DE102015206286B4 - Method and device for operating an injector - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors, der ein verschiebliches Verschlusselement zum Freigeben und Schließen zumindest einer Einspritzöffnung des Injektors und einen Aktuator (22) aufweist, der ausgebildet ist, das Verschlusselement abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen, bei dem- abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors und abhängig von einem aktuellen Kraftstoffdruck in dem Injektor und abhängig von einem Verbrennungsgegendruck Soll-Referenzkoordinaten für einen Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden und- abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators (22) ermittelt und bereitgestellt werden.Method for operating a fuel injector, which has a displaceable closure element for releasing and closing at least one injection opening of the injector and an actuator (22), which is designed to actuate the closure element depending on a predetermined electrical control, depending on a predetermined target Injection mass flow for the injector and / or depending on a predetermined target injection volume flow for the injector and / or dependent on a predetermined desired speed change of the closure element when opening and / or closing the injector and depending on a current fuel pressure in the injector and depending on A reference position for a Hubverlauf of the closure element are determined and determined depending on the determined reference reference coordinates one or more electrical control variables for controlling the actuator (22) and bereitgest Become.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben eines Injektors sowie ein System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method and a corresponding device for operating an injector. The invention further relates to a computer program and a computer program product for operating an injector and to a system for operating an internal combustion engine.

Immer strengere, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, mittels Kraftstoffinjektoren eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern der Verbrennungsmotoren zu erzielen. Bei derzeitigen Kraftstoffinjektoren erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff mittels einer Düsennadel, die im Kraftstoffinjektor verschieblich gelagert ist und einen Öffnungsquerschnitt oder ein beziehungsweise eine Mehrzahl von Spritzlöchern einer Düsenbaugruppe des Kraftstoffinjektors in Abhängigkeit von ihrem Hub freigibt beziehungsweise verschließt. Eine Ansteuerung der Düsennadel erfolgt beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Aktors, welcher die Düsennadel mechanisch oder hydraulisch betätigt.Increasingly stringent statutory regulations regarding permissible pollutant emissions of internal combustion engines for motor vehicles make it necessary to achieve improved mixture preparation in the cylinders of internal combustion engines by means of fuel injectors. In current fuel injectors, fuel injection is controlled by means of a nozzle needle which is slidably mounted in the fuel injector and releases or closes an opening cross section or one or a plurality of spray holes of a nozzle assembly of the fuel injector depending on its stroke. A control of the nozzle needle, for example, by means of a piezoelectric actuator, which actuates the nozzle needle mechanically or hydraulically.

Für Kraftstoffinjektoren gelten sehr hohe Anforderungen an eine Genauigkeit und Robustheit der Einspritzmenge unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer des Kraftstoffinjektors. Eine Abweichung einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors hat immer negative Auswirkungen auf eine Verbrennung hinsichtlich der dabei entstehenden Schadstoffemissionen und eines Verbrauchs des Verbrennungsmotors.For fuel injectors, very high demands are placed on the accuracy and robustness of the injection quantity under all operating conditions and over the entire service life of the fuel injector. A deviation of an actual injection quantity from a desired injection quantity of a fuel injector always has negative effects on combustion with regard to the resulting pollutant emissions and consumption of the internal combustion engine.

Referenzkoordinaten zur Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren werden heute meistens über Kennfelder für Ansteuerdauer und Ansteuerenergien (Zeitsollwerte, Energie-, Strom und/oder Spannungssollwerte) bestimmt. So sind bestimmte Referenzkoordinaten bezogen auf einen Einspritzverlauf starr und ermöglichen keine dynamischen betriebspunktabhängigen Vorgaben von Nadelhüben.Reference coordinates for the control of fuel injectors are nowadays mostly determined via characteristic diagrams for activation duration and activation energies (time setpoints, energy, current and / or voltage setpoints). Thus, certain reference coordinates are rigid with respect to an injection course and do not allow dynamic operating point-dependent specifications of needle strokes.

DE 10 2011 007 393 B3 offenbart ein Verfahren zur Detektion eines Düsenraumdrucks in einem Injektor, der ein Verschlusselement zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung, mindestens einen das Verschlusselement direkt betätigenden Aktuator und mindestens einen Sensor zum Messen eines vom Düsenraumdruck abhängigen Zustands des Verschlusselements umfasst, wobei mit dem Sensor mindestens ein Messwert mindestens einer von dem Zustand abhängigen Messgröße erfasst wird und wobei eine Abweichung des Messwertes von einem vorgegebenen Wert bestimmt wird. DE 10 2011 007 393 B3 discloses a method for detecting a nozzle space pressure in an injector, which comprises a closure element for opening and closing an injection opening, at least one actuator directly actuating the closure element, and at least one sensor for measuring a state of the closure element that is dependent on the nozzle space pressure, wherein at least one measured value with the sensor at least one of the state-dependent measured variable is detected and wherein a deviation of the measured value is determined by a predetermined value.

DE 103 17 684 B4 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei während des Betriebs eine Ansteuerung von mindestens einem Einspritzventil der Brennkraftmaschine nach Maßgabe durch eine das individuelle Verhalten des verwendeten Einspritzventils repräsentierende Durchfluss-zu-Ladungsmenge-Kennlinie erfolgt. Zum Berechnen der Durchflusszu-Ladungsmenge-Kennlinie wird eine Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil ermittelt, indem eine Ladung, mit der das individuelle Einspritzventil angesteuert wird, gegenüber einer Referenzladung um einen vorbestimmten Betrag verändert wird und eine aus der Veränderung der Ladung resultierende Veränderung eines Lambda-Wertes bei der Brennkraftmaschine erkannt wird, und die Steigung der Kennlinie für das individuelle Einspritzventil aus der Veränderung der Ladung und der Veränderung des Lambda-Wertes berechnet wird. DE 10 2012 109 655 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Injektionsrate eines Kraftstoffinjektors. Die Injektionsrate wird aus einem Druck in einer Vorkammer, einem Druck im Außenbereich des Düsenbereichs des Kraftstoffinjektors und einer Dichte des Kraftstoffs berechnet. Der Druck wird mit einem Rechenmodell für den Transport von Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektor aus einem Druck berechnet, der am Einlassbereich des Kraftstoffinjektors erfasst wird. DE 103 17 684 B4 discloses a method for operating an internal combustion engine, wherein a control of at least one injection valve of the internal combustion engine is carried out in accordance with a by the individual behavior of the injection valve used representing flow-to-charge quantity characteristic during operation. For calculating the flow-to-charge amount characteristic, a slope of the characteristic curve for the individual injection valve is detected by changing a charge with which the individual injection valve is driven from a reference charge by a predetermined amount, and a change resulting from the change in charge Lambda value is detected in the internal combustion engine, and the slope of the characteristic curve for the individual injection valve from the change in the charge and the change in the lambda value is calculated. DE 10 2012 109 655 A1 discloses a method for determining the injection rate of a fuel injector. The injection rate is calculated from a pressure in an antechamber, an outside pressure of the nozzle area of the fuel injector, and a density of the fuel. The pressure is calculated using a calculation model for the transport of fuel in the fuel injector from a pressure detected at the inlet area of the fuel injector.

