DE102015204684A1

DE102015204684A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors

Info

Publication number: DE102015204684A1
Application number: DE102015204684.2A
Authority: DE
Inventors: Erik Tonner; Fabian Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zumindest einer von einer Injektornadel (25) gesteuerten Einspritzöffnung beschrieben. Mittels eines Sensors (60) werden Druckänderungen beim Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel (25) oder eines Schaltventils ermittelt. Ausgehend von einer charakteristischen Zeit ein Signaloffset ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffinjektors auszuführen.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2012 206 586 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zumindest einer von einer Injektornadel gesteuerten Einspritzöffnung und mit einem mit einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors kommunizierenden Steuerraum für die Injektornadel, wobei in dem Steuerraum mittels eines Steuerventils ein Schließdruck, bei dem die Injektornadel in eine die Einspritzöffnung absperrende Schließlage gestellt ist und ein Öffnungsdruck einstellbar sind, bei dem die Injektornadel in eine die Einspritzöffnung freigebende Offenlage übergeht, und wobei mittels eines Sensors Druckänderungen beim Öffnung und/oder Schließen der Injektornadel ermittelt werden.
Um mit geringem Aufwand eine präzise Einspritzmengensteuerung eines solchen Kraftstoffinjektors zu ermöglichen, wird mittels des Sensors der bevorzugt ein Kraft- und/oder Drucksensor ist, ein dynamischer Druck in dem Kraftstoffinjektor erfasst. Über einen solchen Drucksensor, der gewöhnlich als Piezosensor oder DMS ausgebildet ist, wird zur Erkennung eines Öffnungs- oder Schließvorganges der Injektornadel der Druck in der Hochdruckbohrung gemessen und aufgezeichnet. Aus dem Signalverlauf werden die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel oder des Steuerventils ermittelt. Nun ist die Zeit zwischen dem Ereignis des Öffnens/Schließens und dessen Detektion abhängig von der Laufzeit einer Druckwelle vom Ereignis zum Sensor. Diese Wellenlaufzeit ist wiederum abhängig von beispielsweise der Temperatur, dem Druck des Kraftstoffs und der Kraftstoffsorte. Kleine Verzugszeiten der Detektion des Öffnungs-/Schließvorganges können eine darauf aufsetzende Regelung ungenau machen, was sich nachteilig auf den Betrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere auf deren Emissionen auswirken kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass der Schließzeitpunkt und/oder der Öffnungszeitpunkt der Injektornadel um den durch die Signallaufzeit verursachten Fehler korrigiert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass ausgehend von einer charakteristischen Zeit des Signals des Sensors ein Signaloffset ermittelt wird. Unter dem Signaloffset ist die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Öffnen bzw. Schließen der Injektornadel und dem Auftreten des entsprechenden Signals am Sensor zu verstehen. Es wurde erkannt, dass der Abstand zweier Ereignisse im Signal des Sensors eng mit dem Signaloffset korreliert. Der Abstand dieser beiden Ereignisse wird als charakteristische Zeit bezeichnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die charakteristische Zeit nach dem Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel ausgewertet wird. Dies bedeutet die beiden Ereignisse, deren Abstand das charakteristische Ereigniss definieren, liegen unmittelbar nach dem Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel.
Besonders gut mit dem Signalsoffset korreliert der Abstand der ersten beiden Maxima des Signals nach dem Öffnen und/oder dem Schließen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Signaloffset abhängig von der charakteristischen Zeit aus einem Kennfeld ausgelesen wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch einen Kraftstoffinjektor, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt,
2 Das Ausgangssignal des Sensors über der Zeit aufgetragen und
3 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
In 1 ist höchst schematisch und unter Weglassung für die vorliegende Erfindung nicht relevanter Merkmale ein Kraftstoffinjektor dargestellt, wie er im Detail aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2014 204 746 A1 hervorgeht, auf die vorliegend Bezug genommen wird und die insoweit in vorliegende Anmeldung einbezogen wird. In einem Injektorgehäuse 11 ist eine Düsennadel, nachfolgend auch Injektornadel 25 oder genannt, angeordnet, in deren abgesenkter Stellung (wie dargestellt) Einspritzöffnungen 15 verschlossen sind und in deren angehobener Position die Einspritzöffnungen 15 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) freigegeben sind. Der Kraftstoff wird von einem auch als Common-Rail bezeichneten Hochdruckspeicher 58 über eine Zulaufbohrung 37 einem Hochdruckraum 17 zugeführt. Die Injektornadel 25 wird mittels eines Piezoaktors 50 über einen Kopplerkolben 35 auf an sich bekannte und in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2014 204 746 A1 beschriebenen Weise betätigt. Der Piezoaktor 50 wird von einem Steuergerät 90 angesteuert. Hierzu sind Anschlussleitungen 51, 52 zum Piezoaktor 50 geführt. Der in der Zulaufbohrung 37 herrschende Druck des Kraftstoffs wird mittels eines Sensors 60 erfasst, der im oberen Bereich des Gehäuses 11 des Piezokraftstoffinjektors angeordnet ist.
