DE102015217645A1 - Method for operating an injection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors mit einem ersten Injektor (10) und mindestens einem zweiten Injektor (10), wobei die Einspritzanlage über einen Hochdruckspeicher verfügt, wobei ein Druckverlauf im Bereich einer Hochdruckzulaufleitung (15) des ersten Injektors (10) aufgenommen und ausgewertet wird, um eine Betätigung wenigstens eines von dem mindestens einen zweiten Injektor (10) zu erkennen.The invention relates to a method and an arrangement for operating an injection system of an internal combustion engine with a first injector (10) and at least one second injector (10), wherein the injection system has a high-pressure accumulator, wherein a pressure curve in the region of a high pressure feed line (15) of the first Injector (10) is recorded and evaluated to detect actuation of at least one of the at least one second injector (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere einer Common-Rail-Einspritzanlage. Das Verfahren findet insbesondere Verwendung bei einer Einspritzanlage mit Piezo-Injektoren.The invention relates to a method for operating an injection system of an internal combustion engine, in particular a common rail injection system. The method finds particular use in an injection system with piezo injectors.
Stand der TechnikState of the art
Einspritzanlagen in Verbrennungsmotoren werden dazu verwendet, Kraftstoff aus einem Tank in die Brennräume des Verbrennungsmotors, die Zylinder, zu befördern bzw. in diese einzuspritzen. Bei einem Common-Rail-Einspritzsystem wird der Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe auf ein hohes Druckniveau gebracht. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird in ein Rohrleitungssystem, das Rail, eingebracht, aus dem wiederum der unter Druck stehende Kraftstoff Injektoren zur Einspritzung zugeführt wird. Das Common-Rail-Einspritzprinzip zeichnet sich durch eine vollständige Trennung von Druckerzeugung und eigentlichem Einspritzvorgang aus. Die eigentliche Einspritzung erfolgt über Ansteuerung eines Injektors, der auch als Einspritzventil bezeichnet wird, bspw. durch Ansteuerung mit einem elektrischen Signal, dem Ansteuersignal. Man unterscheidet in Abhängigkeit des Funktionsprinzips zwischen Magnetventilen und Piezo-Einspritzventilen, die über einen Piezo-Aktor verfügen. Injection systems in internal combustion engines are used to convey or inject fuel from a tank into the combustion chambers of the internal combustion engine, the cylinders. In a common-rail injection system, the fuel is brought to a high pressure level by means of a high-pressure pump. The pressurized fuel is introduced into a pipeline system, the rail, from which in turn the pressurized fuel injectors for injection is supplied. The common-rail injection principle is characterized by a complete separation of pressure generation and actual injection process. The actual injection takes place via activation of an injector, which is also referred to as an injection valve, for example by triggering with an electrical signal, the activation signal. Depending on the principle of operation, a distinction is made between solenoid valves and piezo injectors that have a piezo actuator.
Um immer höher werdende Emissionsanforderungen erfüllen zu können, müssen die Einspritzmengen sowie die Injektorfunktion der Injektoren gerade auch über die Lebensdauer möglichst konstant gehalten werden. Zu beachten ist, dass es für die Entwicklung einer über die Lebensdauer des Injektors lernenden Spannungskorrekturfunktion sehr hilfreich ist, die Änderung des Spannungsbedarfs zu kennen.In order to be able to meet ever higher emission requirements, the injection quantities and the injector function of the injectors must be kept as constant as possible, especially over the lifetime. It should be noted that for the development of a voltage correction function learning over the lifetime of the injector, it is very helpful to know the change in the voltage requirement.
Ein wichtiger Faktor zum Erreichen dieser Anforderung ist dabei die Genauigkeit der Menge und des Zeitpunktes des über die Injektoren eingespritzten Kraftstoffs und die Bestimmung der Eigenschaft des Kraftstoffs. Um den Zeitpunkt und die Kraftstoffmenge der Einspritzung über Lebensdauer ermitteln zu können, ist es bekannt, Injektoren mit einem Sensor auszustatten, mit dem der Zeitpunkt des Öffnens der Nadel und des Schließens der Nadel einer Einspritzung detektiert werden kann.An important factor in achieving this requirement is the accuracy of the amount and timing of the fuel injected via the injectors and the determination of the property of the fuel. In order to be able to determine the point in time and the fuel quantity of the injection over the lifetime, it is known to equip injectors with a sensor with which the time of opening the needle and closing the needle of an injection can be detected.