In der US 2014 0346244 A1 ist ein Regelverfahren für ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, sowie ein Einspritzsystem beschrieben. In wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einer Soll-Hubhöhe eines Verschlusselementes des Einspritzventils wird jeweils mindestens ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebs des Einspritzventils erzeugt. Der Antrieb wird durch das Steuersignal zum Anheben des Verschlusselements auf die Soll-Hubhöhe angesteuert und das Verschlusselement mittels des Antriebs auf eine Ist-Hubhöhe angehoben. Mindestens eine mit der Ist-Hubhöhe korrelierte Messgröße wird erfasst und die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von dieser mindestens einen Messgröße bestimmt. Das Steuersignal wird dabei in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe erzeugt.In the US 2014 0346244 A1 a control method for an injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine, and an injection system is described. In recurrent injection cycles and as a function of a desired lifting height of a closure element of the injection valve, at least one control signal is generated in each case for driving a drive of the injection valve. The drive is driven by the control signal for lifting the closure element to the desired lifting height and raised the closure element by means of the drive to an actual lifting height. At least one measured variable correlated with the actual lifting height is detected and the actual lifting height is determined as a function of this at least one measured variable. The control signal is generated in at least one of the subsequent injection cycles in response to a deviation of the actual lifting height of the desired lifting height.

In der DE 10 2005 054 239 A1 ist ein Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere ein piezoaktorgesteuerter Common Rail Injektor beschrieben. Der Injektor besitzt ein in einem Injektorkörper angeordnetes Steuermittel, einen Düsenkörper an dessen brennraumseitigen Ende ein Düsenaustritt ausgebildet ist und weist ferner eine Düsennadel auf, die in einer Längsausnehmung des Düsenkörpers axial beweglich bzw. betätigbar angeordnet ist. Dabei wird die Kraftstoff-Einspritzmenge und- Rate über eine Erfassung und Regelung des Düsennadelhubes geschlossen geregelt, wobei der Düsennadelhub vorzugsweise durch ein optisches Messverfahren erfasst wird.In the DE 10 2005 054 239 A1 is an injector for injecting fuel into combustion chambers of internal combustion engines, in particular a piezoactuator-controlled common rail injector described. The injector has a arranged in an injector control means, a nozzle body at the combustion chamber end of which a nozzle outlet is formed and further comprises a nozzle needle which is axially movable or actuated in a longitudinal recess of the nozzle body. At this time, the fuel injection amount and rate become over a detection and control of the Düsennadelhubes closed controlled, the Düsennadelhub is preferably detected by an optical measuring method.

Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors zu schaffen, die eine präzise und/oder variable Massenstromsteuerung eines von dem Injektor einzuspritzenden Fluids ermöglichen.The object underlying the invention is to provide a method and a corresponding device for operating an injector, which enable a precise and / or variable mass flow control of a fluid to be injected by the injector.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten und zweiten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors. Der Injektor weist ein verschiebliches Verschlusselement zum Freigeben und Schließen zumindest einer Einspritzöffnung des Injektors auf. Ferner weist der Injektor einen Aktuator auf, der ausgebildet ist, das Verschlusselement abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen. Abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und /oder abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzvolumenstrom und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors und abhängig von einem aktuellen Kraftstoffdruck in dem Injektor und abhängig von einem Verbrennungsgegendruck werden Soll-Referenzkoordinaten für einen Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt. Des Weiteren werden abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators ermittelt und bereitgestellt.The invention is characterized according to a first and second aspect by a method and a corresponding device for operating an injector. The injector has a displaceable closure element for releasing and closing at least one injection opening of the injector. Furthermore, the injector has an actuator which is designed to actuate the closure element as a function of a predetermined electrical activation. Depending on a predetermined target injection mass flow for the injector and / or depending on a predetermined target injection volume flow and / or dependent on a predetermined desired speed change of the closure element when opening and / or closing the injector and depending on a current fuel pressure in the injector and Depending on a backpressure of combustion, nominal reference coordinates for a stroke course of the closure element are determined. Furthermore, depending on the determined reference reference coordinates, one or more electrical control variables for controlling the actuator are determined and provided.

Dies ermöglicht eine dynamische Bestimmung von Soll-Referenzkoordinaten für einen Hubverlauf des Verschlusselements. Abhängig von Injektor-inhärenten Volumen- und Massenströmen, die abhängig von vorgegebenen Modellen ermittelbar sind, können die Soll-Referenzkoordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden.This allows a dynamic determination of desired reference coordinates for a stroke course of the closure element. Depending on injector-inherent volume and mass flows, which can be determined as a function of predetermined models, the reference reference coordinates for the stroke profile of the closure element can be determined.

Hierbei macht es sich zu Nutze, dass eine Einspritzmenge abhängig von einer Einspritzdauer, einem Einspritzdruck, einem Hub des Verschlusselements und einer Geometrie des Kraftstoffinjektors ist. Durch Vorgabe des Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder des Soll-Einspritzvolumenstroms und/oder der Soll-Geschwindigkeits-änderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors ist es möglich, Soll-Referenzkoordinaten für den Hub des Verschlusselements zu ermitteln. Die Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements wird auch als Gradient des Verschlusselements bezeichnet.In this case, it is useful that an injection quantity is dependent on an injection duration, an injection pressure, a stroke of the closure element and a geometry of the fuel injector. By presetting the desired injection mass flow for the injector and / or the desired injection volume flow and / or the desired speed change of the closure element when opening and / or closing the injector, it is possible to determine desired reference coordinates for the stroke of the closure element. The change in speed of the closure element is also referred to as the gradient of the closure element.

Der Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder der Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder die Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors kann variabel vorgegeben werden. Damit ist eine frei definierbare Einspritzverlaufsformung möglich. Dies ermöglicht eine vollvariable Steuerung des Einspritzmassenstroms durch eine kontinuierliche Verstellung des Hubs der Düsennadel beziehungsweise eines Düsenöffnungsquerschnitts. Bereits bei der Ermittlung der Soll-Referenzkoordinaten können interne betriebspunktabhängige Zustände, wie zum Beispiel die Temperatur des Kraftstoffs und ein Injektorinhärenter Druckzustand, berücksichtigt werden. The desired injection mass flow for the injector and / or the nominal injection volume flow for the injector and / or the desired speed change of the closure element during opening and / or closing of the injector can be set variably. This allows a freely definable injection rate shaping. This allows a fully variable control of the injection mass flow through a continuous adjustment of the stroke of the nozzle needle or a nozzle opening cross-section. Internal operating point-dependent states, such as the temperature of the fuel and an injector-inherent pressure state, can already be taken into account when determining the desired reference coordinates.

Vorteilhafterweise können dadurch komplexe Kennfeldstrukturen stark vereinfacht werden und/oder ein Kalibrationsaufwand erheblich reduziert werden. Im Vergleich zu Konzepten, die Signale aus einem Piezo-Aktuator zur Identifikation einzelner Punkte einer Düsennadelposition während eines Einspritzvorgangs nutzen, ist eine verbesserte Kontrolle einer Absolutposition des Verschlusselements unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Störgrößen möglich. Die Feedback-Signale aus dem Piezo-Aktuator unterliegen einem hohen Störgrößeneinfluss, da der Piezo-Injektor zeitgleich als Aktuator und Sensor genutzt wird. Des Weiteren lassen diese Signal-basierten Ansätze keine Aussage über das dynamische Verhalten des Verschlusselements zu, das heißt es ist nicht möglich, Bewegungsverläufe des Nadelhubs zu charakterisieren, womit eine Generierung von absoluten Positionswerten nicht in ausreichendem Maße möglich ist.Advantageously, thereby complex map structures can be greatly simplified and / or a calibration effort can be significantly reduced. Compared to concepts that use signals from a piezo actuator to identify individual points of a nozzle needle position during an injection event, an improved control of an absolute position of the closure element taking into account a variety of disturbances is possible. The feedback signals from the piezo actuator are subject to a high disturbance variable influence, since the piezo injector is used at the same time as an actuator and sensor. Furthermore, these signal-based approaches do not allow any statement about the dynamic behavior of the closure element, that is, it is not possible to characterize the course of movement of the needle stroke, whereby a generation of absolute position values is not sufficiently possible.