Dieser Sensor 60 kann beispielsweise ein Piezo-Sensor sein. Darüber hinaus ist auch ein Sensor in Form eines DMS (DehnMessStreifens) denkbar.
Ein Ereignis, wie zum Beispiel das Öffnen oder Schließen der Injektornadel löst eine Druckwelle aus. Diese Druckwelle läuft die Hochdruckbohrung 57 entlang zum Sensor 60. Um den genauen Öffnungszeitpunkt oder Schließzeitpunkt zu detektieren, muss diese Wellenlaufzeit berücksichtigt werden.
Eine durch z. B. das Öffnen oder Schließen der Injektornadel ausgelöste Druckwelle läuft die Hochdruckbohrung 37 entlang zum Sensor 60. Die Zeit, welche die Welle unterwegs ist, hängt von der Länge der Strecke und der Schallgeschwindigkeit des Mediums in der Hochdruckbohrung 37 ab. Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig z. B. von der Temperatur, dem Druck und den Kraftstoffeigenschaften wie Kompressionsmodul und Dichte des Kraftstoffs.
In der 2 ist der Verlauf des Ausgangssignals des Sensors 60 bei einem konstanten Betriebspunkt dargestellt. In der ersten Teilfigur sind der Verlauf des Signal des Sensors mit einer durchgezogenen Linie und der Nadelhub mit einer gestrichelten Linie während eines Einspritzvorgangs aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 beginnt die Einspritzung und der Injektor öffnet. Dies bedeutet zum Zeitpunkt T1 nimmt der Nadelhub zu. Das heißt die Injektornadel beginnt sich zu bewegen und die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Das Öffnen des Injektors hat zur Folge, dass das Signal des Sensors stark abfällt. Nach Abfall des Signals bildet sich eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz des Signals aus. Allmählich geht das Signal wieder aus seinen Ausgangswert zurück.
Zum Zeitpunkt T2 endet die Kraftstoffeinspritzung und der Injektor schließt. Dies bedeutet zum Zeitpunkt T2 geht der Nadelhub geht auf seinen Ausgangswert zurück. Dies hat zur Folge, dass das Signal des Sensors sich wieder abrupt ändert und stark ansteigt. Es bildet sich wieder eine Schwingung aus und das Signal des Sensors fällt wieder auf seinen Ausgangswert zurück.
In der zweiten Teilfigur der 2 ist der zeitliche Verlauf des Signal des Sensors und des Nadelhubs während des Schließvorgangs vergrößert dargestellt. Dabei ist mit einer durchgezogenen Linie der Verlauf des Signal des Sensors und mit einer gestrichelten Linie der Nadelhub aufgetragen. Zum Zeitpunkt T2 endet die Einspritzung. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Ventilnadel ihre Nullstellung, d. h. ihre geschlossene Stellung. Ohne Signaloffset würde das Signal ebenfalls zum Zeitpunkt T2 seinen Maximalwert erreichen. Üblicherweise existiert ein Signaloffset T0 zwischen dem Zeitpunkt T2, bei dem die Einspritzung bzw. die Ventilnadel ihre geschlossene Stellung erreicht und dem Zeitpunkt T3, bei dem das Signal sein erstes lokales Maximum erreicht, dass als Schließzeitpunkt der Ventilnadel angesehen wird.
Die Differenz zwischen dem ersten Maximums des Signals des Sensors 60 zum Zeitpunkt T3 und dem Schließen des Ventils zum Zeitpunkt T2 wird als Signaloffset TO bezeichnet. Ferner wird die Differenz zwischen dem Auftreten des ersten Maximums zum Zeitpunkt T3 und dem Auftreten des zweiten Maximums zum Zeitpunkt T4 des Signals des Sensors als charakteristische Zeit Tc bezeichnet. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sowohl die charakteristische Zeit Tc, die ein Maß für die Frequenz der Schwingung des Signals ist, als auch das Signaloffset TO temperaturabhängig sind. Erfindungsgemäß wurde ferner erkannt, dass eine Korrelation zwischen dem charakteristischen Zeit Tc und dem Signaloffset TO besteht. Vorzugsweise besteht zwischen diesen beiden Signalen sogar ein nahezu linearer Zusammenhang.
In 3 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Korrektur des Offsets dargestellt. Das Signal des Sensors 60 gelangt zum einen zu einer Auswertung 110 und zu einer Ermittlung 120. Die Auswertung 110 stellt ein Signal T3 zur Verfügung, dass dem Schließzeitpunkt der Injektornadel entspricht, der ausgehend von dem Signal des Sensors 60 ermittelt wird. Die Ermittlung 120 ermittelt die charakteristische Zeit Tc, die dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Maximum der Schwingung des Signals entspricht. Dieses Signal Tc gelangt zu einem Kennfeld 125, indem der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der charakteristischen Zeit Tc abgelegt ist. Im Verknüpfungspunkt 130 werden die beiden Größen geeignet verknüpft. Diese Verknüpfung der beiden Größen kann additiv oder multiplikativ sein. Am Ausgang des Verknüpfungspunkt 130 steht der tatsächliche Schließzeitpunkt der Injektornadel zum Zeitpunkt T2 zur Verfügung und wird von der Steuerung 100 zur Ansteuerung und Regelung des Kraftstoffinjektors verwendet.
Bei einer verbesserten Ausführungsform kann das Signal des Sensors 60 vor der Verarbeitung in der Auswertung geeignet gefiltert werden.
Dies bedeutet in einem ersten Schritt wird der Schließzeitpunkt T3 der Injektornadel ausgehend von dem Signal des Sensors von der Auswertung 110 ermittelt. Hierzu wird beispielsweise das erste lokale Maximum des Signals ermittelt. In einem zweiten Schritt wird die charakteristische Zeit Tc von der Ermittlung 120 ermittelt. Hierzu wird zusätzlich das zweite lokale Maximum des Signals ermittelt. Die Differenz zwischen den beiden lokalen Maxima wird dann als charakteristische Zeit Tc verwendet. In einem dritten Schritt wird aus einem Kennfeld der Signaloffset TO ausgehend von der charakteristischen Zeit aus dem Kennfeld 125 bzw. einer Kennlinie 125 ausgelesen. In einem vierten Schritt erfolgt die Korrektur des gemessenen Zeitpunktes T3, um den Signaloffset TO. Durch diese Korrektur ergibt sich der tatsächliche Schließzeitpunkt T2 der Ventilnadel.
Der gemessene Zeitpunkt T3, bei dem die Injektornadel schließt und/oder öffnet wird um den Signaloffset TO korrigiert. Der so korrigierte Wert für den Schließzeitpunkt wird dann zur Steuerung der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftstoffinjektors verwendet.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wurde am Beispiel des Schließens der Injektornadel, d. h. das Ende des Einspritzvorgangs beschrieben. Die Vorgehensweise ist aber nicht nur auf diese Anwendung beschränkt, sie kann in entsprechender Weise auch beim Öffnen der Injektornadel, beim Beginn des Einspritzvorgangs, durchgeführt werden, da hier das Signal ein ähnliches Schwingungsverhalten zeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012206586 A1 [0003]
DE 102014204746 A1 [0015, 0015]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zumindest einer von einer Injektornadel (25) gesteuerten Einspritzöffnung, wobei mittels eines Sensors (60) Druckänderungen beim Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel (25) oder eines Schaltventils ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer charakteristischen Zeit (Tc) des Signals des Sensors ein Signaloffset (T0) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Zeit (Tc) nach dem Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Zeit (Tc) dem Abstand der ersten beiden Maxima des Signals nach dem Öffnen und/oder dem Schließen der Injektornadel (25) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Zeit (Tc) die Frequenz eines Signals des Sensors charakterisiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaloffset (T0) abhängig von der charakteristischen Zeit aus einem Kennfeld ausgelesen wird.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 6 ergibt, wenn sie gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden.