DE102016200871A1 - Method for determining a pressure in a high-pressure accumulator of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drucks (P) in einem Hochdruckspeicher (161) einer Brennkraftmaschine (100), aus dem Kraftstoff über einen Magnetventilinjektor (200) einem Brennraum (103) der Brennkraftmaschine (100) zuführbar ist, wobei unter Berücksichtigung eines Stromverlaufs in einer Spule des Magnetventilinjektors (200) während einer Bestromung der Spule der Druck in dem Hochdruckspeicher (161) ermittelt wird.The invention relates to a method for determining a pressure (P) in a high pressure accumulator (161) of an internal combustion engine (100) from which fuel via a solenoid valve injector (200) a combustion chamber (103) of the internal combustion engine (100) can be supplied, taking into account a Current flow in a coil of the solenoid valve injector (200) during energization of the coil, the pressure in the high-pressure accumulator (161) is determined.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drucks in einem Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining a pressure in a high-pressure accumulator of an internal combustion engine and to a computing unit and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen können einen Hochdruckspeicher, ein sog. Common-Rail, aufweisen, in dem Kraftstoff auf einen hohen Druck, bspw. bis zu 3.000 bar, gebracht wird. Aus diesem Hochdruckspeicher kann der Kraftstoff dann über einzelne Kraftstoffinjektoren, die an den Hochdruckspeicher angebunden sind, direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden.Internal combustion engines in motor vehicles can have a high-pressure accumulator, a so-called common rail, in which fuel is brought to a high pressure, for example up to 3,000 bar. From this high-pressure accumulator, the fuel can then be introduced via individual fuel injectors, which are connected to the high-pressure accumulator, directly into combustion chambers of the internal combustion engine.

Als Kraftstoffinjektoren können bspw. Magnetventilinjektoren verwendet werden, bei denen eine Ventilnadel zur Freigabe einer Einspritzöffnung durch Ansteuerung bzw. Bestromung einer Spule bzw. eines Elektromagneten bewegt werden kann.Magnetic injectors can be used as fuel injectors, for example, in which a valve needle for releasing an injection opening can be moved by activating or energizing a coil or an electromagnet.

Aus der DE 10 2010 041 109 A1 und der DE 10 2013 212 138 A1 sind bspw. sog. direktschaltende Magnetventilinjektoren bekannt. Hierbei wird die Ventilnadel direkt mittels eines Ankers bewegt, der Teil eines elektromagnetischen Aktors ist und durch Bestromung der Spule bewegt wird.From the DE 10 2010 041 109 A1 and the DE 10 2013 212 138 A1 For example, so-called direct-acting solenoid valve injectors are known. In this case, the valve needle is moved directly by means of an armature, which is part of an electromagnetic actuator and is moved by energizing the coil.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Drucks in einem Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for determining a pressure in a high-pressure accumulator of an internal combustion engine as well as an arithmetic unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln eines Drucks in einem Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine, aus dem Kraftstoff über einen Magnetventilinjektor einem Brennraum der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Hierbei wird unter Berücksichtigung eines Stromverlaufs in einer Spule des Magnetventilinjektors während einer Bestromung der Spule der Druck in dem Hochdruckspeicher ermittelt.An inventive method is used to determine a pressure in a high-pressure accumulator of an internal combustion engine from which fuel via a solenoid valve injector to a combustion chamber of the internal combustion engine can be fed. In this case, taking into account a current profile in a coil of the solenoid valve injector during energization of the coil, the pressure in the high-pressure accumulator is determined.

Das vorgeschlagene Verfahren macht sich dabei zunutze, dass ein Luftspalt in einem elektromagnetischen Aktor des Magnetventils, also zwischen einem Anker und einem die Spule enthaltenden Elektromagneten, in einem geschlossenen Zustand des Magnetventils von dem Druck in dem Hochdruckspeicher, der auch in dem Magnetventilinjektor anliegt, abhängt. Der Grund hierfür sind Längenänderungen verschiedener Komponenten des Magnetventilinjektors. Besonders groß sind solche Längenänderungen bei der Ventilnadel, die unter hohem Druck gestaucht wird, sofern sie nicht druckausgeglichen ist, und bei dem Gehäuse des Magnetventilinjektors, das unter hohem Druck gedehnt wird. Insofern ist die Veränderung des Luftspaltes in Abhängigkeit von dem Druck im Hochdruckspeicher bei direktschaltenden Magnetventilen besonders groß, da dort der Anker direkt mit der Ventilnadel in Verbindung steht.The proposed method makes use of the fact that an air gap in an electromagnetic actuator of the solenoid valve, ie between an armature and a solenoid containing the coil, in a closed state of the solenoid valve on the pressure in the high-pressure accumulator, which also rests in the solenoid valve , The reason for this are length changes of various components of the solenoid valve injector. Particularly large are such changes in length of the valve needle, which is compressed under high pressure, if it is not pressure balanced, and the housing of the solenoid valve injector, which is stretched under high pressure. In this respect, the change in the air gap in response to the pressure in the high-pressure accumulator direct-switching solenoid valves is particularly large because there the armature is directly connected to the valve needle.

Der erwähnte Luftspalt hat nun wiederum einen Einfluss auf die Induktivität der Spule des Magnetventilinjektors und damit auf die zeitliche Änderung des Stromes in der Spule bei Anlegen einer Spannung an die Spule. Je geringer der Luftspalt ist, desto höher ist die Induktivität der Spule und desto langsamer steigt der Strom in der Spule an. Entsprechend steigt der Strom umso schneller an, je größer der Luftspalt ist. Auf diese Weise kann also einfach durch geeignete Bestromung eines ohnehin vorhandenen Magnetventilinjektors der Druck in dem Hochdruckspeicher ermittelt werden. Dies kann bspw. durch Vergleich mit Vergleichswerten, die bspw. im Rahmen von Testmessungen ermittelt werden, erfolgen.The mentioned air gap now in turn has an influence on the inductance of the coil of the solenoid valve injector and thus on the temporal change of the current in the coil when a voltage is applied to the coil. The smaller the air gap, the higher the inductance of the coil and the slower the current in the coil increases. Accordingly, the larger the air gap, the faster the current increases. In this way, therefore, the pressure in the high-pressure accumulator can be determined simply by suitable energization of an already existing solenoid valve injector. This can be done, for example, by comparison with comparison values, which are determined, for example, in the course of test measurements.

Einen weiteren Einfluss auf die Abhängigkeit des Stromverlaufs vom Druck bzw. vom Luftspalt haben auch die magnetischen Eigenschaften der für den Magnetventilinjektor verwendeten Komponenten. So führt bspw. die Verwendung von weichmagnetischem Verbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit zu einem möglichst wirbelstromfreien Magnetkreis, wodurch bereits eine geringe Änderung des Luftspaltes eine deutliche Änderung der magnetischen Eigenschaften und damit des Stromverlaufs zur Folge hat. Die elektrische Leitfähigkeit weichmagnetischer Verbundwerkstoffe wie z.B. Somaloy liegt üblicherweise bei ca. 2,3·103 S/m, während die elektrische Leitfähigkeit eines üblichen Werkstoffs wie z.B. Böhler P800, drei Größenordnungen höher, d.h. ca. bei 2,5·106 S/m liegt.Another influence on the dependence of the current profile on the pressure or the air gap is the magnetic properties of the components used for the solenoid valve injector. Thus, for example, the use of soft magnetic composite material with low electrical conductivity leads to a possible eddy current-free magnetic circuit, whereby even a small change in the air gap has a significant change in the magnetic properties and thus the current profile result. The electrical conductivity of soft magnetic composites such as Somaloy is usually about 2.3 · 10 3 S / m, while the electrical conductivity of a conventional material such as Böhler P800, three orders of magnitude higher, ie about 2.5 · 10 6 S. / m is located.

Vorzugsweise wird die Bestromung derart vorgenommen, dass der Magnetventilinjektor nicht öffnet. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Bestromung nur durchgeführt wird, solange ein Grenzwert, bei dem genügend Magnetkraft aufgebaut wäre, um die Ventilnadel zu öffnen, nicht erreicht bzw. überschritten wird. Auf diese Weise kann die Ermittlung des Drucks unabhängig von einer Einspritzung von Kraftstoff vorgenommen werden.Preferably, the energization is made such that the solenoid valve injector does not open. This can be achieved, for example, in that the energization is only carried out as long as a limit value at which sufficient magnetic force is built up to open the valve needle is not reached or exceeded. In this way, the determination of the pressure can be made independently of an injection of fuel.

Vorteilhafterweise wird der Druck in dem Hochdruckspeicher unter Berücksichtigung eines zeitlichen Gradienten des Stroms bei der Bestromung ermittelt. Wie bereits erwähnt, hat der Druck im Hochdruckspeicher über den Luftspalt im elektromagnetischen Aktor des Magnetventils Einfluss auf den Anstieg des Stroms und damit auf den zeitlichen Gradienten des Stroms. Insofern lässt sich auf diese Weise sehr einfach der Druck ermitteln.Advantageously, the pressure in the high pressure accumulator is determined taking into account a temporal gradient of the current during the energization. As already mentioned, the pressure in the high pressure accumulator over the air gap in the electromagnetic actuator of the solenoid valve influence on the increase of the current and thus on the temporal gradient of the current. In this respect, it is very easy to determine the pressure in this way.

