DE102017206366A1 - Method for operating a fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors. Hierin wird während einer Kraftstoffeinspritzung ein Haltestromniveau (Ih) des Kraftstoffinjektors auf ein Abfallniveau (Ia) verringert. Bei diesem fällt der Ankerhub (A) des Kraftstoffinjektors auf einen Sitzdrosselgrenzwert ab. The invention relates to a method for operating a fuel injector. Herein, during a fuel injection, a holding current level (I h ) of the fuel injector is reduced to a drop level (I a ). In this case, the armature stroke (A) of the fuel injector drops to a seat throttle limit.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben Kraftstoffinjektors. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Kraftstoffinjektors mittels des Verfahrens zu betreiben.The present invention relates to a method of operating a fuel injector. Furthermore, the present invention relates to a computer program which is set up to carry out each step of the method according to the invention and to a machine-readable storage medium on which the computer program according to the invention is stored. Finally, the invention relates to an electronic control device, which is set up to operate a fuel injector by means of the method.
Stand der TechnikState of the art
Für den Betrieb eines Kraftstoffinjektors für die Common-Rail-Direkteinspritzung muss bei der Ankerhubeinstellung ein gewisser Vorhalt berücksichtigt werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Ankerhub in kritischen Betriebssituationen, wie beispielsweise niedrigen Temperaturen oder einem Drucksprung nicht zu niedrig wird und eine Sitzdrosselung zuverlässig vermieden werden kann. Im Normalbetrieb wird der Kraftstoffinjektor folglich mit einem Haltestromniveau betrieben, dass einen für die Injektorfunktion unnötig hohen Ankerhub erzeugt. Dies kann zu verstärkten Verschleißerscheinungen führen, da diese mit zunehmenden Ankerhub zunehmen. Ursächlich dafür ist der mit hohem Ankerhub einhergehende niedrige Ventilraumdruck. Dies betrifft in erster Linie Haupteinspritzungen, weil bei kurzen Ansteuerdauern, wie sie bei Vor- und Nacheinspritzungen auftreten, der Ventilraumdruck nicht so stark abgesenkt wird und es deshalb auch kaum zu Schädigungen kommt.For the operation of a fuel injector for the common-rail direct injection, a certain allowance must be taken into account in the armature stroke adjustment. This ensures that the armature stroke in critical operating situations, such as low temperatures or a pressure jump is not too low and a seat throttling can be reliably prevented. In normal operation, the fuel injector is consequently operated at a holding current level which generates an unnecessarily high armature stroke for the injector function. This can lead to increased wear as they increase with increasing armature stroke. The reason for this is the low valve chamber pressure associated with a high armature stroke. This applies primarily to main injections, because with short activation periods, as they occur during pre- and post-injections, the valve-chamber pressure is not lowered so much and therefore hardly any damage occurs.
Ein Rückschluss auf den Ankerhub ist durch die Auswertung des Signals eines piezoelektrischen Nadelschließsensors (Needle Closing Sensor; NCS) möglich. An inference to the armature stroke is possible by evaluating the signal of a piezoelectric needle closing sensor (NCS).
Die Verwendung eines solchen piezoelektrischen Nadelschließsensors wird in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
In dem Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors wird während einer Kraftstoffeinspritzung ein Haltestromniveau des Kraftstoffinjektors auf ein Abfallniveau verringert. Dieses Abfallniveau wird so gewählt, dass ein Ankerhub des Kraftstoffinjektors auf einen Sitzdrosselgrenzwert sinkt. Dies ermöglicht eine Verringerung des effektiven Ankerhubs auf das für die Injektorfunktion gerade noch zulässige Ankerhubniveau. Diese Verringerung führt zu einer effektiven Erhöhung eines Ventilraumdruckes des Kraftstoffinjektors und somit zu einer Verringerung des Verschleißes. Bei dem Kraftstoffinjektor handelt es sich insbesondere um einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor für die Kraftstoffdirekteinspritzung.In the method of operating a fuel injector, a hold current level of the fuel injector is reduced to a drop level during fuel injection. This drop level is selected so that an armature stroke of the fuel injector drops to a seat throttle limit. This makes it possible to reduce the effective armature lift to the armature lift level which is still permissible for the injector function. This reduction leads to an effective increase of a valve space pressure of the fuel injector and thus to a reduction of the wear. In particular, the fuel injector is a common rail fuel injector for direct fuel injection.