Ein Berücksichtigen des aktuellen Kraftstoffdrucks in dem Injektor beim Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten für einen Hub des Verschlusselements ermöglicht eine präzise Ableitung von Stellgrößen zu einer verbesserten Ansteuerung des Injektors, so dass eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern erreicht werden kann.Taking into account the actual fuel pressure in the injector when determining the desired reference coordinates for a stroke of the closure element allows a precise derivation of control variables to an improved control of the injector, so that an improved mixture preparation in the cylinders can be achieved.

Der so korrigierte Kraftstoffdruck wird auch als inhärenter Injektordruck bezeichnet. Der Verbrennungsgegendruck ist der Druck, der im Brennraum des Zylinders herrscht Der Verbrennungsdruck wird auch als Brennraumdruck bezeichnet. Der Verbrennungsdruck kann abhängig von einem vorgegeben Brennraumdruckmodell ermittelt werden. Vorteilhafterweise kann dies einen Beitrag dazu leisten, eine Ansteuerung des Injektors zu verbessern, so dass eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern erreicht werden kann.The thus corrected fuel pressure is also referred to as inherent injector pressure. The combustion back pressure is the pressure prevailing in the combustion chamber of the cylinder. The combustion pressure is also referred to as the combustion chamber pressure. The combustion pressure can be determined as a function of a given combustion chamber pressure model. This can advantageously contribute to improving the activation of the injector, so that improved mixture preparation in the cylinders can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird der Kraftstoffdruck in dem Injektor ermittelt abhängig von einem vorgegebenen Modell für eine Druckausbreitung im Injektor. Da der Kraftstoffdruck im Injektor nicht oder nicht ausreichend genau messtechnisch erfasst werden kann, wird dieser mittels des vorgegebenen Modells geschätzt. Dies ermöglicht eine ausreichend genaue Bereitstellung dieser Betriebsgröße. Der Injektor umfasst vorzugsweise einen Düsenraum, der über eine Kraftstoffleitung mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist. Alternativ ist es möglich, dass die Kraftstoffleitung mit einer Einspritzpumpe verbunden ist. Der Kraftstoffdruck in dem Injektor kann abhängig von einem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung und/oder einer Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffleitung und/oder einem Zylinderdruck ermittelt werden. In a further advantageous embodiment according to the first and second aspects of the fuel pressure in the injector is determined depending on a predetermined model for a pressure propagation in the injector. Since the fuel pressure in the injector can not be measured or can not be measured with sufficient accuracy, it is estimated using the given model. This allows a sufficiently accurate provision of this operating size. The injector preferably comprises a nozzle space, which is connected via a fuel line with a high-pressure accumulator. Alternatively, it is possible that the fuel line is connected to an injection pump. The fuel pressure in the injector may be determined depending on a fuel pressure in the fuel line and / or a fuel temperature in the fuel line and / or a cylinder pressure.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt werden die Soll-Referenzkoordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt abhängig von einer Stoffeigenschaft des Kraftstoffes in dem Injektor und/oder einer Kraftstofftemperatur in dem Injektor. Die Stoffeigenschaft des Kraftstoffes umfasst vorzugsweise eine Dichte und/oder Viskosität des Kraftstoffes. Vorzugsweise wird die Stoffeigenschaft des Kraftstoffes im Injektor ermittelt abhängig von einem Kraftstoffdruck in dem Injektor und einer Kraftstofftemperatur in dem Injektor. Ein Berücksichtigen der Stoffeigenschaft des Kraftstoffes und/oder der Kraftstofftemperatur im Injektor beim Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten für den Hub des Verschlusselements ermöglicht die Ableitung von Stellgrößen zur Ansteuerung des Injektors weiter zu verbessern.In a further advantageous embodiment according to the first and second aspects, the reference reference coordinates for the stroke profile of the closure element are determined depending on a substance property of the fuel in the injector and / or a fuel temperature in the injector. The material property of the fuel preferably comprises a density and / or viscosity of the fuel. Preferably, the material property of the fuel in the injector is determined depending on a fuel pressure in the injector and a fuel temperature in the injector. Considering the substance property of the fuel and / or the fuel temperature in the injector when determining the desired reference coordinates for the stroke of the closure element makes it possible to further improve the derivation of manipulated variables for controlling the injector.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt umfasst der Injektor eine Einspritzdüse mit einem Düsenkörper, in dem das Verschlusselement zumindest teilweise verschieblich gelagert ist, und die Soll-Referenzkoordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements werden ermittelt abhängig von einem vorgegebenen durchströmbaren Öffnungsquerschnitt der Einspritzdüse, der sich beim Öffnen der Einspritzdüse zwischen dem sich öffnenden Verschlusselement und dem Düsenkörper ausbildet. Der durchströmbare Öffnungsquerschnitt ist vorzugsweise voll variable vorgebbar.In a further advantageous embodiment according to the first and second aspects, the injector comprises an injection nozzle with a nozzle body in which the closure element is mounted at least partially displaceable, and the desired reference coordinates for the stroke profile of the closure element are determined depending on a predetermined permeable opening cross section of the injection nozzle which forms when opening the injection nozzle between the opening closure element and the nozzle body. The flow-through opening cross-section is preferably fully variable predetermined.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird die zumindest eine Ansteuergröße ermittelt abhängig von bereitgestellten Korrekturwerten, die abhängig von einem Vergleich der ermittelten Soll-Referenzkoordinaten mit aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Zustandsregelung über einen Rückführungskreis.In a further advantageous embodiment according to the first and second aspects, the at least one control variable is determined depending on provided correction values, which are determined depending on a comparison of the determined reference reference coordinates with currently determined and / or detected actual coordinates for the stroke profile of the closure element. This advantageously allows a state control via a feedback circuit.

Gemäß einem dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogramm zum Betreiben eines Injektors, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, das Verfahren zum Betreiben eines Injektors und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben eines Injektors auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.According to a third aspect, the invention is characterized by a computer program for operating an injector, wherein the computer program is designed to perform the method for operating an injector and / or an advantageous embodiment of the method for operating an injector on a data processing device.

Gemäß einem vierten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogrammprodukt, das ausführbaren Programmcode umfasst, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung des Verfahren zum Betreiben eines Injektors und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben eines Injektors ausführt.According to a fourth aspect, the invention is characterized by a computer program product comprising executable program code, the program code, when executed by a data processing device, executing the method for operating an injector and / or an advantageous embodiment of the method for operating an injector.

Das Computerprogramm umfasst insbesondere ein von der Datenverarbeitungsvorrichtung lesbares Medium, auf dem der Programmcode gespeichert ist.In particular, the computer program comprises a medium which can be read by the data processing device and on which the program code is stored.