Es ist von Vorteil, wenn der Druck in dem Hochdruckspeicher unter Berücksichtigung einer Zeitdauer ermittelt wird, die nötig ist, bis der Strom bei der Bestromung ein oder mehrmals einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Hierzu kann bspw. eine bestimmte Spannung, vorzugsweise die Spannung des Boostkondensators, da diese konstanter als die Batteriespannung ist, an die Spule angelegt werden, bis der Strom, bspw. ausgehend von Null oder einem weiteren vorbestimmten Wert, den vorbestimmten Wert erreicht hat. Anschließend kann die Spannung umgepolt werden, bis der Strom wieder bei Null bzw. dem weiteren vorbestimmten Wert liegt. Durch Wiederholung dieses Vorgehens summieren sich zeitliche Effekte auf, sodass die Größe des Luftspalts bzw. des Drucks im Hochdruckspeicher einfacher ermittelt bzw. zugeordnet werden kann.It is advantageous if the pressure in the high-pressure accumulator is determined taking into account a time duration which is necessary until the current has reached a predetermined value one or more times during the energization. For this purpose, for example, a certain voltage, preferably the voltage of the boost capacitor, since it is more constant than the battery voltage, are applied to the coil until the current, for example, starting from zero or another predetermined value, has reached the predetermined value. Subsequently, the voltage can be reversed until the current is again at zero or the other predetermined value. By repeating this procedure, temporal effects accumulate, so that the size of the air gap or the pressure in the high-pressure accumulator can be more easily determined or assigned.

Vorzugsweise wird als Magnetventilinjektor ein direktschaltender Magnetventilinjektor verwendet. Wie bereits erwähnt, ist die Veränderung des Luftspaltes in Abhängigkeit von dem Druck im Hochdruckspeicher bei direktschaltenden Magnetventilen besonders groß, da dort der Anker direkt mit der Ventilnadel in Verbindung steht. Daher ist bei dieser Art von Magnetventilinjektoren die Ermittlung des Drucks unter Berücksichtigung des Stromverlaufs in der Spule besonders gut und genau möglich.Preferably, a direct-acting solenoid valve injector is used as the solenoid valve injector. As already mentioned, the change in the air gap as a function of the pressure in the high-pressure accumulator with direct-switching solenoid valves is particularly large, since there the armature is directly connected to the valve needle. Therefore, in this type of solenoid injectors, the determination of the pressure taking into account the current flow in the coil is particularly good and accurate.

Vorteilhafterweise wird der ermittelte Druck zur Überprüfung eines nicht unter Berücksichtigung des Stromverlaufs in der Spule, insbesondere mittels eines Drucksensors, ermittelten Drucks in dem Hochdruckspeichers verwendet. Auf diese Weise können Fehler bei einer anderen Methode zur Druckermittlung bspw. erkannt bzw. ausgeschlossen werden. Dies ist bspw. im Hinblick auf OBD-Anforderungen, d.h. Anforderungen zur On-Board-Diagnose, zweckmäßig, da dort eine Überprüfung bzw. Plausibilisierung des Drucksensors für den Hochdruckspeicher gefordert wird.Advantageously, the determined pressure is used for checking a pressure in the high-pressure accumulator which is not determined taking into account the current characteristic in the coil, in particular by means of a pressure sensor. In this way, errors in another method for pressure determination, for example. Detected or excluded. This is, for example, in view of OBD requirements, i. Requirements for on-board diagnostics, expedient, since there a review or plausibility of the pressure sensor for the high-pressure accumulator is required.

Es ist von Vorteil, wenn eine Kalibrierung des Magnetventilinjektors bei drucklosem Magnetventilinjektor vorgenommen wird. Hierbei kann bspw. ermittelt werden, wie der Stromverlauf bzw. eine Zeitdauer bis zum Erreichen des vorbestimmten Wertes bei Druck Null ist. Basierend darauf kann dann der Druck bei von Null verschiedenen Werten ermittelt werden. Auf diese Weise können etwaige Fertigungstoleranzen bei verschiedenen Magnetventilinjektoren berücksichtigt werden.It is advantageous if a calibration of the solenoid valve injector is made with a non-pressurized solenoid valve injector. In this case, it can be determined, for example, how the current profile or a time until reaching the predetermined value at pressure is zero. Based on this, the pressure can then be determined at values other than zero. In this way, any manufacturing tolerances can be considered in different solenoid injectors.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Hochdruckspeicher, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. 1 schematically shows an internal combustion engine with high-pressure accumulator, which can be used for a method according to the invention.

2 zeigt schematisch einen Magnetventilinjektor einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. 2 shows schematically a solenoid valve injector of an internal combustion engine, which can be used for a method according to the invention.

3a bis 3c zeigen Verläufe von Spannung, Strom und Magnetkraft bei Bestromung eines Magnetventilinjektors bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform für verschiedene Drücke im Hochdruckspeicher. 3a to 3c show curves of voltage, current and magnetic force when energized a solenoid valve injector when performing a method according to the invention in a preferred embodiment for different pressures in the high-pressure accumulator.

4 zeigt einen Zusammenhang zwischen einer Zeitdauer bis zum mehrmaligen Erreichen eines Stromwertes und einem Luftspalt bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils. 4 shows a relationship between a time until repeated achievement of a current value and an air gap in an electromagnetic actuator of a solenoid valve.

5 zeigt einen Zusammenhang zwischen einem Luftspalt bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils und einem Druck in einem Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine. 5 shows a relationship between an air gap in an electromagnetic actuator of a solenoid valve and a pressure in a high-pressure accumulator of an internal combustion engine.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.In 1 is schematic and simplifies an internal combustion engine 100 which can be used for a method according to the invention. By way of example, the internal combustion engine 100 four combustion chambers 103 and a suction tube 106 on, which to each of the combustion chambers 103 connected.

Jedem Brennraum 103 ist ein Magnetventilinjektor 200 zur Einbringung von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum 103 zugeordnet. Die Magnetventilinjektoren 200 sind mit einer Hochdruckleitung 162 an einen Hochdruckspeicher 161, ein sog. Rail oder Common-Rail, angebunden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Hochdruckleitung 162 zu einem der Magnetventilinjektoren 200 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass jeder der Magnetventilinjektoren 200 an eine Hochdruckleitung angebunden ist.Every combustion chamber 103 is a solenoid valve injector 200 for introducing fuel into the respective combustion chamber 103 assigned. The solenoid valve injectors 200 are with a high pressure line 162 to a high-pressure accumulator 161 , a so-called rail or common rail, connected. For the sake of clarity, only one high pressure line 162 to one of the solenoid valve injectors 200 However, it is understood that each of the solenoid valve injectors 200 is connected to a high pressure line.

Der Hochdruckspeicher 161 wiederum wird über eine Hochdruckpumpe 160 mit Kraftstoff versorgt. Die Hochdruckpumpe 160 wird dabei in der Regel von der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Magnetventilinjektoren 200, die Hochdruckleitungen 162, der Hochdruckspeicher 161 sowie die Hochdruckpumpe 160 sind dabei Teil eines Hochdrucksystems 165 der Brennkraftmaschine 100. The high-pressure accumulator 161 in turn, will be via a high pressure pump 160 fueled. The high pressure pump 160 is usually driven by the internal combustion engine. The solenoid valve injectors 200 , the high pressure lines 162 , the high pressure store 161 as well as the high pressure pump 160 are part of a high-pressure system 165 the internal combustion engine 100 ,

Weiterhin ist ein Drucksensor 164 am Hochdruckspeicher 162 vorgesehen, mit dem ein Druck im Hochdruckspeicher ermittelt werden kann. Weiterhin ist eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 115 vorgesehen, mit der sowohl die Magnetventilinjektoren 200 angesteuert als auch der Drucksensor 164 ausgelesen werden können.Furthermore, a pressure sensor 164 at the high-pressure accumulator 162 provided, with which a pressure in the high-pressure accumulator can be determined. Furthermore, a computer designed as a control unit 115 provided with both the solenoid valve injectors 200 controlled as well as the pressure sensor 164 can be read out.

In 2 ist schematisch ein Magnetventilinjektor 200 einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann, detaillierter als in 1 dargestellt. Der Magnetventilinjektor 200 ist hier als direktschaltender Magnetventilinjektor ausgebildet.In 2 is schematically a solenoid valve injector 200 an internal combustion engine, which can be used for a method according to the invention, in more detail than in 1 shown. The solenoid valve injector 200 is designed here as a direct-switching solenoid valve injector.

Der Magnetventilinjektor 200 weist ein Gehäuse 211 auf. Am unteren, d.h. dem im Brennraum angeordneten, Ende weist das Gehäuse 211 wenigstens eine, in der Regel jedoch mehrere, Einspritzöffnungen 217 zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine auf.The solenoid valve injector 200 has a housing 211 on. At the bottom, that is arranged in the combustion chamber, the end has the housing 211 at least one, but usually several, injection openings 217 for introducing fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.

An der Innenwandung des unteren Endes des Gehäuses 211 ist eine Sitzfläche 218 ausgebildet, die mit einer entsprechenden Gegenfläche einer auf- und abbeweglich angeordneten Düsennadel 220 in der abgesenkten Position der Düsennadel 220 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 221 zusammenwirkt. Die stiftförmige Düsennadel 220 ist mit ihrer Längsachse 222 innerhalb des Gehäuses 211 aufgenommen.On the inner wall of the lower end of the housing 211 is a seat 218 formed, with a corresponding counter surface of a movable up and down nozzle needle 220 in the lowered position of the nozzle needle 220 under formation of a sealing seat 221 interacts. The pen-shaped nozzle needle 220 is with its longitudinal axis 222 inside the case 211 added.

Hierbei wird ein Hochdruckraum 224 ausgebildet, der über eine Versorgungsbohrung 225 und die Hochdruckleitung 162 mit dem Hochdruckspeicher 161, wie in 1 dargestellt, verbunden ist und dadurch mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt ist.This is a high pressure room 224 formed, which has a supply hole 225 and the high pressure line 162 with the high-pressure accumulator 161 , as in 1 represented, is connected and thereby filled with high-pressure fuel.

Die Düsennadel 220 weist in einem einen geringeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt des unteren Endes des Gehäuses 211 einen Führungsabschnitt 228 auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Gehäuses angepasst ist. Der Führungsabschnitt 228 weist eine Durchgangsbohrung 229 mit einer Zulaufdrossel 230 auf, die den Hochdruckraum 224 mit einem Speichervolumen 231 verbindet, über das wiederum bei angehobener Düsennadel 220 der Kraftstoff über die Einspritzöffnung 217 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird.The nozzle needle 220 has in a smaller diameter portion of the lower end of the housing 211 a guide section 228 on, whose outer diameter is adapted to the inner diameter of the housing. The guide section 228 has a through hole 229 with an inlet throttle 230 on top of the high pressure room 224 with a storage volume 231 connects, in turn, with raised nozzle needle 220 the fuel over the injection port 217 is discharged into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Innerhalb des Hochdruckraums 224 weist die Düsennadel 220 optional eine ringförmige Verdickung 232 auf, die mit einem die Verdickung 232 radial zumindest bereichsweise umfassenden Ring 233 derart zusammenwirkt, dass zwischen dem Außenumfang der Verdickung 232 und dem Innendurchmesser des Rings 233 ein Quetschspalt 234 ausgebildet ist, so dass die Verdickung 232 und der Ring 233 eine hydraulisch wirkende Dämpfungseinrichtung 235 zur Dämpfung der Bewegung der Düsennadel 220 ausbilden.Inside the high pressure room 224 has the nozzle needle 220 optionally an annular thickening 232 on top of that with a thickening 232 radially at least partially comprehensive ring 233 cooperates such that between the outer circumference of the thickening 232 and the inner diameter of the ring 233 a nip 234 is formed, so that the thickening 232 and the ring 233 a hydraulic damping device 235 for damping the movement of the nozzle needle 220 form.

Das Gehäuse 211 weist weiterhin an einem platten- bzw. ringförmigen Führungsabschnitt 246 eine Durchgangsbohrung 236 für die Düsennadel 220 auf. Die Durchgangsbohrung 236 wirkt als ein Dichtelement 237 für den Hochdruckraum 224, und zwar derart, dass über die Durchgangsbohrung 236 möglichst wenig Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 224 in Richtung des oberen Bereichs des Gehäuses 211 strömt. Gleichzeitig wirkt die Durchgangsbohrung 236 als Radialführung für die Düsennadel 220, so dass diese zusätzlich zum Führungsabschnitt 228 über die Durchgangsbohrung 236 radial geführt ist.The housing 211 also has a plate or annular guide section 246 a through hole 236 for the nozzle needle 220 on. The through hole 236 acts as a sealing element 237 for the high pressure room 224 in such a way that over the through hole 236 as little fuel from the high-pressure chamber 224 towards the top of the case 211 flows. At the same time the through hole acts 236 as a radial guide for the nozzle needle 220 so that these in addition to the guide section 228 over the through hole 236 is guided radially.

Axial beabstandet zur Durchgangsbohrung 236 ist innerhalb des oberen Bereichs des Gehäuses 211 ein weiteres, im Ausführungsbeispiel platten- bzw. ringförmiges Dichtelement 238 angeordnet. Das zweite Dichtelement 238 weist eine Durchgangsbohrung 239 auf, die die Düsennadel 220 mit radialem Abstand umgibt. Innerhalb der Durchgangsbohrung 239 ist eine Dichtung 240 angeordnet, die in Anlagekontakt mit dem Umfang der Düsennadel 220 angeordnet ist.Axially spaced from the through hole 236 is within the upper area of the housing 211 another, in the embodiment plate-shaped or annular sealing element 238 arranged. The second sealing element 238 has a through hole 239 on, the nozzle needle 220 surrounds with radial distance. Inside the through hole 239 is a seal 240 arranged in abutting contact with the circumference of the nozzle needle 220 is arranged.

Der ringförmige Zwischenraum 242 zwischen der Durchgangsbohrung 236 und dem weiteren Dichtelement 238 kann über eine beispielhaft innerhalb des oberen Endes des Gehäuses 211 verlaufende Entlastungsbohrung 243 mit einem Kraftstoffrücklauf 244 verbunden sein, der wiederum in einen Rücklaufbehälter 245 mündet. Dadurch wird über die Durchgangsbohrung 236 aus dem Hochdruckraum 224 in den Zwischenraum 242 überströmender Kraftstoff aus dem Gehäuse 211 abgeführt, und zwar derart, dass innerhalb des Zwischenraums 242 im Wesentlichen kein (gegenüber der Umgebung) erhöhter hydraulischer Druck herrscht.The annular space 242 between the through-hole 236 and the further sealing element 238 can be an example within the upper end of the housing 211 running relief hole 243 with a fuel return 244 be connected, in turn, in a return tank 245 empties. This is about the Through Hole 236 from the high pressure room 224 in the gap 242 overflowing fuel from the housing 211 dissipated, in such a way that within the space 242 essentially no (compared to the environment) increased hydraulic pressure prevails.

Innerhalb des Gehäuses 211 ist ein Aufnahmeraum 248 für einen elektromagnetischen Aktor 250 ausgebildet. Der elektromagnetische Aktor 250 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen mit einem Endbereich der Düsennadel 220 verbundenen plattenförmigen Anker 252 auf, der vorzugsweise aus magnetischem Material besteht. Der Anker 252 wirkt mit einem im Aufnahmeraum 248 angeordneten Elektromagneten 253 mit Magnetkern (vorzugsweise aus Weicheisen bestehend) zusammen, in den eine Spule 254 eingebracht ist.Inside the case 211 is a recording room 248 for an electromagnetic actuator 250 educated. The electromagnetic actuator 250 has in the illustrated embodiment one with an end portion of the nozzle needle 220 connected plate-shaped anchor 252 on, which preferably consists of magnetic material. The anchor 252 works with one in the recording room 248 arranged electromagnet 253 with magnetic core (preferably made of soft iron), in which a coil 254 is introduced.

Die Spule 254 ist an eine Spannungsquelle, die eine Spannung U bereitstellen kann, angebunden, so dass in der Spule 254 ein Strom I fließen kann, sofern die Spule 254 bestromt wird. Die Spannungsquelle bzw. die Spannung U kann dabei bspw. durch das Steuergerät 115 bereitgestellt werden.The sink 254 is connected to a voltage source, which can provide a voltage U, connected, so that in the coil 254 a current I can flow, provided the coil 254 is energized. The voltage source or the voltage U can, for example, by the control unit 115 to be provided.

Der Anker 252 ist nun, wenn die Ventilnadel 220 den Ventilsitz verschließt, einen bestimmten Abstand von dem Elektromagneten 253 entfernt, der hier mit ∆L bezeichnet ist. Dieser Abstand wird auch als Luftspalt oder Anfangsluftspalt bezeichnet.The anchor 252 is now when the valve needle 220 closes the valve seat, a certain distance from the electromagnet 253 removed, which is denoted here by ΔL. This distance is also referred to as air gap or initial air gap.

Der Magnetkern 253 weist eine Aufnahme bzw. Durchgangsbohrung 255 auf, in der eine Feder 257 angeordnet ist, deren eine Stirnseite sich gegen das Gehäuse 211 abstützt, und deren andere Stirnseite mit der ihr zugewandten Stirnseite der Düsennadel 220 zusammenwirkt. Der Aufnahmeraum 248 ist über eine Entlüftungsbohrung 258, die innerhalb des Gehäuses 211 angeordnet ist, mit der Umgebung verbunden, so dass der Aufnahmeraum 248 mit (Umgebungs-)Luft geflutet ist.The magnetic core 253 has a receptacle or through hole 255 on, in which a spring 257 is arranged, whose one end face against the housing 211 supported, and the other end face with the facing end face of the nozzle needle 220 interacts. The recording room 248 is via a vent hole 258 inside the case 211 is arranged, connected to the environment, leaving the recording room 248 flooded with (ambient) air.

Die Funktion des Magnetventilinjektors 200 soll im Folgenden kurz erläutert werden. Der Hochdruckraum 224 ist über den Hochdruckspeicher mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt. In der in der Figur dargestellten abgesenkten Stellung der Düsennadel 220 wird diese von der Schließfeder 257 gegen die Sitzfläche 218 unter Bildung des Dichtsitzes 221 gedrückt, so dass die Einspritzöffnungen 217 verschlossen sind.The function of the solenoid valve injector 200 will be briefly explained below. The high pressure room 224 is filled via the high-pressure accumulator with fuel under high pressure. In the illustrated in the figure lowered position of the nozzle needle 220 this is done by the closing spring 257 against the seat 218 forming the sealing seat 221 pressed so that the injection openings 217 are closed.

Die Spule 254 ist zunächst unbestromt. Zum Einspritzen von Kraftstoff wird die Spule 254 bestromt, so dass der Anker 252, der mit der Düsennadel 220 starr verbunden ist, entgegen der Schließkraft der Feder 257 von der Sitzfläche 218 abhebt, so dass die Einspritzöffnungen 217 freigegeben werden. Dabei wird die Bewegung der Düsennadel 220 über die Dämpfungseinrichtung 235 gedämpft. Zum Verschließen der Einspritzöffnungen 217 wird die Spule 254 wieder von der Spannungsquelle abgekoppelt, so dass die Düsennadel 220, verursacht durch die Federkraft der Feder 257, unter Bildung des Dichtsitzes 221 wieder an der Sitzfläche 218 anliegt. Auch diese Bewegung wird ggf. durch die Dämpfungseinrichtung 235 beeinflusst bzw. gedämpft.The sink 254 is initially energized. The coil is used to inject fuel 254 energized, leaving the anchor 252 with the nozzle needle 220 is rigidly connected, against the closing force of the spring 257 from the seat 218 lifts off, leaving the injection openings 217 be released. In doing so, the movement of the nozzle needle becomes 220 over the damping device 235 attenuated. For closing the injection openings 217 becomes the coil 254 disconnected again from the voltage source, so that the nozzle needle 220 , caused by the spring force of the spring 257 , forming the sealing seat 221 again on the seat 218 is applied. This movement is possibly by the damping device 235 influenced or damped.

In den 3a bis 3c sind schematisch Verläufe von Spannung U in V, Strom I in A und Magnetkraft F in N bei Bestromung einer Spule eines Magnetventilinjektors, wie er bspw. in 2 gezeigt ist, bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform für verschiedene Drücke im Hochdruckspeicher, jeweils gegen die Zeit t in ms, dargestellt.In the 3a to 3c are schematically curves of voltage U in V, current I in A and magnetic force F in N when energizing a coil of a solenoid valve injector, as he, for example, in 2 is shown when performing a method according to the invention in a preferred embodiment for different pressures in the high-pressure accumulator, in each case against the time t in ms.

In 3a ist die Spannung U gezeigt, die an die Spule angelegt wird. Die Spannung wird, sobald der Strom I in der Spule, ausgehend von 0 A einen vorbestimmten Wert von hier bspw. 5 A erreicht hat, wie in 3b zu sehen ist, umgepolt. Anschließend wird erneut umgepolt, sobald der der Strom I wieder auf 0 A abgesunken ist. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden.In 3a the voltage U is shown applied to the coil. The voltage is as soon as the current I in the coil, starting from 0 A has reached a predetermined value of here, for example, 5 A, as in 3b can be seen, reversed. Then it is reversed again as soon as the current I has dropped back to 0 A. This process can be repeated several times.

In 3c sind die zu dem Strom I in der Spule gehörigen Verläufe der Magnetkraft F, die der Elektromagnet, in den die Spule eingebracht ist, erreicht. Für die Spannung U, den Strom I sowie die Magnetkraft F sind dabei jeweils Verläufe Ui, Ii bzw. Fi mit i = 1, ..., 5 dargestellt, wobei die Indizes i für verschiedene Luftspalte ∆L stehen, nämlich 240 µm, 230µm, 220 µm, 210 µm und 200 µm für die Indizes 1, 2, 3, 4 bzw. 5.In 3c are the curves of the magnetic force F belonging to the current I in the coil, which are reached by the electromagnet into which the coil is inserted. For the voltage U, the current I and the magnetic force F are in each case curves U i , I i and F i with i = 1, ..., 5, where the indices i are for different air gaps .DELTA.L, namely 240th μm, 230 μm, 220 μm, 210 μm and 200 μm for the indices 1, 2, 3, 4 and 5, respectively.

In 3b ist zu sehen, dass die Stromverläufe sich je nach Größe des Luftspalts unterscheiden. Je kleiner der Luftspalt ist, desto länger ist die Zeitdauer, bis der bestimmte Wert des Stroms erreicht ist. Der Grund hierfür liegt, wie bereits erwähnt, in der höheren Induktivität der Spule, die durch den näherliegenden Anker erreicht wird.In 3b It can be seen that the current characteristics differ depending on the size of the air gap. The smaller the air gap, the longer the time until the specific value of the current is reached. The reason is, as already mentioned, in the higher inductance of the coil, which is achieved by the closer anchor.

In 4 ist ein Zusammenhang zwischen einer Zeitdauer ∆t bis zum mehrmaligen, hier fünfmaligen, Erreichen eines Stromwertes, hier 5A, und einem Luftspalt ∆L bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils dargestellt. Die Zeitdauer ∆t ist hierbei in ms angegeben, während der Luftspalt ∆L in mm angegeben ist. Hierbei ist zu sehen, dass die Zeitdauer ∆t umso höher ist, je kleiner der Luftspalt ∆L ist, wie sich dies auch aus der 3b ergibt.In 4 is a relationship between a period of time .DELTA.t to the repeated, here five times, reaching a current value, here 5A, and an air gap .DELTA.L in an electromagnetic actuator of a solenoid valve shown. The time duration Δt is given in ms, while the air gap ΔL is given in mm. It can be seen that the smaller the air gap .DELTA.L is the time duration .DELTA.t, as can be seen from the 3b results.