Die Druckschrift
Es ist somit erforderlich, jeden der Injektoren mit einem Drucksensor auszustatten, was hohe Kosten mit sich bringt. Weiterhin ist zu beachten, dass bei Ausfall eines der Sensoren das Verfahren nicht mehr durchgeführt werden kann.It is thus necessary to equip each of the injectors with a pressure sensor, which involves high costs. Furthermore, it should be noted that if one of the sensors fails, the procedure can no longer be carried out.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method according to
Mit dem Verfahren wird mit einem Sensor ein Druckverlauf in der Hochdruckzulaufleitung eines räumlich entfernten Injektors aufgenommen und ausgewertet, um eine Betätigung dieses entfernten Injektors zu bestimmen. With the method, a pressure profile in the high-pressure feed line of a spatially remote injector is recorded and evaluated by a sensor in order to determine an actuation of this remote injector.
Betätigen bedeutet dabei ein Öffnen und/oder Schließen, insbesondere ein Nadel-Öffnen und/oder Nadel-Schließen.Actuation means an opening and / or closing, in particular a needle opening and / or needle closing.
Das vorgestellte Verfahren wird insbesondere bei einem Piezo-Injektor typischerweise in einer Common-Rail-Einspritzanlage eingesetzt. Das Verfahren ist für alle Arten von Injektoren mit einem Sensor am Haltekörper anwendbar. Dabei wird ein im Bereich einer Hochdruckzulaufleitung ermittelter Druckverlauf ausgewertet. Dabei ist vom Bedeutung, dass der Sensor eines ersten Injektors dazu verwendet wird, eine Aussage zu dem Verhalten mindestens eines zweiten Injektors zu treffen.The proposed method is used in particular in a piezo injector typically in a common rail injection system. The method is applicable to all types of injectors with a sensor on the holding body. In this case, a pressure profile determined in the region of a high-pressure feed line is evaluated. It is important that the sensor of a first injector is used to make a statement about the behavior of at least one second injector.
Das vorgestellte Verfahren nutzt in Ausgestaltung die elastische Verformung am Halteköper im Bereich der Hochdruckbohrung aufgrund der Druckwelle in der Hochdruckbohrung des ersten Injektors zum Erkennen der Betätigung, insbesondere eines Nadel-Öffnens und eines Nadel-Schließens, anderer, benachbarter Injektoren des Motors, die ggf. keine Sensoren haben oder deren Sensoren ausgefallen sind. Ein Ausfall impliziert hierbei auch einen so hohen Signalverlust über Laufzeit, so dass eine Auswertung nicht mehr durchgeführt werden kann. Zudem kann die elastische Verformung am Halteköper im Bereich der Hochdruckbohrung aufgrund der Druckwelle in der Hochdruckbohrung eines ersten Injektors zur Erkennung des Nadel-Öffnens und/oder des Nadel-Schließens des ersten Injektors, der einen Sensor aufweist, ausgewertet werden.The presented method utilizes in an embodiment the elastic deformation on the holding body in the area of the high-pressure bore due to the pressure wave in the high-pressure bore of the first injector for detecting the actuation, in particular a needle opening and a needle closing, of other, adjacent injectors of the engine, which possibly have no sensors or their sensors have failed. In this case, a failure also implies such a high signal loss over the runtime, so that an evaluation can no longer be carried out. In addition, the elastic deformation on the holding body in the region of the high-pressure bore due to the pressure wave in the high-pressure bore of a first injector for detecting the needle-opening and / or the needle-closing of the first injector having a sensor can be evaluated.
Das Verfahren kann auch dazu eingesetzt werden, Sensoren zu überwachen und Ergebnisse von Sensoren durch andere Sensoren zu plausibilisieren.The method can also be used to monitor sensors and results of plausibility of sensors by other sensors.
Es wird somit der Druckverlaufes in der Hochdruckbohrung oder der Hochdruckzulaufleitung eines Injektors genutzt, um das Nadel-Öffnen und das Nadel-Schließen eines anderen Injektors im Motor, bei dem ggf. der Sensor ausgefallen ist, oder mehrerer Injektoren des Einspritzsystems über der Laufzeit zu erkennen. Dabei kann die Verformung des Haltekörpers oder der Leitung als zu erfassende Größe genutzt werden. Der dafür benötigte Sensor kann an dem Haltekörper oder der Zulaufleitung angebracht werden und muss weder im Hochdruck noch im Niederdruck des Injektors verbaut sein. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, einen im Hochdruckspeicher bzw. Rail vorgesehenen Sensor zu verwenden.Thus, the pressure profile in the high-pressure bore or the high-pressure inlet line of an injector is used to detect the needle-opening and the needle-closing of another injector in the engine in which the sensor has failed or several injectors of the injection system over the running time , In this case, the deformation of the holding body or the conduit can be used as a size to be detected. The required sensor can be attached to the holding body or the supply line and must be installed neither in the high pressure nor in the low pressure of the injector. However, it is basically possible to use a sensor provided in the high-pressure accumulator or rail.
Auf diese Art und Weise kann bei einem Ausfall eines Sensors, das Nadel-Öffnen und das Nadel-Schließen dieses Injektors von den anderen Injektoren gemessen und von der Recheneinheit des Einspritzsystems, bspw. des Common-Rail-Einspritzsystems, bestimmt werden. Eine weitere Regelung des Nadel-Öffnens und des Nadel-Schließens und weitere Funktionalitäten, basierend auf der Öffnen- und Schließzeitpunkt-Erkennung, sind somit trotz Ausfall eines oder mehrerer Sensoren weiterhin für die betroffenen Injektoren, bei denen der Sensor ausgefallen ist, möglich. Emission- und Performance-Anforderungen können somit auch nach Ausfall eines oder mehrerer Sensoren eingehalten werden.In this way, in case of failure of a sensor, the needle-opening and needle-closing of this injector can be measured by the other injectors and determined by the computing unit of the injection system, for example. The common-rail injection system. Further control of needle opening and needle closing and other functionalities based on the open and close timing detection are thus still possible despite the failure of one or more sensors for the affected injectors where the sensor has failed. Emission and performance requirements can thus be met even after failure of one or more sensors.
Somit ist es ausreichend, einen Motor mit nur einem Injektor, der bspw. mit einem Sensor am Haltekörper ausgestattet ist, zu bestücken. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass einige Injektoren mit einem Sensor bestückt werden. Die Anzahl ist hierbei geringer als die Anzahl der Injektoren in einem System, z. B. zwei Injektoren mit Sensor bei einem V6-Motor. Der Sensor kann auch auf dem Rail oder einem anderen Punkt in dem System montiert werden. Dieser Punkt sollte hydraulisch mit allen Injektoren gekoppelt sein. Bei einem V6-Motor mit zwei Rails können auch zwei Sensoren, d. h. ein Sensor pro Rail, vorgesehen sein. Der Vorteil ist somit die Einsparung von Sensoren auf Injektoren. Dies führt zu einer Kosteneinsparung für das Gesamtsystem.Thus, it is sufficient to equip a motor with only one injector, which is equipped, for example, with a sensor on the holding body. In one embodiment, it is provided that some injectors are equipped with a sensor. The number is less than the number of injectors in a system, eg. B. two injectors with sensor in a V6 engine. The sensor can also be mounted on the rail or other point in the system. This point should be hydraulically coupled to all injectors. In a V6 engine with two rails, two sensors, i. E. H. one sensor per rail, be provided. The advantage is thus the saving of sensors on injectors. This leads to a cost saving for the entire system.
Bei dem vorgestellten Verfahren ist somit in Ausgestaltung vorgesehen, das Nadel-Öffnen und das Nadel-Schließen eines oder mehrerer Injektoren, bei dem der Sensor ausgefallen ist, über die restlichen funktionierenden Sensoren der anderen Injektoren am Motor, zu bestimmen bzw. zu messen. Es kann auch vorgesehen sein, das Nadel-Öffnen und das Nadel-Schließen aller Injektoren an einem Verbrennungsmotor über einen bzw. einige Sensoren zu detektieren. Folglich ist die Anzahl der Sensoren geringer als die Anzahl der Injektoren. In the presented method is thus provided in an embodiment, the needle-opening and the needle-closing of one or more injectors in which the sensor has failed to determine or measure the remaining functioning sensors of the other injectors on the engine. It can also be provided to detect the needle opening and the needle closing of all injectors on an internal combustion engine via one or several sensors. Consequently, the number of sensors is less than the number of injectors.
