DE102016124139A1 - Fuel injector with integrated sensors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem Ventil (13) zum Freigeben oder Beenden von Kraftstoffinjektionen, einem elektrisch steuerbaren Ventilaktuator (12) zur Betätigung des Ventils und einer integrierte Sensorik (16). Der Kraftstoffinjektor (10) umfasst einen Energiespeicher (30) mit einer Ladevorrichtung (31). Der Energiespeicher (30) ist über die Ladevorrichtung (31) mit zumindest einer Leitung (IV+) für die Versorgungsenergie des Ventilaktuators (12) verbunden. Die Ladevorrichtung (31) ist dazu ausgebildet, den Energiespeicher (30) aus den elektrischen Strömen in dieser Leitung (IV+) aufzuladen.
Die zur Veröffentlichung mit der Zusammenfassung vorgesehene Figur ist
The figure intended for publication with the abstract is
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zur Anbringung an einem Verbrennungsmotor, der über mehrere elektrische Leitungen mit einer elektronischen Steuereinheit verbindbar ist, wobei der Kraftstoffinjektor eine integrierte Sensorik zur Erfassung und Rückmeldung von momentanen Zuständen des Injektors ausgebildet ist.The invention relates to a fuel injector for attachment to an internal combustion engine, which is connectable via a plurality of electrical lines with an electronic control unit, wherein the fuel injector is an integrated sensor for detecting and feedback of instantaneous states of the injector is formed.
Bisher bekannte Kraftstoffinjektoren mit integrierter Sensorik benötigen eine Vielzahl von elektrischen Leitungen, insbesondere sechs separate elektrische Leitungen zur Verbindung mit der elektronischen Steuereinheit.Previously known fuel injectors with integrated sensors require a plurality of electrical lines, in particular six separate electrical lines for connection to the electronic control unit.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kraftstoffinjektor und eine zugehörige elektrische Steuereinheit aufzuzeigen, mit denen die Anzahl der notwendigen elektrischen Leitungen reduziert werden. Ferner wird ein Kraftstoffversorgungssystem aufgezeigt, das einen solchen Kraftstoffinjektor und eine elektronische Steuereinheit umfasst.It is an object of the present invention to provide an improved fuel injector and an associated electrical control unit, with which the number of necessary electrical lines are reduced. Further, a fuel supply system is shown comprising such a fuel injector and an electronic control unit.
Der Kraftstoffinjektor gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Ventil zum Freigeben oder Beenden von Kraftstoffinjektionen, einen elektrisch steuerbaren Ventilaktuator zur Betätigung des Ventils und eine integrierte Sensorik.The fuel injector according to the present disclosure includes a valve for releasing or stopping fuel injections, an electrically controllable valve actuator for actuating the valve, and integrated sensors.
Der Kraftstoffinjektor umfasst weiterhin einen bevorzugt integrierten Energiespeicher mit einer Ladevorrichtung. Der Energiespeicher ist über die Ladevorrichtung mit einer Leitung für die Versorgungsenergie des Ventilaktuators verbunden. Die Ladevorrichtung ist dazu ausgebildet, den Energiespeicher aus den elektrischen Strömen in dieser Leitung aufzuladen.The fuel injector further comprises a preferably integrated energy store with a charging device. The energy storage is connected via the charging device with a line for the supply energy of the Ventilaktuators. The charging device is designed to charge the energy store from the electrical currents in this line.
Mit anderen Worten wird ein Anteil aus der vergleichsweise hohen Versorgungsenergie des Ventilaktuators zum Aufladen des Energiespeichers verwendet. Auf diese Weise kann auf eine separate Leitung für die Energieversorgung der integrierten Sensorik und etwaig weiterer Steuerungsbestandteile des Kraftstoffinjektors verzichtet werden. Insbesondere kann auf einen separaten Phasen-Leiter für die Energieversorgung der Sensorik und/oder eines Steuerungsabschnitts an oder im Kraftstoffinjektor verzichtet werden.In other words, a proportion of the comparatively high supply energy of the valve actuator is used to charge the energy store. In this way, it is possible to dispense with a separate line for the energy supply of the integrated sensor system and any further control components of the fuel injector. In particular, it is possible to dispense with a separate phase conductor for the energy supply of the sensor system and / or a control section on or in the fuel injector.