In einer Ausführungsform ist es bevorzugt, dass eine Ansteuerdauer des Kraftstoffinjektors so verlängert wird, dass eine Ventilöffnungsdauer des Kraftstoffinjektors gegenüber einem Betrieb nur mit dem Haltestromniveau und der ursprünglichen Ansteuerdauer unverändert bleibt. Eine auf Grund des verringerten Ankerhubes im Moment der Stromabschaltung des Haltestroms verringerte Ventilschließdauer wird also durch eine Anpassung der Ansteuerdauer kompensiert, um die Ventilöffnungsdauer konstant zu halten. Hierfür kann insbesondere die Regelfunktion VCC (Variable Compression Control) eingesetzt werden.In one embodiment, it is preferable that a drive duration of the fuel injector be extended so that a valve opening duration of the fuel injector remains unchanged from operation with only the holding current level and the original drive duration. A reduced valve closing time due to the reduced armature stroke at the moment of the current cut-off of the holding current is thus compensated by an adaptation of the activation duration in order to keep the valve opening duration constant. In particular, the control function VCC (Variable Compression Control) can be used for this purpose.
In einer anderen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das Haltestromniveau während der Kraftstoffeinspritzung wieder auf seinen Ausgangswert erhöht wird. Hierdurch wird der Anker vor dem Schließen wieder an den Hubanschlag gezogen. Auch hierbei wird das Niveau des Abfallstroms so gewählt, dass der Anker gerade so nie die Sitzdrosselgrenze unterschreitet. Das sichere Erreichen des Hubanschlags kann insbesondere durch Überwachung der Ventilschließdauer mittels VCC oder mittels des Signals eines piezoelektrischen Nadelschließsensors sichergestellt werden, wie dies in der
Neben der Höhe des Stromniveaus kann auch ein Zeitraum bis zur einer Umschaltung vom Haltestrom auf den Abfallstrom eingestellt werden, um zu erreichen, dass der Ankerhub genau auf den Sitzdrosselgrenzwert abfällt. Sollte eine freie Wahl des Haltestromniveaus nicht möglich sein, kann ein Abfallen des Ankers über den Zeitpunkt der Stromumschaltung vom Haltestrom auf den Abfallstrom eingestellt werden. Dies kann beispielsweise dann notwendig werden, wenn in einem Steuergerät, welches den Kraftstoffinjektor steuert, nur eine begrenzte Anzahl feste Stromniveaus umsetzbar sind.In addition to the level of the current level, a period until a switchover from the holding current to the waste stream can be set in order to achieve that the armature stroke drops to exactly the seat throttle limit value. Should a free choice of the holding current level not be possible, a drop of the armature over the time of the current switching from the holding current to the waste stream can be set. This may be necessary, for example, if only a limited number of fixed current levels can be implemented in a control unit which controls the fuel injector.
Unter dem Niveau des Abfallstroms wird ein zeitlich gemitteltes Stromniveau verstanden. Dies kann nicht nur durch eine konstante Bestromung, sondern beispielsweise auch durch eine gepulste Bestromung realisiert werden.The level of the waste stream is understood to mean a time-averaged current level. This can be realized not only by a constant current, but also for example by a pulsed current.
Die Kraftstoffeinspritzung ist vorzugsweise eine Kraftstoffhaupteinspritzung. Hier kann durch das Verfahren eine deutliche Verringerung des Verschleißes erreicht werden, während das Verfahren bei Vor- und Nacheinspritzungen keine wesentliche Verringerung des Verschleißes ermöglicht.The fuel injection is preferably a main fuel injection. Here, a significant reduction of the wear can be achieved by the method, while the method is based on and post-injections does not significantly reduce wear.
Grundsätzlich kann der Ankerhub durch die Auswertung des Signals eines piezoelektrischen Nadelschließsensors gemäß der
Der Gesamtsignalabfall kann insbesondere als Differenz zwischen einem elektrischen Signal des Nadelschließsensors bei geschlossenem Schaltventil und einem lokalen Minimum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil ermittelt werden. Das elektrische Signal des Nadelschließsensors bei geschlossenem Schaltventil beträgt idealerweise null. Durch Kompression des piezoelektrischen Elements des Nadelschließsensors beim Öffnen des Schaltventils wird ein negatives elektrisches Signal erzeugt.The total signal drop can be determined, in particular, as the difference between an electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is closed and a local minimum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open. The electrical signal of the needle closing sensor with closed switching valve is ideally zero. By compression of the piezoelectric element of the needle closing sensor when opening the switching valve, a negative electrical signal is generated.
Der Signaleinbruch wird insbesondere als Differenz zwischen dem lokalen Minimum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil und einem lokalen Maximum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil ermittelt.The signal collapse is determined in particular as the difference between the local minimum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open and a local maximum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open.
Bei dem elektrischen Signal kann es sich um eine an dem Piezoelement anliegende Spannung handeln. Wenn das Piezoelement über einen niederohmigen Widerstand angeschlossen ist, so kann anstelle der Spannung der vom Piezoelement abgegebene Strom als elektrisches Signal verwendet werden.The electrical signal may be a voltage applied to the piezoelectric element. If the piezoelectric element is connected via a low-resistance resistor, the current delivered by the piezoelectric element can be used as the electrical signal instead of the voltage.
Das Ermitteln des Ankerhubs erfolgt vorzugsweise mittels einer Kennlinie, welche die Abhängigkeit des Verhältnisses vom Ankerhub beschreibt. Eine solche Kennlinie kann in einfacher Weise aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellt werden.Determining the anchor stroke is preferably carried out by means of a characteristic which describes the dependence of the ratio of the armature stroke. Such a characteristic curve can be easily generated from theoretical considerations or from empirical measurements.
Aus einem Endzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung kann optional darauf geschlossen werden, ob der Ankerhub während der Kraftstoffeinspritzung unter den Sitzdrosselgrenzwert gesunken ist. Dies ermöglicht eine nachträgliche Ankerhubüberwachung. Neben der Überwachung ist insbesondere auch eine Anpassung der Bestromung möglich, so dass der Anker gerade nicht unter den Sitzdrosselwert sinkt. Dabei kann im Sinne einer aktiven Regelung entweder der Abfallstrom angehoben werden oder aber das Umschalten vom Haltestrom zum Abfallstrom erfolgt später.From an end point of fuel injection, it may be optionally concluded whether the armature stroke has dropped below the seat throttle limit during fuel injection. This allows a subsequent Ankerhubüberwachung. In addition to the monitoring, an adjustment of the current supply is possible in particular, so that the armature just does not sink below the seat throttle value. In this case, in the sense of an active control either the waste stream can be raised or the switching from the holding current to the waste stream takes place later.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere dann, wenn es auf einem elektronischen Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Das Computerprogramm ermöglicht die einfache Implementierung des Verfahrens in einem vorhandenen Steuergerät, ohne daran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Kraftstoffinjektor zu betreiben.The computer program is set up to perform each step of the method, in particular when it is performed on an electronic computing device or controller. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium. The computer program allows the simple implementation of the method in an existing control unit, without having to make structural changes. By loading the computer program onto a conventional electronic control unit, the electronic control unit is set up, which is set up to operate a fuel injector.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf des Ventilraumdrucks eines Kraftstoffinjektors für verschiedene Einspritzungsarten. -
2 zeigt in drei Diagrammen den zeitlichen Verlauf eines zeitlichen Stromverlaufs und Ankerhubverlaufs eines Kraftstoffinjektors, sowie den zeitlichen Verlauf eines Nadelschließsensorsignals in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
3 zeigt in drei Diagrammen den zeitlichen Verlauf eines zeitlichen Stromverlaufs und Ankerhubverlaufs eines Kraftstoffinjektors, sowie den zeitlichen Verlauf eines Nadelschließsensorsignals in einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
4 zeigt in drei Diagrammen den zeitlichen Verlauf eines zeitlichen Stromverlaufs und Ankerhubverlaufs eines Kraftstoffinjektors, sowie den zeitlichen Verlauf eines Nadelschließsensorsignals in noch einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
5 zeigt in drei Diagrammen den zeitlichen Verlauf eines zeitlichen Stromverlaufs und Ankerhubverlaufs eines Kraftstoffinjektors, sowie den zeitlichen Verlauf eines Nadelschließsensorsignals in noch einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
6 zeigt in einem Diagramm die zeitlichen Verläufe von Spannungssignalen eines Nadelschließsensors eines Kraftstoffinjektors für unterschiedliche Ankerhübe. -
7 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit eines Verhältnisses eines Gesamtsignalabfalls und eines Signaleinbruchs vom Ankerhub in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 shows a diagram of the time course of the valve chamber pressure of a fuel injector for different types of injection. -
2 shows in three diagrams the time course of a time course of current and Ankerhubverlaufs a fuel injector, and the time course of a Nadelschließsensorsignals in an embodiment of the method according to the invention. -
3 shows in three diagrams the time course of a time course of current and Ankerhubverlaufs a fuel injector, and the time course of a Nadelschließsensorsignals in another embodiment of the method according to the invention. -
4 shows in three diagrams the time course of a time course of current and Ankerhubverlaufs a fuel injector, and the time course of a Nadelschließsensorsignals in yet another embodiment of the method according to the invention. -
5 shows in three diagrams the time course of a time course of current and Ankerhubverlaufs a fuel injector, and the time course of a Nadelschließsensorsignals in yet another embodiment of the method according to the invention. -
6 shows a diagram of the time courses of voltage signals of a needle closing sensor of a fuel injector for different armature strokes. -
7 shows in a diagram the dependence of a ratio of a total signal drop and a signal drop from the armature stroke in embodiments of the method according to the invention.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens können verwendet werden, um einen Kraftstoffinjektor zu betreiben, der aus der
Der Ventilraumdruck des Kraftstoffinjektors wird mittels einer Führungsstange auf ein kleines Piezoelement als Nadelschließsensor abgeleitet. Eine von dem Nadelschließsensor bereitgestellte Spannung kann als elektrisches Signal ausgelesen werden. Dieses ist abzüglich einer Offset-Spannung proportional zum Ventilraumdruck. Das ausgelesene elektrische Signal wird an ein Steuergerät weitergegeben, welches den Kraftstoffinjektor steuert.The valve chamber pressure of the fuel injector is discharged by means of a guide rod to a small piezoelectric element as a needle closing sensor. A voltage provided by the needle-closing sensor can be read out as an electrical signal. This is less an offset voltage proportional to the valve chamber pressure. The read electrical signal is passed to a control unit which controls the fuel injector.
Die Änderung des Ventilraumdrucks p mit der Zeit t ist für einen herkömmlichen Betrieb des Kraftstoffinjektors in
In einem ersten Ausführungsbeispiel wir die Bestromung des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Bestromung des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in
In einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Bestromung des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in
In einem vierten Ausführungsbeispiel wir die Bestromung des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in
In
Der Gesamtsignalabfall G entspricht dem Quotienten des theoretischen Gesamtsignalabfalls Gt durch den piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33. Der Signaleinbruch S entspricht der dem Quotienten des theoretischen Signaleinbruchs St durch den piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33. Beide hängen jeweils vom Ankerhub ab. Als theoretischer Gesamtsignalabfall Gt und theoretischer Signaleinbruchs St werden hierbei die vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 unabhängigen Werte des Gesamtsignalabfall G und des Signaleinbruchs S bezeichnet. Das Verhältnis V des theoretischen Gesamtsignalabfalls Sg und des theoretischen Signaleinbruchs Ss ergibt sich aus Formel 1:
Das Verhältnis V ist also nicht vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 abhängig. Es ist in
Aus einem Endzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung wird weiterhin darauf geschlossen, ob der Ankerhub A während der Haupteinspritzung unter den Sitzdrosselgrenzwert As gesunken ist. Hierdurch erfolgt zusätzlich eine nachträgliche Ankerhubüberwachung.From an end point of the fuel injection is further concluded whether the armature lift A has dropped below the seat throttle limit A s during the main injection. As a result, a subsequent Ankerhubüberwachung also takes place.
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Legal Events
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