Bislang ist dagegen vorgesehen, bei kommenden Common-Rail-Injektoren mit Piezo-Ansteuerung für jeden Injektor einen separaten Sensor zu verbauen, der das Nadel-Öffnen und das Nadel-Schließen des jeweiligen Injektors detektiert.So far, on the other hand, it has been provided to install a separate sensor for each injector in the case of upcoming common rail injectors with piezo control, which detects the needle opening and the needle closing of the respective injector.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht in Ausgestaltung die Erkennung des Nadel-Öffnens und des Nadel-Schließens eines oder mehrerer benachbarten Injektoren mit einem Sensor im System. Weiterhin ermöglicht es die Erkennung des Nadel-Öffnens und Nadel-Schließens eines oder mehrerer benachbarten Injektoren mit wenigen Sensoren, d. h. deren Anzahl ist kleiner als die Anzahl der Injektoren, im System. Es kann eine Plausibilisierung und/oder Überprüfung der benachbarten Injektoren mit einem oder wenigen Sensoren durchgeführt werden. Eine Übernahme der Funktion eines oder mehrerer ausgefallener Sensoren durch den bzw. die noch funktionierenden Sensoren ist ebenfalls möglich.In an embodiment, the presented method enables the detection of the needle opening and the needle closing of one or more adjacent injectors with a sensor in the system. Furthermore, it allows the detection of needle opening and needle closing of one or more adjacent injectors with a few sensors, d. H. their number is smaller than the number of injectors in the system. A plausibility check and / or check of the adjacent injectors with one or a few sensors can be carried out. A takeover of the function of one or more failed sensors by the or still functioning sensors is also possible.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Weiterhin zeigt die Darstellung eine Hochdruckzulaufleitung
Bei dem dargestellten Injektor
Das Öffnen des Schaltventils
Bei dem vorgestellten Verfahren wird nunmehr die elastische Verformung der Hochdruckbohrung
Alternativ oder ergänzend kann ein Sensor, bspw. ein Piezoelement, an der Hochdruckzulaufleitung
Im ersten Graphen
Beim Öffnen des Schaltventils und der dadurch abgeführten Steuermenge kommt es zu einem Druckeinbruch in der Hochdruckzulaufleitung zu einem dritten Zeitpunkt
Beim Öffnen der Düsennadel kommt es zu einem weiteren Druckeinbruch in der Hochdruckleitung zu einem vierten Zeitpunkt
Diese Entlastung führt zu einer weiteren Entlastung des vorgespannten Piezoelements und kann als Spannungsänderung an diesem gemessen werden. Der vierte Zeitpunkt
Beim Nadelschließen wird eine Druckwelle bzw. ein Druckanstieg in der Hochdruckbohrung zu einem fünften Zeitpunkt
Beim Nadel-Öffnen eines Injektors führt es des Weiteren zu einem Druckeinbruch in den Hochdruckbohrungen der anderen Injektoren in einer Common-Rail-Einspritzanlage, da die Injektoren hydraulisch über das Rail und die HD-Leitungen gekoppelt sind. Dieser Druckeinbruch trifft aufgrund der längeren, hydraulischen Strecke zeitlich versetzt, bezogen auf den oberen Totpunkt des einspritzenden Injektors, bei den anderen Injektoren an. When opening an injector needle, it also leads to a pressure drop in the high pressure holes of the other injectors in a common rail injection system, as the injectors hydraulically via the rail and the HD lines are coupled. Due to the longer hydraulic distance, this pressure drop arrives laterally with respect to the top dead center of the injecting injector in the case of the other injectors.
Bei einem Ausfall eines oder mehrerer Sensoren an einem oder mehrerer Injektoren kann das Nadel-Öffnen dieses oder dieser Injektoren und der daraus ausgelöste Druckeinbruch von den anderen Injektoren, welche noch einen funktionierenden Sensor auf der Hochdruckbohrung haben und die Verformung des Haltekörpers aufgrund des Druckeinbruches in eine elektrische Größe umwandeln und dieses Signal der Recheneinheit der Common-Rail-Einspritzanlage weiterleiten, detektiert und bestimmt werden.In case of failure of one or more sensors on one or more injectors, the needle-opening of this or these injectors and the pressure drop caused thereby from the other injectors, which still have a working sensor on the high-pressure bore and the deformation of the holding body due to the pressure drop in a convert electrical size and forward this signal the arithmetic unit of the common rail injection system, detected and determined.
Dieser Druckeinbruch kann somit auch von den anderen Injektoren, welche einen Sensor auf der Hochdruckbohrung haben und die Verformung des Haltekörpers aufgrund des Druckeinbruches in eine elektrische Größe umwandeln und dieses Signal der Recheneinheit der Common-Rail-Einspritzanlage weiterleiten, detektiert und bestimmt werden.This pressure drop can thus also be detected and determined by the other injectors, which have a sensor on the high pressure bore and the deformation of the holder body due to the pressure drop into an electrical variable and forward this signal to the arithmetic unit of the common rail injection system.
Gleiches gilt für das Nadel-Schließen. Beim Nadel-Schließen des einspritzenden Injektors wird eine Druckwelle, nämlich ein Druckanstieg, in der Hochdruckbohrung ausgelöst (fünfter Zeitpunkt
Dieser Druckanstieg kann somit auch von den anderen Injektoren, welche einen Sensor auf der Hochdruckbohrung haben und die Verformung des Haltekörpers aufgrund des Druckanstiegs in eine elektrische Größe umwandeln und dieses Signal der Recheneinheit der Common-Rail-Einspritzanlage weiterleiten, detektiert und bestimmt werden.This pressure increase can thus also be detected and determined by the other injectors, which have a sensor on the high-pressure bore and the deformation of the holder body due to the pressure increase into an electrical variable and forward this signal of the arithmetic unit of the common rail injection system.
Bei einem Ausfall eines oder mehrerer Sensoren an einem oder mehrerer Injektoren kann das Nadel-Schließen dieses oder dieser Injektoren und der daraus ausgelöste Druckanstieg von den anderen Injektoren, welche noch einen funktionierenden Sensor auf der Hochdruckbohrung haben und die Verformung des Haltekörpers aufgrund des Druckeinbruches in eine elektrische Größe umwandeln und dieses Signal der Recheneinheit der Common-Rail-Einspritzanlage, die typischerweise in einem Steuergerät integriert ist und die hierin beschriebene Anordnung darstellt, weiterleiten, detektiert und bestimmt werden. In the event of a failure of one or more sensors on one or more injectors, the needle closing of this or these injectors and the resulting pressure increase from the other injectors, which still have a working sensor on the high pressure bore and the deformation of the holding body due to the pressure drop in a convert electrical variable and this signal of the arithmetic unit of the common-rail injection system, which is typically integrated in a control unit and represents the arrangement described herein, pass, detected and determined.
Bei dem vorgestellten Verfahren kann der Verlauf
Auf diese Art und Weise kann die benötigte, injektorspezifische Ansteuerungsspannung zum Öffnen des Schaltventils mittels dem Sensor erkannt und für eine "closed loop" Spannungsregelung im Fahrzeug über der Laufzeit sowie eventuell in der Prüfung und Codierung im Werk genutzt werden.In this way, the required Injektorspezifische drive voltage for opening the switching valve can be detected by the sensor and used for a "closed loop" voltage regulation in the vehicle over the term and possibly in the testing and coding in the factory.
Ein zu hoher Spannungsvorhalt, der momentan teilweise vorgehalten wird, ist somit nicht mehr nötig. Jeder Injektor bekommt durch die Spannungsregelung genau die für ihn benötigte Ansteuerspannung zur Gewährleistung der Injektorfunktion. Das Steuergerät im Fahrzeug wird somit nicht unnötig belastet. Des Weiteren können hierdurch die Grenzen in der Fertigung, d. h. elektrische Größen des Injektors zur Einhaltung der Steuergeräte-Belastung innerhalb des erlaubten Bereichs, erhöht und die Gutausbringung dadurch gesteigert werden.Too high voltage reserve, which is currently held partially, is therefore no longer necessary. Each injector gets through the voltage control exactly the required drive voltage for him to ensure the injector function. The control unit in the vehicle is thus not unnecessarily burdened. Furthermore, this can limit the production, d. H. electrical sizes of the injector to comply with the control unit load within the permitted range, increases and the yield can be increased thereby.
Durch das Verfahren kann weiterhin auf die im Werk vorhandene Prüfung des Spannungsbedarfs sowie dessen Kodierung auf den Injektor und das dazugehörige einlesen beim Kunden am Fahrzeug verzichtet werden.By the method can be further waived the existing in the factory testing the voltage requirements and its coding on the injector and the corresponding reading at the customer on the vehicle.
Eine Verformung der Hochdruckbohrung
Der Verlauf verdeutlicht einen linearen Zusammenhang zwischen dem Spannungsbedarf und dem Raildruck. Je höher der Raildruck ist, desto höher ist der Spannungsbedarf des Injektors.The course illustrates a linear relationship between the voltage requirement and the rail pressure. The higher the rail pressure, the higher the voltage required by the injector.
Diese Korrelation kann bei dem vorgestellten Verfahrens, insbesondere bei der Regelung der Ansteuerspannung berücksichtigt werden. So können erforderliche Ansteuerspannungen bei einigen, bspw. bei zwei oder drei, Raildrücken ermittelt werden. Die erforderliche Ansteuerspannung bei einem weiteren Raildruck kann dann durch Interpolation bzw. Extrapolation ermittelt werden.This correlation can be taken into account in the presented method, in particular in the control of the drive voltage. Thus required drive voltages can be determined for some, for example at two or three, rail pressures. The required drive voltage at a further rail pressure can then be determined by interpolation or extrapolation.
Die Darstellung zeigt mit Bezugsziffer
Weiterhin zeigt die Darstellung ein Sensorsignal
Mit Bezugsziffer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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