Die Reduzierung der Anzahl der notwendigen Leitungen hat verschiedene Vorteile. Einerseits sind kleinere und weniger aufwendig herstellbare Steckverbindungen verwendbar, sodass Kostenvorteile und eine einfachere Montage ermöglicht werden. Auch Fehlerquellen hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung werden reduziert.The reduction in the number of necessary lines has several advantages. On the one hand smaller and less expensive manufacturable connectors can be used, so cost advantages and easier installation are possible. Also error sources with regard to the electrical contact are reduced.
Da die Preise für Kupfer und andere Metalle, die zur Herstellung von elektrischen Leitungen und Steckverbindungen benutzt werden, steigen und andererseits die Preise für Halbleiter fallen, wird der Kostenvorteil in der Zukunft noch höher ausfallen.As prices for copper and other metals used to make electrical wiring and connectors increase and semiconductor prices fall, the cost advantage will be even higher in the future.
In einer Leitung für die Versorgungsenergie des Ventilaktuators treten in der Regel pulsierende Ströme bzw. Stromimpulse auf. Die für das Aufladen des Energiespeichers nötige Energie kann auf verschiedene Weise abgezweigt werden.As a rule, pulsating currents or current pulses occur in a line for the supply energy of the valve actuator. The energy required for charging the energy store can be diverted in various ways.
Einerseits kann ein reiner Strompuls zur Betätigung des Ventilaktuators vorgesehen sein. Während des Strompulses steigt die Stromstärke von einem Nullniveau auf ein erhöhtes Niveau an und verbleibt auf diesem Niveau oder auf einem mittleren Stromniveau für die Dauer der Aktuierung. Zum Ende der Aktuierung fällt die Stromstärke wieder auf das Nullniveau ab. Aus diesem Strompuls kann ein Teil der übertragenen Energie abgezweigt werden. Während der Dauer des Stromimpulses wird dann ein Teil des Stromes zum Aufladen des Energiespeichers verwendet. Alternativ kann dem zur Betätigung notwendigen Strompuls ein Ladepuls überlagert werden. Während der Betätigung des Ventilaktuators kann das Stromniveau um ein solches Maß erhöht sein, dass zusätzlich zu der Energiemenge für die Aktuierung ein ausreichendes Maß an Energie übertragen wird, mit dem der Energiespeicher aufgeladen wird. In beiden Fällen findet eine Ladung des Energiespeichers (nur) während des Strompulses statt.On the one hand, a pure current pulse can be provided for actuating the valve actuator. During the current pulse, the current rises from a zero level to an elevated level and remains at that level or at an average current level for the duration of the actuation. At the end of the actuation, the current drops back to zero. From this current pulse, a part of the transmitted energy can be diverted. During the duration of the current pulse, a portion of the current is then used to charge the energy storage. Alternatively, a charging pulse can be superimposed on the current pulse necessary for actuation. During actuation of the valve actuator, the current level may be increased to such an extent that, in addition to the amount of energy for the actuation, a sufficient amount of energy is transferred to charge the energy storage device. In both cases, a charge of the energy storage takes place (only) during the current pulse.
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsvariante kann in der Leitung für die Versorgungsenergie des Ventilaktuators zumindest in einem Zeitraum zwischen den Aktuierungen ein vom Nullniveau unterschiedlicher Strom fließen, der für die Aufladung des Energiespeichers verwendet wird. Dieser Strom kann so gering sein, dass er nicht zu einer Betätigung des Ventilaktuators und somit nicht zu einer Öffnung des Ventils im Kraftstoffinjektor führt. Es kann vorgesehen sein, dass ein Ladestrom nur in den Zeiträumen zwischen zwei Aktuierungen übertragen wird. Alternativ kann ein Ladestrom in Überlagerung zu den Strompulsen für die Aktuierung übertragen werden.According to an alternative or additional embodiment variant, in the line for the supply energy of the Ventilaktuators at least in a period between the Aktuierungen a different flow from the zero level, which is used for charging the energy storage. This current can be so low that it does not lead to actuation of the valve actuator and thus to an opening of the valve in the fuel injector. It can be provided that a charging current is transmitted only in the periods between two actuations. Alternatively, a charging current can be transferred in superposition to the current pulses for the actuation.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass für die Aktuierung einer Kraftstoffinjektion ein Strompuls mit einer ersten Stromrichtung (Plus oder Minus) übertragen wird, während für den Ladestrom eine entgegengesetzte Stromrichtung (Minus oder Plus) vorgesehen ist.It may further be provided that for the actuation of a fuel injection, a current pulse having a first current direction (plus or minus) is transmitted, while for the charging current, an opposite current direction (minus or plus) is provided.