Gemäß einem fünften Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine das ein Vorsteuermodul, ein Charakterisierungsmodul und ein Zustandskontrollmodul umfasst. Das Vorsteuermodul ist ausgebildet ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben eines Injektors auszuführen. Das Charakterisierungsmodul umfasst zumindest ein vorgegebenes Modell und ist ausgebildet abhängig von vorgegebenen Eingangsgrößen vorgegebene Zustandsgrößen des Injektors zu ermitteln und für das Vorsteuermodul bereitzustellen. Das Zustandskontrollmodul ist ausgebildet Korrekturwerte zu ermitteln abhängig von einem Vergleich der von dem Vorsteuermodul ermittelten Soll-Referenzkoordinaten mit von dem Charakterisierungsmodul aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hub des Verschlusselements und die Korrekturwerte für das Vorsteuermodul bereitzustellen.According to a fifth aspect, the invention is characterized by a system for operating an internal combustion engine comprising a pre-control module, a characterization module and a state control module. The pilot module is designed to carry out a method for operating an injector and / or an advantageous embodiment of the method for operating an injector. The characterization module comprises at least one predetermined model and is designed to determine predetermined state variables of the injector as a function of predetermined input variables and to provide them for the pilot control module. The state control module is designed to determine correction values dependent on a comparison of the setpoint reference coordinates determined by the pilot control module with actual coordinates for the stroke of the closure element currently determined and / or detected by the characterization module and to provide the correction values for the pilot control module.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem fünften Aspekt ist das Charakterisierungsmodul ausgebildet einen aktuellen Kraftstoffeinspritzdruck zu ermitteln abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Injektor und einem Verbrennungsgegendruck und/oder einen Kraftstoffmassenstrom im Injektor und/oder eine Kraftstoffmasse im Injektor und/oder ein Kompressionsmodul zu ermitteln abhängig von einem aktuellen Raildruck und/oder einer Kraftstofftemperatur in einer Kraftstoffzuleitung und/oder einem Zylinderdruck. Alternativ oder zusätzlich ist das Charakterisierungsmodul ausgebildet, den aktuellen Hub des Verschlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit des Verschlusselements und/oder eine Auslenkungsgeschwindigkeit des Aktuators zu ermitteln abhängig von einer aktuellen Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Aktuators.In an advantageous embodiment according to the fifth aspect, the characterization module is designed to determine a current fuel injection pressure as a function of the fuel pressure in the injector and a combustion back pressure and / or a fuel mass flow in the injector and / or a fuel mass in the injector and / or to determine a compression modulus depending on a current rail pressure and / or a fuel temperature in a fuel supply line and / or a cylinder pressure. Alternatively or additionally, the characterization module is formed, the current stroke of the closure element and / or a deflection of the actuator and / or a closing and opening speed of the closure element and / or a deflection speed of the Actuator to determine depending on a current current and Spannungsbeaufschlagung the actuator.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.Embodiments of the invention are explained below with reference to the schematic drawings.

Es zeigen:

  • 1 ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein Programmsystem zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
  • 2 eine Schnittansicht eines beispielhaften Kraftstoffinjektors,
  • 3 ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein Vorsteuer-Programmmodul eines Vorsteuer-Funktionsblocks,
  • 4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des Steuer-Programmmoduls,
  • 5 einen beispielhaften, näherungsweisen Verlauf eines Öffnungsquerschnitts des Injektors abhängig von einem Hub eines Verschlusselements,
  • 6 einen beispielhaften Verlauf eines Volumenstroms und eines Massenstroms abhängig von dem Hub des Verschlusselements,
  • 7 einen beispielhaften Verlauf des Massenstroms abhängig von einem Raildruck,
  • 8 einen beispielhaften Verlauf des Massenstroms abhängig von einer hydraulischen Einspritzzeit,
  • 9 beispielhafte Referenztrajektorien für den Hub des Verschlusselements und
  • 10 einen beispielhaften Verlauf des approximierten Soll-Massenstroms und des Soll-Hubverlaufs des Verschlusselements im Vergleich zu realen Messwerten.
Show it:
  • 1 an exemplary block diagram for a program system for operating an internal combustion engine,
  • 2 a sectional view of an exemplary fuel injector,
  • 3 an exemplary block diagram for a pre-control program module of a pre-control function block,
  • 4 an exemplary flow chart of the control program module,
  • 5 an exemplary, approximately course of an opening cross-section of the injector depending on a stroke of a closure element,
  • 6 an exemplary profile of a volume flow and a mass flow depending on the stroke of the closure element,
  • 7 an exemplary course of the mass flow as a function of a rail pressure,
  • 8th an exemplary course of the mass flow as a function of a hydraulic injection time,
  • 9 exemplary reference trajectories for the stroke of the closure element and
  • 10 an exemplary course of the approximated desired mass flow and the desired stroke profile of the closure element in comparison to real measured values.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein Programmsystem 1 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem eine variable, insbesondere vollvariable, Vorgabe eines Fluid-Massenstroms und/oder Fluid-Volumenstroms für einen Injektor der Brennkraftmaschine möglich ist. 1 shows an exemplary block diagram for a program system 1 for operating an internal combustion engine, in which a variable, in particular fully variable, specification of a fluid mass flow and / or fluid volume flow for an injector of the internal combustion engine is possible.

Das Programmsystem 1 umfasst einen Charakterisierungs-Funktionsblock 5, einen Vorsteuer-Funktionsblock 7 und einen Zustandskontroll-Funktionsblock 9.The program system 1 includes a characterization function block 5 , a pre-control function block 7 and a state control function block 9 ,

Der Injektor ist vorzugsweise als Kraftstoffinjektor 10 für einen Verbrennungsmotor ausgebildet. Alternativ kann der Injektor ausgebildet sein, ein anderes Fluid, wie zum Beispiel Wasser, Öl, ein Gas oder ein anderes Prozessfluid einzuspritzen.The injector is preferably as a fuel injector 10 designed for an internal combustion engine. Alternatively, the injector may be configured to inject another fluid, such as water, oil, a gas, or another process fluid.

2 zeigt beispielhaft einen Kraftstoffinjektor 10. 2 shows an example of a fuel injector 10 ,

Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst ein Antriebsmodul 12 und ein Einspritzmodul 14. Das Antriebsmodul 12 und das Einspritzmodul 14 sind beispielsweise mittels einer Spannmutter 30 fluiddicht gekoppelt. Das Antriebsmodul 12 weist ein Injektorgehäuse 20 auf, in dem ein Aktuator 22 vorgesehen ist, der bevorzugt als Piezo-Aktuator ausgebildet ist. Auch ein elektromagnetischer Aktuator (nicht dargestellt) ist alternativ anwendbar.The fuel injector 10 includes a drive module 12 and an injection module 14 , The drive module 12 and the injection module 14 are for example by means of a clamping nut 30 coupled fluid-tight. The drive module 12 has an injector housing 20 in which an actuator 22 is provided, which is preferably designed as a piezo actuator. An electromagnetic actuator (not shown) is alternatively applicable.

Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst ein Verschlusselement 42, das von dem Aktuator 22 betätigt wird. Das Verschlusselement 42 wird vorzugsweise direkt von dem Aktuator 22 betätigt.The fuel injector 10 includes a closure element 42 that from the actuator 22 is pressed. The closure element 42 is preferably directly from the actuator 22 actuated.

Das Verschlusselement 42 kann stofflich einstückig beziehungsweise integral ausgebildet sein. Das Verschlusselement 42 ist in einer Ausnehmung 44 eines Einspritzkörpers 40 verschieblich und abschnittsweise gelagert.The closure element 42 can be materially integral or integrally formed. The closure element 42 is in a recess 44 an injection body 40 slidably and partially stored.

Vorliegend ist das Verschlusselement 42 eine nach außen öffnende Düsennadel; eine nach innen öffnende Düsennadel ist alternativ anwendbar (nicht dargestellt). Ferner kann das Verschlusselement 42 eine Register- oder Vario-Einspritznadel sein (nicht dargestellt).In the present case is the closure element 42 an outwardly opening nozzle needle; an inwardly opening nozzle needle is alternatively applicable (not shown). Furthermore, the closure element 42 a register or vario injection needle (not shown).

Der in 1 gezeigte Charakterisierungs-Funktionsblock 5 des Programmsystems 1 umfasst beispielsweise Modelle zur Schätzung von Zustandsgrößen des Injektors, die nicht oder nur sehr ungenau messbar sind, zum Beispiel eine Kraftstofftemperatur in dem Injektor und/oder ein Kraftstoffdruck in dem Injektor und/oder einen aktuellen Verlauf des Hubs H des Verschlusselements.The in 1 Characterization function block shown 5 of the program system 1 includes, for example, models for estimating state variables of the injector that are not or only very inaccurately measurable, for example a fuel temperature in the injector and / or a fuel pressure in the injector and / or a current course of the stroke H the closure element.

Der Vorsteuer-Funktionsblock 7 ist ausgebildet, ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors auszuführen, bei dem Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements ermittelt werden und zumindest eine elektrische Ansteuergröße zur Steuerung des Aktuators 22 des Injektors bereitgestellt wird.The pre-control function block 7 is configured to carry out a method for operating an injector, wherein the reference reference coordinates for the stroke H of the closure element are determined and at least one electrical control variable for controlling the actuator 22 the injector is provided.

Vorzugsweise umfasst die elektrische Ansteuergröße einen Strom, mit dem der Aktuator 22 beaufschlagt wird. Der Vorsteuer- Funktionsblock 7 umfasst beispielsweise eine adaptive Vorsteuerstruktur.Preferably, the electrical control variable comprises a current with which the actuator 22 is charged. The pilot control function block 7 includes, for example, an adaptive pilot control structure.

Der Zustandskontroll-Funktionsblock 9 ist beispielsweise ausgebildet, die von dem Vorsteuer-Funktionsblock 7 ermittelten Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements mit zugehörigen internen Zustandskoordinaten zu vergleichen und Korrekturwerte für die zumindest eine Ansteuergröße zur Steuerung des Aktuators 22 bereitzustellen. Die zugehörigen internen Zustandskoordinaten, insbesondere ein aktueller Hub des Verschlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators 22 und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit und eine Auslenkungsgeschwindigkeit des Aktuators 22 werden beispielsweise von dem Charakterisierungs-Funktionsblock 5 bereitgestellt.The state control function block 9 For example, this is formed by the pre-tax function block 7 determined reference reference coordinates for the stroke H of the closure element with associated internal state coordinates and correction values for the at least one control variable for controlling the actuator 22 provide. The associated internal state coordinates, in particular a current stroke of the closure element and / or a deflection of the actuator 22 and / or a closing and opening speed and a deflection speed of the actuator 22 for example, from the characterization function block 5 provided.

Der Vorsteuer-Funktionsblock 7 umfasst vorzugsweise ein Steuer-Programmmodul 100, das ausgebildet ist, bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise auf einer Rechnereinheit einer Motorsteuerung, das Verfahren zum Betreiben eines Injektors auszuführen.The pre-control function block 7 preferably comprises a control program module 100 , which is designed, when executed on a data processing unit, for example on a computer unit of a motor controller, to carry out the method for operating an injector.

Das Steuer-Programmmodul 100 von 1 ist ausgebildet, abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einem Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten die zumindest eine elektrische Ansteuergröße zur Steuerung des Aktuators 22 zu ermitteln und breitzustellen.The control program module 100 from 1 is formed, depending on a predetermined target injection mass flow for the injector and / or dependent on a desired injection volume flow for the injector and / or depending on a predetermined desired speed change of the closure element when opening and / or closing the injector, the reference reference coordinates for the hub H determine the closure element and depending on the determined reference reference coordinates, the at least one electrical control variable for controlling the actuator 22 to determine and make available.

Vorzugsweise werden für das Steuer-Programmmodul 100 des Vorsteuer-Funktionsblocks 7 eine oder mehrere weitere Eingangsgrößen bereitgestellt.Preferably, for the control program module 100 of the pilot control function block 7 one or more further input variables provided.

Die weiteren Eingangsgrößen für das erste Programmodul des Vorsteuer-Funktionsblocks 7 und beispielsweise für den Zustandskontroll-Funktionsblock 9 werden beispielsweise über eine Applikationsschnittstelle vorgegeben. Die Eingangsgrößen werden beispielsweise von der Motorsteuerung bereitgestellt.The further input variables for the first program module of the pre-control function block 7 and for example for the state control function block 9 are specified for example via an application interface. The input variables are provided, for example, by the motor controller.

Die weiteren Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere Soll-Vorgaben, zum Beispiel eine Soll-Einspritzmasse und/oder einen Soll-Einspritzwinkel und/oder einen Solleinspritzdruck.The further input variables include, for example, one or more desired specifications, for example a desired injection mass and / or a desired injection angle and / or a nominal injection pressure.

Alternativ oder zusätzlich können die weiteren Eingangsgrößen beispielsweise eine oder mehrere messtechnisch erfasste Zustandsgrößen, zum Beispiel eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einen Raildruck und/oder einen Brennraumdruck und/oder eine Kraftstofftemperatur in einer Rücklaufleitung umfassen.Alternatively or additionally, the further input variables may comprise, for example, one or more metrologically recorded state variables, for example a rotational speed of the internal combustion engine and / or a rail pressure and / or a combustion chamber pressure and / or a fuel temperature in a return line.

Die weiteren Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere geschätzte Zustandsgrößen, die mittels vorgegebener Modelle geschätzt werden, da diese nicht oder nur mit sehr hohem technischen Aufwand gemessen werden können. Solche geschätzten Eingangsgrößen sind zum Beispiel ein aktueller Hubverlauf des Verschlusselements, eine Kraftstofftemperatur im Injektor und/oder ein inhärenter Injektordruck.The further input variables include, for example, one or more estimated state variables which are estimated by means of predefined models, since these can not be measured or only with very high technical outlay. Such estimated input variables are, for example, a current stroke profile of the closure element, a fuel temperature in the injector and / or an inherent injector pressure.

Ein Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements abhängig von den messtechnisch erfassten und/oder geschätzten Eingangsgrößen ermöglicht, dass aktuelle, betriebspunktabhängige Zustände der Brennkraftmaschine und/oder des Injektors bei der Ermittlung der Soll-Referenzkoordinaten berücksichtigt werden können.Determining the reference reference coordinates for the hub H Depending on the metrologically detected and / or estimated input variables, the closure element makes it possible for current, operating point-dependent states of the internal combustion engine and / or of the injector to be taken into account when determining the desired reference coordinates.

Die geschätzten Eingangsgrößen werden beispielsweise von dem Charakterisierungs-Funktionsblock 5 bereitgestellt. Hierzu umfasst der Charakterisierungs-Funktionsblock 5 beispielsweise ein Druckcharakterisierungs-Programmmodul 101 sowie ein optionales Hubcharakterisierungs-Programmmodul 102 und optionales Temperaturcharakterisierungs-Programmmodul 103.The estimated inputs are, for example, from the characterization function block 5 provided. This includes the characterization function block 5 for example, a pressure characterization program module 101 and an optional stroke characterization program module 102 and optional temperature characterization program module 103 ,

Das Druckcharakterisierungs-Programmmodul 101 ist beispielsweise ausgebildet, einen aktuellen Kraftstoffeinspritzdruck zu ermitteln abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Injektor und einem Verbrennungsgegendruck und/oder einen Kraftstoffmassenstrom im Injektor und/oder eine Kraftstoffmasse im Injektor und/oder ein Kompressionsmodul zu ermitteln abhängig von einem aktuellen Raildruck und/oder einer Kraftstofftemperatur in einer Kraftstoffzuleitung und/oder einem Zylinderdruck. Vorzugsweise wird zur Ermittlung des aktuellen Kraftstoffeinspritzdrucks der Kraftstoffdruck in dem Injektor korrigiert mit dem Verbrennungsgegendruck.The pressure characterization program module 101 For example, it is configured to determine a current fuel injection pressure as a function of the fuel pressure in the injector and a combustion back pressure and / or a fuel mass flow in the injector and / or a fuel mass in the injector and / or to determine a compression modulus depending on a current rail pressure and / or a fuel temperature in a fuel supply line and / or a cylinder pressure. Preferably, to determine the actual fuel injection pressure, the fuel pressure in the injector is corrected with the combustion back pressure.

Ein mögliches Verfahren zur Ermittlung des inhärenten Injektordrucks ist in DE 10 2011 007 393 B3 offenbart.One possible method for determining the inherent injector pressure is in DE 10 2011 007 393 B3 disclosed.

Das Hubcharakterisierungs-Programmmodul 102 ist beispielsweise ausgebildet, einen aktuellen Hub des Verschlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators 22 und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit und/oder eine Auslenkungsgeschwindigkeit des Aktuators 22 zu ermitteln abhängig von einer aktuellen Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Aktuators 22.The stroke characterization program module 102 is formed, for example, a current stroke of the closure element and / or a deflection of the actuator 22 and / or a closing and opening speed and / or a deflection speed of the actuator 22 to determine depending on a current current and voltage of the actuator 22 ,

Das Temperaturcharakterisierungs-Programmmodul 103 ist beispielsweise ausgebildet eine Kraftstofftemperatur im Injektor zu ermitteln.The temperature characterization program module 103 For example, it is designed to determine a fuel temperature in the injector.

Die Kraftstofftemperatur in dem Injektor wird vorzugsweise auf Basis eines vorgegebenen thermischen Widerstandsmodells ermittelt. Die Kraftstofftemperatur in dem Injektor wird beispielsweise abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Injektor und/oder der Kraftstofftemperatur in dem Injektor und/oder einer Kühlmitteltemperatur in der Brennkraftmaschine und/oder einer Öltemperatur in der Brennkraftmaschine und/oder einer Ansteuerfrequenz des Injektors ermittelt.The fuel temperature in the injector is preferably based on a predetermined determined thermal resistance model. The fuel temperature in the injector is determined, for example, as a function of the fuel pressure in the injector and / or the fuel temperature in the injector and / or a coolant temperature in the internal combustion engine and / or an oil temperature in the internal combustion engine and / or a drive frequency of the injector.

3 zeigt beispielhaft ein Blockdiagramm für das Steuer-Programmmodul 100 des Vorsteuer-Funktionsblocks 7. 3 shows an example of a block diagram for the control program module 100 of the pilot control function block 7 ,

Das Steuer-Programmmodul 100 weist beispielsweise zwei Funktionseinheiten 110, 120 auf.The control program module 100 has for example two functional units 110 . 120 on.

Eine erste Funktionseinheit 110 ist beispielsweise ausgebildet, abhängig von zumindest von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder einem Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements zu ermitteln.A first functional unit 110 is formed, for example, depending on at least a predetermined desired injection mass flow for the injector and / or a desired injection volume flow for the injector and / or dependent on a desired speed change of the closure element when opening and / or closing the injector reference reference coordinates for the stroke H to determine the closure element.

Insbesondere ist die erste Funktionseinheit 110 ausgebildet, einen Referenz-Bewegungsablauf, auch Referenz-Trajektorie genannt, für das Verschlusselement zu ermitteln und bereitzustellen.In particular, the first functional unit 110 designed to determine and provide a reference movement sequence, also called reference trajectory, for the closure element.

Die zweite Funktionseinheit 120 ist ausgebildet, abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators 22 zu ermitteln.The second functional unit 120 is formed, depending on the determined reference reference coordinates one or more electrical control variables for controlling the actuator 22 to investigate.

Beispielsweise werden abhängig von den ermittelten ReferenzTrajektorien Ansteuergrößen in Form von Strom- und/oder Ladungspolygondaten für den Aktuator 22 ermittelt.For example, depending on the determined reference trajectories, drive quantities in the form of current and / or charge polygon data for the actuator 22 determined.

Bei Injektoren, die einen elektrisch angetriebenen Aktuator aufweisen, erfolgt eine Transformation der elektrischen Ansteuergrößen in mechanische Stellgrößen üblicherweise mittels eines vorgegebenen elektromechanischen Streckenmodells für den Injektor.In injectors having an electrically driven actuator, a transformation of the electrical control variables into mechanical manipulated variables is usually carried out by means of a predetermined electromechanical system model for the injector.

In der zweiten Funktionseinheit 120 wird mittels einer inversen Betrachtung des elektromechanischen Streckenmodells (invertiertes Modell) ein mechanischer Hub in eine elektrische Energie und eine hydraulische Öffnungs- und Schließzeit in eine elektrische Bestromungszeit transformiert.In the second functional unit 120 By means of an inverse consideration of the electromechanical system model (inverted model), a mechanical stroke is transformed into an electrical energy and a hydraulic opening and closing time is transformed into an electrical current application time.

4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des Steuer-Programmmoduls 100. 4 shows an exemplary flowchart of the control program module 100 ,

Das Steuer-Programmmodul 100 wird in einem Schritt S1 gestartet.The control program module 100 gets in one step S1 started.

In einem Schritt S2 werden beispielsweise von der Motorsteuerung bereitgestellte Eingangsgrößen eingelesen. Die bereitgestellten Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere Soll-Vorgaben, zum Beispiel eine Soll-Einspritzmasse und/oder einen Soll-Einspritzwinkel und/oder einen Solleinspritzdruck. Die bereitgestellten Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere messtechnisch erfasste Zustandsgrößen, zum Beispiel eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einen Raildruck. Die bereitgestellten Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere geschätzte Zustandsgrößen, zum Beispiel eine Kraftstofftemperatur im Injektor und/oder einen Kraftstoffdruck im Injektor.In one step S2 For example, input variables provided by the engine control unit are read in. The provided input variables include, for example, one or more desired specifications, for example a desired injection mass and / or a desired injection angle and / or a nominal injection pressure. The provided input variables include, for example, one or more metrologically detected state variables, for example a rotational speed of the internal combustion engine and / or a rail pressure. The provided input variables include, for example, one or more estimated state variables, for example a fuel temperature in the injector and / or a fuel pressure in the injector.

Die Einspritzmenge ist mit einer Einspritzdauer korreliert, die wiederum abhängig ist von einem Einspritzdruck, eines Hubs H des Verschlusselements und einer Geometrie des Kraftstoffinjektors 10.The injection quantity is correlated with an injection duration, which in turn is dependent on an injection pressure, a stroke H the closure element and a geometry of the fuel injector 10 ,

In einem Schritt S3 wird daher ein Öffnungsquerschnitt des Injektors abhängig vom Hub H des Verschlusselements ermittelt. Bei einem Injektor mit einer nach außen öffnenden Düse kann der Öffnungsquerschnitt beispielsweise mittels einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes näherungsweise berechnet werden.In one step S3 Therefore, an opening cross section of the injector depends on the stroke H the closure element determined. In the case of an injector with an outwardly opening nozzle, the opening cross section can be approximately calculated, for example, by means of a lateral surface of a truncated cone.

Die Mantelfläche kann beispielsweise gemäß Gl. 1 ermittelt werden: M = ( 1 2 D N S + ( 1 2 D N S r ) ) π m

Figure DE102015206286B4_0001
The lateral surface can, for example, according to Eq. 1 to be determined: M = ( 1 2 D N S + ( 1 2 D N S - r ) ) π m
Figure DE102015206286B4_0001

Hierbei ist M die Mantelfläche, DNS der Durchmesser der Grundfläche des Kegelstumpfes, r der Radius der Deckfläche und m eine Länge einer Mantellinie.Here, M is the lateral surface, D NS the diameter of the base of the truncated cone, r the radius of the top surface and m is a length of a surface line.

5 zeigt beispielhaft einen idealisierten Verlauf des Öffnungsquerschnitts A abhängig von dem Hub H des Verschlusselements. 5 shows an example of an idealized course of the opening cross-section A depending on the hub H the closure element.

In dem in 4 gezeigten Ablaufdiagramm für das Steuer-Programmmodul 100 wird in einem Schritt S5 abhängig von dem ermittelten Öffnungsquerschnitt ein Volumenstrom Q ermittelt. Q = A ν

Figure DE102015206286B4_0002
In the in 4 shown flow diagram for the control program module 100 gets in one step S5 depending on the determined opening cross section, a volume flow Q determined. Q = A ν
Figure DE102015206286B4_0002

Der Massenstrom

Figure DE102015206286B4_0003
wird beispielsweise gemäß Gl. 3 ermittelt.
Figure DE102015206286B4_0004
The mass flow
Figure DE102015206286B4_0003
For example, according to Eq. 3 determined.
Figure DE102015206286B4_0004

Q ist der Volumenstrom, A die Querschnittsfläche und ν die mittlere Strömungsgeschwindigkeit,

Figure DE102015206286B4_0003
der Massenstrom und ρ die Dichte. Die Dichte kann ermittelt werden abhängig von dem Raildruck Prail und der Temperatur T des Kraftstoffes. Q is the volume flow, A the cross-sectional area and ν the mean flow velocity,
Figure DE102015206286B4_0003
the mass flow and ρ the density. The density may be determined depending on the rail pressure P rail and the temperature T of the fuel.

6 zeigt beispielhaft den Verlauf des Volumenstroms Q und des Massenstroms

Figure DE102015206286B4_0003
abhängig von dem Hub H des Verschlusselements bei einem konstanten Druck von 20 MPa. 6 shows an example of the course of the volume flow Q and the mass flow
Figure DE102015206286B4_0003
depending on the hub H the closure element at a constant pressure of 20 MPa.

In dem in 4 gezeigten Ablaufdiagramm für das Steuer-Programmmodul 100 wird in einem Schritt S7 auf Basis der Kontinuitätsgleichung für inkompressible Flüssigkeiten und der Gesetzmäßigkeit Bernulli's für konstante Dichten der Massenstrom

Figure DE102015206286B4_0003
abhängig von dem Raildruck ermittelt.In the in 4 shown flow diagram for the control program module 100 gets in one step S7 based on the continuity equation for incompressible fluids and the regularity Bernulli's for constant densities of mass flow
Figure DE102015206286B4_0003
determined depending on the rail pressure.

Der Verlauf der Masse m abhängig von dem Raildruck ist beispielhaft in 7 für verschiedene Nadelhübe gezeigt.The course of the mass m depending on the rail pressure is exemplary in 7 shown for different needle strokes.

In einem Schritt S9 wird die Einspritzmasse m abhängig von einer hydraulischen Einspritzzeit thyI ermittelt unter Zuhilfenahme von Gl. 4 und unter Berücksichtigung von nominellen Werten für den Massenstrom

Figure DE102015206286B4_0003
und die Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors
Figure DE102015206286B4_0005
In one step S9 becomes the injection mass m depending on a hydraulic injection time thyI determined with the aid of Eq. 4 and taking into account nominal values for the mass flow
Figure DE102015206286B4_0003
and the speed change of the shutter member when opening and / or closing the injector
Figure DE102015206286B4_0005

Der Verlauf der Masse m abhängig von der hydraulischen Einspritzzeit thyI ist beispielhaft in 8 für verschiedene Drücke in dem Injektor gezeigt.The course of the mass m depending on the hydraulic injection time thyI is exemplary in 8th shown for different pressures in the injector.

In einem Schritt S11 wird jeweils eine Referenz-Trajektorie für den Hub H des Verschlusselements ermittelt. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Soll-Massenströme und der Soll-Gradienten ist es möglich, die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements (Zeit und Amplitude) zu bestimmen. Soll-Einspritzverläufe werden beispielsweise über Parabeln (ballistische Einspritzformen) und/oder Trapeze (Teilhübe) und/oder sigmoidaler und/oder s-förmige Verläufe approximiert. Durch eine Verkettung der Approximationsformen können quasi beliebige Verlaufsformen vorgegeben werden, zum Beispiel Bootsverlaufsformen.In one step S11 each becomes a reference trajectory for the hub H the closure element determined. Taking into account the respective desired mass flows and the desired gradient, it is possible to set the reference reference coordinates for the stroke H of the shutter element (time and amplitude). Target injection profiles are approximated, for example, via parabolas (ballistic injection forms) and / or trapezoids (partial strokes) and / or sigmoidal and / or s-shaped profiles. By a concatenation of the approximation forms quasi arbitrary course forms can be given, for example boat course shapes.

In 9 sind beispielhaft 3 Referenztrajektorien R1, R2, R3 gezeigt. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Hub H des Verschlusselements und die durchgezogene Linie repräsentiert die Einspritzzeit des Verschlusselements. Die eingespritzte Kraftstoffmasse ist in allen drei Fällen gleich. Die Verläufe unterscheiden sich jeweils in den Amplituden.In 9 are exemplary 3 reference trajectories R1 . R2 . R3 shown. The dashed line represents the stroke H of the shutter member and the solid line represents the injection time of the shutter member. The injected fuel mass is the same in all three cases. The courses differ in each case in the amplitudes.

10 zeigt beispielhaft einen Verlauf des approximierten Soll-Einspritzmassenstroms und des Soll-Hubverlaufs des Verschlusselements im Vergleich zu realen Messwerten. 10 shows an example of a course of the approximated target injection mass flow and the desired stroke profile of the closure element in comparison to real measured values.

In einem Schritt S13 werden die ermittelten Soll-Referenzkoordinaten in elektrische Koordinaten transferiert abhängig von internen Zustandsgrößen. Dieser Schritt kann beispielsweise in einem Unterprogramm durchgeführt werden.In one step S13 the determined reference reference coordinates are transferred into electrical coordinates depending on internal state variables. This step can be carried out, for example, in a subroutine.

Die Schritte S2 bis S13 werden beispielsweise während einer Betriebszeit des Injektors fortlaufend wiederholt ausgeführt.The steps S2 to S13 For example, are repeatedly executed repeatedly during an operating time of the injector.

Nach einer Beendigung der Betriebszeit des Injektors wird das Programm in einem Schritt S15 beendet.After completion of the operating time of the injector, the program is in one step S15 completed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Programmsystemprogram system
55
Charakterisierungs-FunktionsblockCharacterization function block
77
Vorsteuer-FunktionsblockPre-function block
99
Zustandskontroll-FunktionsblockState control function block
1010
Kraftstoffinjektorfuel injector
1212
Antriebsmoduldrive module
1414
EinspritzmodulInjection Module
2020
Injektorgehäuseinjector
2222
Aktuatoractuator
3030
Spannmutterlocknut
4040
EinspritzkörperInjector body
4242
Verschlusselementclosure element
4444
Ausnehmungrecess
100100
Steuer-ProgrammmodulControl program module
101101
Druckcharakterisierungs-ProgrammmodulPressure characterization program module
102102
Hubcharakterisierungs-ProgrammmodulHubcharakterisierungs program module
103103
Temperaturcharakterisierungs-ProgrammmodulTemperature characterization program module
110110
erste Funktionseinheitfirst functional unit
120120
zweite Funktionseinheitsecond functional unit
AA
ÖffnungsquerschnittOpening cross-section
HH
Hubstroke
mm
EinspritzmasseInjection mass
mm
EinspritzmassenstromInjection mass flow
QQ
Volumenstromflow
R1, R2, R3R1, R2, R3
Referenztrajektoriereference trajectory
S1...S15S1 ... S15
Programmschritteprogram steps
thyIthyI
Hydraulische EinspritzzeitHydraulic injection time

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors, der ein verschiebliches Verschlusselement zum Freigeben und Schließen zumindest einer Einspritzöffnung des Injektors und einen Aktuator (22) aufweist, der ausgebildet ist, das Verschlusselement abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen, bei dem - abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors und abhängig von einem aktuellen Kraftstoffdruck in dem Injektor und abhängig von einem Verbrennungsgegendruck Soll-Referenzkoordinaten für einen Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden und - abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators (22) ermittelt und bereitgestellt werden. A method of operating a fuel injector comprising a slidable closure member for releasing and closing at least one injection port of the injector and an actuator (22) configured to actuate the closure member in response to a predetermined electrical drive, wherein - Depending on a predetermined target injection mass flow for the injector and / or depending on a predetermined target injection volume flow for the injector and / or dependent on a predetermined desired speed change of the closure element when opening and / or closing the injector and depending on a current fuel pressure be determined in the injector and depending on a combustion back pressure setpoint reference coordinates for a stroke course of the closure element and - Depending on the determined reference reference coordinates one or more electrical control variables for controlling the actuator (22) are determined and provided. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kraftstoffdruck in dem Injektor ermittelt wird abhängig von einem vorgegebenen Modell für eine Druckausbreitung im Injektor.Method according to Claim 1 in which the fuel pressure in the injector is determined depending on a given model for pressure propagation in the injector. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Soll-Referenzkoordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden abhängig von einer Stoffeigenschaft des Kraftstoffes in dem Injektor und/oder einer Kraftstofftemperatur in dem Injektor.Method according to one of Claims 1 to 2 in which the reference reference coordinates for the stroke profile of the closure element are determined depending on a substance property of the fuel in the injector and / or a fuel temperature in the injector. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Injektor eine Einspritzdüse mit einem Düsenkörper umfasst, in dem das Verschlusselement zumindest teilweise verschieblich gelagert ist, und die Soll-Referenzkoordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden abhängig von einem vorgegebenen durchströmbaren Öffnungsquerschnitt der Einspritzdüse, der sich beim Öffnen der Einspritzdüse zwischen dem sich öffnenden Verschlusselement und dem Düsenkörper ausbildet.Method according to one of Claims 1 to 3 in which the injector comprises an injection nozzle with a nozzle body, in which the closure element is mounted at least partially displaceable, and the desired reference coordinates for the stroke profile of the closure element are determined depending on a predetermined permeable opening cross-section of the injection nozzle, which opens when opening the injector between forms the opening closure element and the nozzle body. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die zumindest eine Ansteuergröße ermittelt wird abhängig von bereitgestellten Korrekturwerten, die abhängig von einem Vergleich der ermittelten Soll-Referenzkoordinaten mit aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden.Method according to one of Claims 1 to 4 in which the at least one control variable is determined as a function of provided correction values which are determined as a function of a comparison of the determined reference reference coordinates with currently determined and / or detected actual coordinates for the stroke profile of the closure element. Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors, der ein in dem Injektor verschiebliches Verschlusselement zum Einspritzen eines Fluids aufweist und der einen Aktuator (22) aufweist, der ausgebildet ist, das Verschlusselement abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.A device for operating a fuel injector, which has a closing element for injecting a fluid displaceable in the injector and which has an actuator (22) which is designed to actuate the closure element in dependence on a predetermined electrical activation, the device being designed to Method according to one of Claims 1 to 5 perform. Computerprogramm zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.A computer program for operating a fuel injector, wherein the computer program is designed, a method according to one of Claims 1 to 5 when executed on a data processing device. Computerprogrammprodukt umfassend ausführbaren Programmcode, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.Computer program product comprising executable program code, wherein the program code when executed by a data processing device, the method according to one of Claims 1 to 5 performs. System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine das ein Vorsteuermodul (7), ein Charakterisierungsmodul (5) und ein Zustandskontrollmodul (9) umfasst, wobei - das Vorsteuermodul (7) ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen, - das Charakterisierungsmodul (5) zumindest ein vorgegebenes Modell umfasst und ausgebildet ist abhängig von vorgegebenen Eingangsgrößen vorgegebene Zustandsgrößen des Kraftstoffinjektors zu ermitteln und für das Vorsteuermodul (7) bereitzustellen und - das Zustandskontrollmodul (9) ausgebildet ist, Korrekturwerte zu ermitteln abhängig von einem Vergleich der von dem Vorsteuermodul (7) ermittelten Soll-Referenzkoordinaten mit von dem Charakterisierungsmodul (5) aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements und die Korrekturwerte für das Vorsteuermodul (7) bereitzustellen.System for operating an internal combustion engine comprising a pre-control module (7), a characterization module (5) and a state control module (9), wherein - the pre-control module (7) is formed a method according to one of Claims 1 to 5 The characterization module (5) comprises at least one predefined model and is designed to determine predefined state variables of the fuel injector and to provide them to the precontrol module (7) and - the state control module (9) is designed to determine correction values depending on one Comparison of the reference reference coordinates determined by the pre-control module (7) with actual coordinates for the stroke profile of the closure element and the correction values for the pre-control module (7) currently determined and / or detected by the characterization module (5). System nach Anspruch 9, wobei das Charakterisierungsmodul (5) ausgebildet ist - einen aktuellen Kraftstoffeinspritzdruck zu ermitteln abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffinjektor und einem Verbrennungsgegendruck und/oder einen Kraftstoffmassenstrom im Kraftstoffinjektor und/oder eine Kraftstoffmasse im Kraftstoffinjektor und/oder ein Kompressionsmodul zu ermitteln abhängig von einem aktuellen Raildruck und/oder einer Kraftstofftemperatur in einer Kraftstoffzuleitung und/oder einem Zylinderdruck und/oder - den aktuellen Hub des Verschlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators (22) und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit des Verschlusselements und/oder eine Auslenkungsgeschwindigkeit des Aktuators (22) zu ermitteln abhängig von einer aktuellen Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Aktuators (22).System after Claim 9 wherein the characterization module (5) is configured to determine a current fuel injection pressure depending on the fuel pressure in the fuel injector and a combustion backpressure and / or fuel mass flow in the fuel injector and / or a fuel mass in the fuel injector and / or a compression modulus to be determined depending on a current one Rail pressure and / or a fuel temperature in a fuel supply line and / or a cylinder pressure and / or - the current stroke of the closure element and / or a deflection of the actuator (22) and / or a closing and opening speed of the Closing element and / or a deflection speed of the actuator (22) to determine depending on a current current and voltage of the actuator (22).
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