In 5 ist nun ein Zusammenhang zwischen einem Luftspalt ∆L bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils und einem Druck P in einem Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Druck P ist hierbei in bar angegeben, während der Luftspalt ∆L in mm angegeben ist.In 5 is now a relationship between an air gap .DELTA.L in an electromagnetic actuator of a solenoid valve and a pressure P in a high-pressure accumulator one Internal combustion engine shown. The pressure P is here indicated in bar, while the air gap .DELTA.L is given in mm.

Ein solcher Zusammenhang kann bspw. im Rahmen von Testmessungen ermittelt werden. Über den, wie bspw. anhand der 3a bis 3c sowie 4 erläuterten Abläufen, ermittelten Luftspalt ∆L kann damit sehr einfach auf den Druck P im Hochdruckspeicher geschlossen werden.Such a relationship can be determined, for example, within the framework of test measurements. About, how, for example, based on the 3a to 3c such as 4 explained processes, determined air gap .DELTA.L can thus be very easily closed to the pressure P in the high-pressure accumulator.

Zudem kann über den auf diese Weise ermittelten Druck P im Hochdruckspeicher der bspw. mittels des in 1 gezeigten Drucksensors ermittelte Druck überprüft werden. Dies kann bspw. im Rahmen einer sog. On-Board-Diagnose erfolgen.In addition, via the pressure P determined in this way in the high-pressure accumulator, for example, by means of the in 1 shown pressure sensor to be checked. This can be done, for example, in the context of a so-called on-board diagnosis.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010041109 A1 [0004] DE 102010041109 A1 [0004]
  • DE 102013212138 A1 [0004] DE 102013212138 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Ermitteln eines Drucks (P) in einem Hochdruckspeicher (161) einer Brennkraftmaschine (100), aus dem Kraftstoff über einen Magnetventilinjektor (200) einem Brennraum (103) der Brennkraftmaschine (100) zuführbar ist, wobei unter Berücksichtigung eines Stromverlaufs (Ii) in einer Spule (254) des Magnetventilinjektors (200) während einer Bestromung der Spule (254) der Druck (P) in dem Hochdruckspeicher (161) ermittelt wird.Method for determining a pressure (P) in a high-pressure accumulator ( 161 ) an internal combustion engine ( 100 ), from the fuel via a solenoid valve injector ( 200 ) a combustion chamber ( 103 ) of the internal combustion engine ( 100 ) can be supplied, taking into account a current profile (I i ) in a coil ( 254 ) of the solenoid valve injector ( 200 ) during energization of the coil ( 254 ) the pressure (P) in the high pressure accumulator ( 161 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestromung derart vorgenommen wird, dass der Magnetventilinjektor (200) nicht öffnet. The method of claim 1, wherein the energization is performed such that the solenoid valve injector ( 200 ) does not open. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Druck (P) in dem Hochdruckspeicher (161) unter Berücksichtigung eines zeitlichen Gradienten des Stroms (I) bei der Bestromung ermittelt wird.Method according to claim 1 or 2, wherein the pressure (P) in the high pressure accumulator ( 161 ) is determined taking into account a temporal gradient of the current (I) during the energization. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Druck (P) in dem Hochdruckspeicher (161) unter Berücksichtigung einer Zeitdauer (∆t) ermittelt wird, die nötig ist, bis der Strom (I) bei der Bestromung ein oder mehrmals einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Method according to one of the preceding claims, wherein the pressure (P) in the high pressure accumulator ( 161 ) is determined taking into account a time duration (Δt), which is necessary until the current (I) has reached a predetermined value one or more times during the energization. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Magnetventilinjektor (200) ein direktschaltender Magnetventilinjektor verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as a solenoid valve injector ( 200 ) a direct acting solenoid valve injector is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Druck (P) zur Überprüfung eines nicht unter Berücksichtigung des Stromverlaufs in der Spule (254), insbesondere mittels eines Drucksensors (164), ermittelten Drucks in dem Hochdruckspeichers (161) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the determined pressure (P) for checking a not taking into account the current flow in the coil ( 254 ), in particular by means of a pressure sensor ( 164 ), detected pressure in the high pressure accumulator ( 161 ) is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kalibrierung des Magnetventilinjektors (200) bei drucklosem Magnetventilinjektor (200) vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a calibration of the solenoid valve injector ( 200 ) with pressureless solenoid valve injector ( 200 ) is made. Recheneinheit (115), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit ( 115 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (115) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (115) ausgeführt wird. Computer program comprising a computing unit ( 115 ) to perform a method according to any one of claims 1 to 7, when it on the computing unit ( 115 ) is performed. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 9.
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