Worten liegt der hydraulische Injektionsbeginn (ThySt) um die zweite vorbekannte Zeitverzögerung (T**) vor dem Auslöse-Punkt (A).
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Der Auslöse-Grenzwert (Pa) und die zweite vorbestimmte Zeitverzögerung (T**) können statisch vorbestimmt sein. Alternativ kann der Auslöse-Grenzwert (Pa) basierend auf einem Basis-Druck, insbesondere einem gemittelten Basis-Druck (Pbase) in einem Zeitfenster vor Ausführung einer Injektion bestimmt werden und die zweite vorbestimmte Zeitverzögerung (T**) kann dynamisch basierend auf dem Basis-Druck, insbesondere dem gemittelten Basis-Druck (Pbase) und einer Temperatur des Kraftstoffs und/oder des Injektors (102,102') bestimmt werden.
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Eine hydraulische Injektionsdauer (Dinj) wird bevorzugt als Zeitdauer zwischen dem hydraulischen Injektionsbeginn (ThySt) und dem hydraulischen Injektionsende (ThyEnd) bestimmt.
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Basierend auf einer hydraulischen Injektionsdauer (Dinj) und einem Basis-Druck, insbesondere einem gemittelten Basis-Druck (Pbase) kann die Injektionsmenge (Q) ermittelt werden. Dies kann beispielsweise mittels der vorgenannten geordneten Datenstruktur in Form einer Wertetabelle, einer Funktion oder einem Kennfeld erfolgen. Die so ermittelte Basis-Injektionsmenge (Q) kann, wie oben ausgeführt wurde, ggf. einer weiteren Kompensation unterzogen werden, um die Finale-Injektionsmenge zu ermitteln.
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In 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors (102') in einem abgewandelten Kraftstoffversorgungssystem (100) dargestellt. Der Kraftstoff-Injektor (102') weist einen Drucksensor (104) und einen Aktuator zur Ausführung einer Kraftstoffinjektion auf. An dem Injektor (102') ist ferner eine separate Injektor-Steuerlogik, insbesondere verkörpert in einer separaten Injektor-Steuereinheit (120) angeordnet. Die Injektor-Steuerlogik kann beliebig ausgebildet sein. Sie kann insbesondere als FPGA (Field Programmable Gate Array) verkörpert sein, wodurch eine besonders flexible und vergleichsweise kostengünstige Variante geschaffen wird. Durch die Injektor-Steuerlogik können verschiedene Verfahren ausgeführt werden, insbesondere Verfahren zur Auswertung eines Kraftstoff-Drucks (Pinj) und/oder zur Feinsteuerung der Ausführung einer Kraftstoffinjektion. Eine Injektor-Steuereinheit (120) kann insbesondere dazu ausgebildet sein, eines der vorgenannten Verfahren zur Bestimmung eines hydraulischen Injektionsendes (ThyEnd), einer hydraulischen Injektionsdauer (Dinj) und/oder einer Injektionsmenge (Q) auszuführen.
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Alternativ oder zusätzlich können auf der Injektor-Steuereinheit (120) andere Verfahren ausgeführt werden. Beispielsweise kann von einer Steuereinheit (118) des Kraftstoff-Versorgungssystems (100) eine Soll-Injektionsmenge (Q*) und/oder ein Soll-Zeitpunkt (ThySt') für den hydraulischen Injektionsbeginn vorgegeben werden. Daneben kann ein Vor-Steuersignal (Ci*) für den Injektor (102') vorgegeben sein. Das Vor-Steuersignal kann beispielsweise einen frühesten elektrischen Injektionsbeginn festlegen. Auf der Injektor-Steuereinheit kann eine Feinsteuerung des Injektionstimings, insbesondere eine Feineinstellung des tatsächlichen elektrischen Injektionsbeginns (TelSt) und des tatsächlichen Injektionsendes (TelEnd) erfolgen. Diese Feineinstellung kann basierend auf einer auf der Injektor-Steuereinheit ermittelten tatsächlichen Injektionsmenge (Q) erfolgen. Mit anderen Worten kann auf der Injektor-Steuereinheit eine Regelung der Injektionsmenge (Q) und/oder des Injektionstimings in einem geschlossenen Riegelkreis erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Injektionsbeginn (TelSt) so gewählt werden, dass der tatsächliche hydraulische Injektionsbeginn (ThySt) dem Soll-Zeitpunkt (ThySt') entspricht. Die Regelung, d.h. gesteuerte Einstellung, der Injektionsmenge (Q) und/oder des hydraulischen Injektionsbeginns (ThySt) kann bevorzugt in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen.
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Von der Injektor-Steuereinheit (120) oder der Injektor-Steuerlogik können beliebige Messdaten und berechnete Werte an die Steuereinheit (118) eines Kraftstoffversorgungssystems (100) zurückgegeben werden. Dies können insbesondere die tatsächliche Injektionsmenge (Q) und das tatsächliche Injektionstiming und/oder das tatsächliche Steuersignal (Ci) sein.
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Ein mit einer separaten Injektor-Steuereinheit (120) ausgebildeter Kraftstoff-Injektor kann mit besonders wenigen Versorgungsleitungen auskommen. Er kann somit deutlich kleiner bauen und ist weniger anfällig für Fehler aufgrund schlechter elektrischer Kontaktierung. Dies ist insbesondere für den Einsatz an Schwerlastmotoren vorteilhaft, bei denen Kraftstoffinjektoren sehr tief im Motorblock eingebaut werden.
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Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Die zu den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten und beschriebenen Merkmale können in beliebiger Weise kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden. Ein Kraftstoff-Injektor (102,102') kann an einem beliebigen Verbrennungsmotor (116) eingesetzt werden, insbesondere an einem Benzinmotor oder einem Dieselmotor. Er kann über eine beliebige Kraftstoffquelle versorgt werden. Dies kann entweder eine Common Rail (110), ein separater Druckspeicher oder ein aktives Versorgungsorgan, wie beispielsweise eine Hochdruckpumpe sein. Ein Drucksensor (104) kann an einer beliebigen Stelle in einem Injektor (102,102') angeordnet sein. Er kann alternativ an einer Versorgungsleitung in der Nähe des Injektoreinlasses (108) oder bei kurzen Leitungslängen an einem Druckspeicher (110) angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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| 100 102 102' 104 |
Kraftstoffversorgungssystem Injektor Injektor Drucksensor und/oder Temperatursensor |
Fuel supply system Injector Injector Pressure Sensor and/or temperature sensor |
| 106 108 110 |
Einspritzöffnung Einlassbereich Druckspeicher / Common Rail |
Injection orifice Inlet section Pressure storage / Common Rail |
| 112 |
Pumpe / Hochdruckpumpe |
Pump / High pressure pump |
| 114 116 118 120 |
Kraftstofftank Motor Steuereinheit Injektor-Steuereinheit |
Fuel tank Engine Control unit Injector control unit |
| A |
Auslöse-Punkt auf fallender Flanke |
Trigger-point on falling edge |
| B |
Auslöse-Punkt auf steigender Flanke |
Trigger-point on rising edge |
| Ci |
Steuersignal für Injektor |
Control signal for injector |
| Ci* |
Vor-Steuersignal für Injektor |
Pre-Control signal for injector |
| Cp |
Steuersignal für Pumpe |
Control signal for pump |
| Dinj |
Hydraulische Injektionsdauer |
Hydraulic injection duration |
| Ps Pinj Pa |
Speicherdruck Druck am Injektor Zweiter Auslöse-Grenzwert |
Storage-Pressure Pressure at injector Second triggering threshold |
| Pb |
Erster Auslöse-Grenzwert |
First triggering threshold |
| Pbase |
(gemittelter) Basis-Druck |
(averaged) base pressure |
| Px |
Druck bei erstem Maximum / Grenz-Druck |
Pressure at first maximum / threshold pressure |
| Q* |
Soll-Injektionsmenge |
Target injection quantity |
| Q q X |
Injektionsmenge Injektionsrate Erstes Maximum nach Druckanstieg |
Injection quantity Injection rate First maximum after pressure rise |
| Y |
Punkt des erneuten Erreichens des Grenz-Drucks |
Point of reaching the threshold-pressure again |
| TelSt ThySt |
Elektrischer Injektionsbeginn Hydraulischer Injektionsbeginn |
Electric injection start Hydraulic injection start |
| TelEnd |
Elektrisches Injektionsende |
Electric injection end |
| ThyEnd |
Hydraulisches Injektionsende |
Hydraulic injection end |
| T*, T** |
Vorbestimmte Zeitverzögerung |
Predefined time delay |