Die Ladevorrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen Ladestrom für den Energiespeicher von einem Strompuls für die Aktuierung einer Kraftstoffinjektion zu separieren. Auf diese Weise kann eine negative Beeinträchtigung der Aktuierungsdynamik vermieden werden.The charging device is preferably designed to separate a charging current for the energy store from a current pulse for the actuation of a fuel injection. This way you can a negative impact on the dynamics of the actuation can be avoided.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der (integrierte) Energiespeicher durch einen Regulator mit der internen Sensorik und/oder einem Steuerungsabschnitt des Kraftstoffinjektors verbunden. Der Regulator ist dazu ausgebildet, eine regulierte Spannung oder ein reguliertes Potential abzugeben, insbesondere eine konstante Versorgungsspannung. In der Praxis sind geeignete Schaltungen für eine Spannungsregulierung bekannt.According to a preferred refinement, the (integrated) energy store is connected by a regulator to the internal sensor system and / or a control section of the fuel injector. The regulator is designed to deliver a regulated voltage or a regulated potential, in particular a constant supply voltage. In practice, suitable circuits for voltage regulation are known.
Durch den Betrieb der Sensorik mit einer regulierten und insbesondere konstanten Spannung kann die Genauigkeit der Durchführung einer Messung und/oder der Übertragung der Messwerte erhöht werden, insbesondere bei analogen Mess- und Übertragungstechniken. Es ist ferner möglich, Sensoren und zugehörige Komponenten der Sensorik in einfacher Bauart zu verwenden. Die von der integrierten Sensorik ausgegebenen Signale, insbesondere analoge Übertragungssignale, können bevorzugt direkt verwendet werden, d.h. ohne eine nachfolgende Korrektur der Signale zum Ausgleich von Fehlern, die aus Schwankungen der Versorgungsspannung resultieren. Gleichzeitig kann eine regulierte Versorgungsenergie, insbesondere eine regulierte Spannung für einen Steuerungsabschnitt des Kraftstoffinjektors bereitgestellt werden.By operating the sensors with a regulated and, in particular, constant voltage, the accuracy of performing a measurement and / or transmitting the measured values can be increased, in particular in the case of analog measuring and transmission techniques. It is also possible to use sensors and associated components of the sensors in a simple design. The signals output by the integrated sensor system, in particular analogue transmission signals, can preferably be used directly, i. without a subsequent correction of the signals to compensate for errors resulting from fluctuations in the supply voltage. At the same time, a regulated supply energy, in particular a regulated voltage for a control section of the fuel injector can be provided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, der für sich allein oder im Zusammenhang mit dem vorgenannten Energiespeicher verwendet werden kann, ist ein Massekontakt der integrierten Sensorik und/oder ein Massekontakt eines Steuerungsabschnitts des Kraftstoffinjektors dazu vorgesehen, mit einem Massekontakt des Motorgehäuses eines Verbrennungsmotors verbunden zu werden, an dem der Kraftstoffinjektor anordenbar ist. Der Kraftstoffinjektor weist weiterhin eine Schaltvorrichtung auf, die eine zur elektronischen Steuereinheit führende Übertragungsleitung abwechselnd einerseits mit einer Signalleitung der integrierten Sensorik und/oder einer Signalleitung des Steuerungsabschnitts und andererseits mit dem Massekontakt am bzw. zum Motorgehäuse verbindet, wobei das Umschalten gemäß einem Ablaufschema erfolgt.According to a further aspect of the present disclosure, which can be used alone or in conjunction with the aforementioned energy store, a ground contact of the integrated sensor and / or a ground contact of a control section of the fuel injector is provided to be connected to a ground contact of the motor housing of an internal combustion engine be, on which the fuel injector can be arranged. The fuel injector further comprises a switching device which alternately connects a transmission line leading to the electronic control unit on the one hand to a signal line of the integrated sensor and / or a signal line of the control section and on the other hand to the ground contact on the motor housing, wherein the switching takes place according to a flow chart.
Somit wird in der (gemeinsamen) Übertragungsleitung ein kombiniertes Übertragungssignal gebildet, das in einem ersten Zeitanteil gemäß dem Ablaufschema ein Übertragungssignal der integrierten Sensorik und/oder des Steuerabschnitts enthält und in einem zweiten Zeitanteil gemäß dem Ablaufschema eine Messung des momentanen Basis-Potenzials am Massekontakt ermöglicht. Auf eine separate Masse-Leitung von der integrierten Sensorik und/oder einem Steuerungsabschnitt zur elektronischen Steuereinheit kann somit verzichtet werden.Thus, a combined transmission signal is formed in the (common) transmission line, which contains a transmission signal of the integrated sensor and / or the control section in a first time component according to the flowchart and enables a measurement of the instantaneous base potential at the ground contact in a second time component according to the flowchart , On a separate ground line of the integrated sensors and / or a control section to the electronic control unit can thus be dispensed with.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung sieht vor, dass die (direkten oder korrigierten) Signale von zumindest zwei Sensoren durch einen Signaltransformator in einem gemeinsamen Übertragungssignal kombiniert werden, beispielsweise durch ein Multiplexing-Verfahren.Another aspect of the present disclosure provides that the (direct or corrected) signals from at least two sensors are combined by a signal transformer in a common transmission signal, for example by a multiplexing method.
Die Kombination von zwei oder mehr Signalen kann alternativ oder zusätzlich unter Verwendung einer Übertragungstechnik gemäß
Die elektronische Steuereinheit ist bevorzugt zum Empfang eines kombinierten Übertragungssignals und zur Extraktion der enthaltenen Signalanteile ausgebildet.The electronic control unit is preferably designed to receive a combined transmission signal and to extract the signal components contained therein.
Die elektronische Steuereinheit kann insbesondere zur Durchführung eines Demultiplexing-Verfahrens ausgebildet sein.The electronic control unit may be designed in particular for carrying out a demultiplexing method.
Wenn eine Übertragungstechnik gemäß der
Die elektronische Steuereinheit umfasst bevorzugt eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, aus dem kombinierten Übertragungssignal die verschiedenen Signalanteile zu extrahieren und/oder die Rücktransformation durchzuführen.The electronic control unit preferably comprises an evaluation unit which is designed to extract the various signal components from the combined transmission signal and / or to carry out the inverse transformation.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung erläutert. Further advantageous embodiments are explained in the following description of the drawings.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:
-
1 : Ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem Kraftstoffinjektor und einer elektronischen Steuereinheit, bei dem eine hohe Anzahl elektrischer Leitungen zur Verbindung des Kraftstoffinjektors mit der elektronischen Steuereinheit vorgesehen sind. -
2 bis5 : Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung, bei denen eine geringere Anzahl elektrischer Leitung zur Verbindung des Kraftstoffinjektors mit der elektronischen Steuereinheit ermöglicht ist.
-
1 : A fuel supply system with a fuel injector and an electronic control unit, in which a large number of electrical lines for connection of the fuel injector are provided with the electronic control unit. -
2 to5 Embodiments according to the present disclosure, wherein a smaller number of electrical line for connection of the fuel injector with the electronic control unit is made possible.
Ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem Kraftstoffinjektor (
Soweit gleiche Bezugsziffern bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendet werden, sind damit im Wesentlichen identische Komponenten gemeint. Die zugehörig offenbarten Merkmale gelten entsprechend für alle Ausführungsbeispiele, soweit nichts anderes erläutert ist.As far as the same reference numerals are used in the various embodiments, essentially identical components are meant. The associated disclosed features apply mutatis mutandis to all embodiments, unless otherwise explained.
Der Kraftstoffinjektor (
Der Wirkzusammenhang zwischen dem Ventilaktuator (
Durch die Verwendung eines Servoventils ist es möglich, einen Hauptanteil der Energie, die für die Bewegung des Ventils (
Der Kraftstoffinjektor (
Der Kraftstoffinjektor (
Zur Verbindung des Kraftstoffinjektors (
Eine fünfte und eine sechste elektrische Leitung (Phasen-Leiter
Die Verbindungsleitungen (
Darüber hinaus weist der Kraftstoffinjektor (
Der Energiespeicher und die Ladevorrichtung können in verschiedener Weise ausgebildet sein. Der Energiespeicher (
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante kann die Ladevorrichtung (
Durch den Energiespeicher (
Bei dem Kraftstoffinjektor (10b) ist der zweite Sensor (
In der Praxis sind verschiedene Verfahren bekannt, um aus dem Verlauf eines Drucksignals oder dem Verlauf eines Vibrations- oder Kraftsignals verschiedene Bewegungszustände des Ventils (
Die integrierte Sensorik (
In der elektronischen Steuereinheit (
Der Kraftstoffinjektor (10c) gemäß
Bei dem Kraftstoffinjektor (10c) gemäß
Besonders bevorzugt ist weiterhin die Dichtung (
Der in
Sensorwerte der Sensoren (
Bei dem Kraftstoffinjektor (
Der Kraftstoffinjektor (
Durch die Schaltvorrichtung (
Das Ablaufschema zum Umschalten kann beliebig gewählt sein. Bevorzugt sieht das Ablaufschema vor, dass ein erstes Umschalten in Abhängigkeit von einem Stromimpuls zum Betätigen des Ventilaktuators (
Das Ablaufschema kann vorsehen, dass ein zweites Umschalten, insbesondere das Rückumschalten, nach einer (weiteren) Zeitregel erfolgt, insbesondere nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls, das mit dem ersten Umschalten beginnt.The flowchart may provide that a second switching, in particular the switching back, takes place after a (further) time rule, in particular after a predetermined time interval has elapsed, which begins with the first switching.
In dem Beispiel von
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können alle zu den Ausführungsbeispielen gezeigten, beschriebenen, beanspruchten oder in sonstiger Weise offenbarten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.Modifications of the invention are possible in various ways. In particular, all features shown, described, claimed or disclosed in any other way can be combined with one another in any desired manner.
Der Controller (
Es kann vorteilhaft sein, einen Kraftstoffinjektor (
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kraftstoffinjektor mit sechs LeitungenFuel injector with six lines
- 10a-10a-
- Kraftstoffinjektor in vier AusführungsvariantenFuel injector in four variants
- 10d10d
- gemäß der vorliegenden Offenbarungaccording to the present disclosure
- 1111
- Injektorabschnittinjector section
- 1212
- Ventilaktuatorvalve actuator
- 1313
- VentilValve
- 1414
- KraftstoffpassageFuel passage
- 1515
- Injektionsöffnunginjection port
- 1616
- Sensoriksensors
- 1717
- Erster Sensor / Druck-SensorFirst sensor / pressure sensor
- 1818
- Zweiter Sensor / Temp-SensorSecond sensor / Temp sensor
- 1919
- Steckverbindungconnector
- 2020
- Steuerungsabschnittcontrol section
- 2121
- Controllercontroller
- 2222
- SpeicherStorage
- 2323
- Signaltransformatorsignal transformer
- 3030
- Energiespeicherenergy storage
- 3131
- Ladevorrichtungloader
- 3232
- Regulatorregulator
- 4040
- Schaltvorrichtungswitching device
- 5050
- Elektronische Steuereinheit / ECUElectronic control unit / ECU
- 5151
- Elektrische Treibereinheit / EDUElectric driver unit / EDU
- 5252
- Auswerteeinheitevaluation
- 6060
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 6161
- Motorgehäusemotor housing
- 6262
- Brennkammercombustion chamber
- 6363
- Dichtungpoetry
- IS+IS +
- Phasen-Leitung für Versorgungsenergie des Steuerungsabschnitts / der SensorikPhase line for supply energy of the control section / sensor system
- IS+‘IS + '
- Von Energiespeicher bereitgestelltes (internes) VersorgungspotentialEnergy storage provided (internal) supply potential
- IS-IS
- Masse-Leitung für Versorgungsenergie des Steuerungsabschnitts / der SensorikGround line for supply energy of the control section / sensor system
- IV+IV +
- Phasen-Leitung für Versorgungsenergie des VentilaktuatorsPhase line for supply power of the valve actuator
- IV-IV-
- Masse-Leitung für Versorgungsenergie des VentilaktuatorsGround pipe for supply power of the valve actuator
- S1S1
- Leitung für erstes Signal - bspw. DruckLine for first signal - eg pressure
- S1'S1 '
- Leitung für kombiniertes ÜbertragungssignalLine for combined transmission signal
- S1"S1 "
- Leitung für kombiniertes Übertragungssignal und Massekontakt-AbfrageLine for combined transmission signal and ground contact query
- S2S2
- Leitung für zweites Signal / Bus-Kommunikation - bspw. Temp / LINLine for second signal / bus communication - eg Temp / LIN
- IGIG
- Massekontakt am MotorgehäuseGround contact on the motor housing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |