DE102017216942A1 - Method for calibrating a force or pressure sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines als Kraft- oder Drucksensor ausgebildeten Sensors (20) in oder an einem Kraftstoffinjektor (170) einer Brennkraftmaschine (160), der aus einem Hochdruckspeicher (175) mit Kraftstoff versorgt wird, wobei zu wenigstens einem Ereignis, das eine Kraftstoffdruckänderung in dem Kraftstoffinjektor (170) umfasst, wenigstens ein Signalverlauf (S, S') des Sensors (20) und wenigstens ein zugehöriger Referenzverlauf (R1, R2) eines Referenzsensors (190), der eine durch einen Druck in einem mit dem Kraftstoffinjektor (170) in Fluidverbindung stehenden Volumen charakterisierte Größe misst, erfasst werden, und wobei der Sensor (20) basierend auf dem wenigstens einen Signalverlauf (S, S'), dem wenigstens einen Referenzverlauf (R1, R2) und einer Übertragungsfunktion zwischen dem Referenzsensor (190) und dem Sensor (20) kalibriert wird.

Figure DE102017216942A1_0000
The invention relates to a method for calibrating a sensor (20) designed as a force or pressure sensor in or on a fuel injector (170) of an internal combustion engine (160) which is supplied with fuel from a high-pressure accumulator (175), wherein at least one event, comprising a fuel pressure change in the fuel injector (170), at least one signal trace (S, S ') of the sensor (20), and at least one associated reference trace (R 1 , R 2 ) of a reference sensor (190), one by a pressure in one Measured with the fuel injector (170) in fluid-communicating volume characterized size, are detected, and wherein the sensor (20) based on the at least one waveform (S, S '), the at least one reference curve (R 1 , R 2 ) and a Transfer function between the reference sensor (190) and the sensor (20) is calibrated.
Figure DE102017216942A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines als Kraft- oder Drucksensor ausgebildeten Sensors in oder an einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine, der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors zu erfassen, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for calibrating a designed as a force or pressure sensor sensor in or on a fuel injector of an internal combustion engine, which is intended to detect an opening and / or closing of the fuel injector, and a computing unit and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Moderne Brennkraftmaschinen verfügen über Kraftstoffinjektoren, mit denen Kraftstoff gezielt in Brennräume eingebracht werden kann. Für eine genaue Steuerung der Brennkraftmaschine sowie die Einhaltung von Emissions- und Leistungsanforderungen ist es vorteilhaft, charakteristische Zeitpunkte der Einspritzvorgänge, insbesondere ein Öffnen und Schließen der Einspritzventile der Kraftstoffinjektoren und damit einen Einspritzbeginn und ein Einspritzende, bzw. eine abgegebene Kraftstoffmenge möglichst genau zu erfassen.Modern internal combustion engines have fuel injectors, with which fuel can be selectively introduced into combustion chambers. For precise control of the internal combustion engine and compliance with emission and performance requirements, it is advantageous to detect characteristic timing of the injection events, in particular opening and closing of the injectors of the fuel injectors and thus an injection start and an end of injection, or an output amount of fuel as accurately as possible.

Aus der DE 10 2010 000 827 A1 ist beispielsweise ein Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem ein Sensor vorgesehen ist, um Druckänderungen zu erfassen, sodass auf solche charakteristische Zeitpunkte geschlossen werden kann.From the DE 10 2010 000 827 A1 For example, a fuel injector is known in which a sensor is provided to detect pressure changes, so that such characteristic times can be closed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Kalibrieren eines als Kraft- oder Drucksensor ausgebildeten Sensors 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 calibrating a sensor designed as a force or pressure sensor as well as a computing 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 Kalibrieren eines als Kraft- oder Drucksensor ausgebildeten Sensors in oder an einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor wird dabei aus einem Hochdruckspeicher mit Kraftstoff versorgt. Kraft- oder Drucksensoren in oder an einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine sind üblicherweise dafür vorgesehen, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors zu erfassen. Der Sensor kann dabei in dem Kraftstoffinjektor auf die gleiche oder auf ähnliche Weise vorgesehen sein, wie dies in der DE 10 2010 000 827 A1 beschrieben wird. Mittels eines solchen sog. Needle-Closing-Sensors (NC-Sensor) lassen sich Druckänderungen im Steuerraum eines Ventils des Kraftstoffinjektors oder an anderer Position, z.B. der Hochdruckbohrung des Injektors, erfassen.An inventive method is used to calibrate a designed as a force or pressure sensor sensor in or on a fuel injector of an internal combustion engine. The fuel injector is supplied from a high-pressure accumulator with fuel. Force or pressure sensors in or on a fuel injector of an internal combustion engine are usually provided to detect an opening and / or closing of the fuel injector. The sensor can be provided in the fuel injector in the same or similar manner, as in the DE 10 2010 000 827 A1 is described. By means of such a so-called needle-closing sensor (NC sensor), pressure changes in the control chamber of a valve of the fuel injector or in another position, for example the high-pressure bore of the injector, can be detected.

Es werden nun zu wenigstens einem Ereignis, das eine Druckänderung in Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektor umfasst, wenigstens ein Signalverlauf des Sensors und wenigstens ein zugehöriger Referenzverlauf eines Referenzsensors, der eine durch einen Druck in einem mit dem Kraftstoffinjektor in Fluidverbindung stehenden Volumen charakterisierte Größe misst, erfasst. Der Sensor wird dann basierend auf dem wenigstens einen Signalverlauf, dem wenigstens einen Referenzverlauf und einer Übertragungsfunktion zwischen dem Referenzsensor und dem Sensor kalibriert. Der Referenzsensor kann insbesondere entfernt vom Kraftstoffinjektor angeordnet sein.At least one event which comprises a pressure change in fuel in the fuel injector, at least one signal curve of the sensor and at least one associated reference profile of a reference sensor, which measures a variable characterized by a pressure in a volume in fluid communication with the fuel injector, are then detected , The sensor is then calibrated based on the at least one waveform, the at least one reference history, and a transfer function between the reference sensor and the sensor. The reference sensor can be arranged in particular away from the fuel injector.

Mit den erwähnten Sensoren in bzw. am Kraftstoffinjektor ist es in der Regel nur möglich, Druckänderungen zu erfassen, was für eine Erkennung von charakteristischen Zeitpunkten wie Einspritzbeginn oder Einspritzende auch ausreichend ist. Aufwändige elektronische Beschaltungen sind insofern nicht nötig. Sobald jedoch weitere Funktionen, wie z.B. die exakte Bestimmung eines Druckniveaus, mit den vom Sensor erfassten Signalen erfüllt werden sollen, für die beispielsweise eine Höhe der Druckänderungen bekannt sein muss (z.B. für einen Raildruck, ggf. zur Plausiblisierung), ist es nötig, auch die absolute oder zumindest relative Höhe der Druckänderung bzw. des Sensorsignals zu kennen. Ebenso können dabei Abweichungen über die Lebensdauer des Sensors hinweg relevant sein.With the mentioned sensors in or on the fuel injector, it is usually only possible to detect pressure changes, which is also sufficient for a detection of characteristic times such as injection start or end of injection. Elaborate electronic circuits are so far unnecessary. However, as soon as further functions, such as the exact determination of a pressure level to be met with the signals detected by the sensor, for example, a height of the pressure changes must be known (eg for a rail pressure, possibly for plausiblization), it is necessary, the absolute or at least relative height of the Pressure change or the sensor signal to know. Likewise, deviations over the lifetime of the sensor can be relevant.

Durch die vorgeschlagene Kalibrierung bzw. den Abgleich unter Verwendung eines Referenzsensors kann nun jedoch auf sehr einfache Weise erreicht werden, dass auch der Sensor in bzw. am Kraftstoffinjektor verwendet werden kann, um ein aussagefähiges Signal zur absoluten bzw. relativen Druckänderung in Kraftstoff im Kraftstoffinjektor zu erhalten. Als Referenzsensor kommt dabei im Grunde jeder Sensor in Frage, mit dem eine absolute bzw. relative Druckänderung in einem Kraftstoffvolumen, das mit dem Injektor in Fluidverbindung steht, erfasst werden kann. Besonders geeignet ist dabei ein Drucksensor (sog. Raildrucksensor, RDS) für den Hochdruckspeicher (sog. Rail), da ein solcher ohnehin vorhanden ist. Die durch einen Druck in einem mit dem Kraftstoffinjektor in Fluidverbindung stehenden Volumen charakterisierte Größe ist dann der Raildruck.The proposed calibration or adjustment using a reference sensor can now be achieved in a very simple manner that the sensor can be used in or on the fuel injector to a meaningful signal for absolute or relative pressure change in fuel in the fuel injector receive. As a reference sensor basically comes into question any sensor with which an absolute or relative pressure change in a fuel volume, which is in fluid communication with the injector, can be detected. Particularly suitable in this case is a pressure sensor (so-called rail pressure sensor, RDS) for the high-pressure accumulator (so-called rail), since such is already present anyway. The quantity characterized by a pressure in a volume in fluid communication with the fuel injector is then the rail pressure.

Da der Referenzsensor entfernt vom Sensor vorgesehen ist, können mittels der Übertragungsfunktion etwaige unterschiedliche Auswirkungen der Druckänderung auf den Sensor einerseits und den Referenzsensor andererseits berücksichtigt werden. Die Druckänderungen breiten sich aufgrund des in Fluidverbindung stehenden Kraftstoffkreislaufs zwar aus, jedoch können beispielsweise durch Drossel- oder Volumeneffekte oder Druckwellensuperposition unterschiedliche Auswirkungen im Hochdruckspeicher einerseits und im Kraftstoffinjektor andererseits auftreten. Eine solche Übertragungsfunktion kann dabei beispielsweise im Rahmen einer Simulation und/oder von Testmessungen vorab ermittelt und dann in einer ausführenden Recheneinheit hinterlegt werden.Since the reference sensor is provided away from the sensor, any different effects of the pressure change on the sensor on the one hand and the reference sensor on the other hand can be taken into account by means of the transfer function. Although the pressure changes propagate due to the fluidly connected fuel circuit, but can, for example, by throttling or volume effects or Pressure wave superposition different effects in the high pressure accumulator on the one hand and in the fuel injector on the other hand occur. Such a transfer function can be determined beforehand, for example in the context of a simulation and / or test measurements, and then stored in an executing arithmetic unit.

Es versteht sich, dass auf die gleiche Weise eine Kalibrierung für mehrere oder alle Sensoren in bzw. an Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Eine im Rahmen der Kalibrierung ermittelte Zuordnung eines Signalverlaufs des Sensors zur tatsächlichen Druckänderung kann dann beispielsweise in einem Kennfeld oder dergleichen hinterlegt werden.It is understood that a calibration for several or all sensors in or on fuel injectors of the internal combustion engine can take place in the same way. An assignment of a signal profile of the sensor to the actual change in pressure determined during the calibration can then be stored, for example, in a map or the like.

Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Ereignis eine Druckänderung in einem Zulauf des Hochdruckspeichers, der insbesondere durch einen Pumpenhub einer Hochdruckpumpe hervorgerufen wird, oder im Hochdruckspeicher. Solche Druckänderungen vor bzw. im Hochdruckspeicher wirken sich gleichmäßig auf alle Kraftstoffinjektoren aus, sodass auf diese Weise eine besonders einfache Kalibrierung erfolgen kann. Zudem ist der Wert der Druckänderung bei solchen Pumpenhüben in aller Regel bekannt.Preferably, the at least one event comprises a pressure change in an inlet of the high-pressure accumulator, which is caused in particular by a pump stroke of a high-pressure pump, or in the high-pressure accumulator. Such pressure changes before or in the high-pressure accumulator have a uniform effect on all fuel injectors, so that a particularly simple calibration can be carried out in this way. In addition, the value of the pressure change in such pump strokes is usually known.

Vorteilhafterweise umfasst das wenigstens eine Ereignis eine Druckentlastung (bzw. einen Druckabfall) des Hochdruckspeichers. Hierzu kann beispielsweise unter Verwendung eines Druckreglers oder eines Druckregelventils (DRV) ein gezielter Druckabbau im Hochdruckspeicher erfolgen, der sich dann gleichmäßig auf alle Kraftstoffinjektoren auswirkt. Dieses Ereignis ist vorzugsweise zeitlich so zu legen, dass es zwischen den Einspritzungen der Injektoren stattfindet, um eine Beeinflussung durch eine Einspritzung zu vermeiden.Advantageously, the at least one event comprises a pressure relief (or a pressure drop) of the high pressure accumulator. For this purpose, for example, using a pressure regulator or a pressure control valve (DRV) a targeted pressure reduction in the high-pressure accumulator done, which then affects equally on all fuel injectors. This event is preferably timed to take place between the injections of the injectors to avoid being influenced by injection.

Alternativ zur oben beschriebenen Vorgehensweise, z.B. wenn kein DRV vorhanden ist, oder zusätzlich ist es ebenso bevorzugt, wenn das wenigstens eine Ereignis eine Einspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor oder einen anderen Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine umfasst. Auch auf diese Weise kann ein Druckeinbruch erzeugt werden, der sich durch die zugehörige Hochdruckleitung auch in den Hochdruckspeicher ausbreitet und sich dann auch auf die anderen Kraftstoffinjektoren auswirkt.Alternatively to the procedure described above, e.g. if there is no DRV, or in addition, it is also preferable if the at least one event includes injection of fuel through the fuel injector or other fuel injector of the internal combustion engine. In this way, a pressure drop can be generated, which also propagates through the associated high-pressure line in the high-pressure accumulator and then also affects the other fuel injectors.

Besonders bevorzugt ist es, wenn zu mehreren Ereignissen, die voneinander verschiedene Druckänderungen umfassen, jeweils ein Signalverlauf und ein Referenzverlauf erfasst werden, basierend auf welchen der Sensor kalibriert wird. Auf diese Weise kann eine Kalibrierung des Sensors einerseits genauer und andererseits in einem größeren Bereich erfolgen. Unterschiedliche Druckänderungen können im Falle des Pumpenhubs der Hochdruckpumpe beispielsweise durch Variation der geförderten Kraftstoffmenge hervorgerufen werden. Im Falle des gezielt hervorgerufenen Druckeinbruchs Im Hochdruckspeicher kann der Zieldruck auf unterschiedliche Werte eingestellt werden. Und im Falle der Einspritzung durch den Kraftstoffinjektor kann durch unterschiedlich lange Einspritzdauern die Druckänderung variiert werden.It is particularly preferred for a plurality of events which comprise different pressure changes to be detected in each case a signal course and a reference profile, based on which the sensor is calibrated. In this way, a calibration of the sensor can be done on the one hand more accurate and on the other hand in a larger area. Different pressure changes can be caused in the case of the pump stroke of the high-pressure pump, for example, by varying the amount of fuel delivered. In the case of deliberately caused drop in pressure In the high-pressure accumulator, the target pressure can be set to different values. And in the case of injection by the fuel injector, the pressure change can be varied by injection times of different lengths.

Vorzugsweise wird der Sensor in vorgegebenen, insbesondere regelmäßigen, Zeitabständen kalibriert. Auf diese Weise kann etwaigen Abweichungen, die über die Lebensdauer des Sensors auftreten, Rechnung getragen werden.Preferably, the sensor is calibrated at predetermined, in particular regular, time intervals. In this way, any deviations that occur over the life of the sensor, be taken into account.

Die Kalibrierung sollte vorzugsweise außerhalb üblicher Einspritzvorgänge vorgenommen werden, da für eine solche Kalibrierung meist Druckänderungen bzw. Zeitdauern nötig sind, die im Rahmen üblicher Einspritzvorgänge bzw. Kraftstoffförderungen in den Hochdruckspeicher nicht üblich sind.The calibration should preferably be performed outside of conventional injection processes, since for such a calibration usually pressure changes or periods are necessary, which are not common in the context of conventional injection operations or fuel delivery into the high-pressure accumulator.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, z.B. durch einen sog. Kalibriermodus.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle, is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention, e.g. by a so-called calibration mode.

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 von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. 1 schematically shows an internal combustion engine with common rail system, which is suitable for carrying out a method according to the invention.
  • 2 zeigt schematisch ein Magnetventil, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 2 schematically shows a solenoid valve, in which a method according to the invention is feasible.
  • 3 zeigt einen Signalverlauf bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 3 shows a waveform when performing a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • 4 zeigt Referenzverläufe und einen Signalverlauf bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 4 shows reference curves and a waveform when performing a method according to the invention in a further preferred embodiment.
  • 5 zeigt eine Kalibrierung bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 5 shows a calibration when performing a method according to the invention in a further preferred embodiment.

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

In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 160 gezeigt, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Beispielhaft umfasst die Brennkraftmaschine 160 vier Brennräume bzw. zugehörige Zylinder 165. Jedem Brennraum 165 ist ein Kraftstoffinjektor 170 mit einem Sensor 20 zugeordnet. Jeder Kraftstoffinjektor 170ist an einen Hochdruckspeicher 175, einen sog. Rail oder Common Rail, angeschlossen und wird von diesem mit Kraftstoff versorgt. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen anderen Anzahl an Zylindern, bspw. eins, zwei, drei, fünf, sechs, acht, zehn oder zwölf Zylinder, durchgeführt werden kann.In 1 is schematically an internal combustion engine 160 shown, which is suitable for carrying out a method according to the invention. By way of example, the internal combustion engine comprises 160 four combustion chambers or associated cylinders 165 , Every combustion chamber 165 is a fuel injector 170 with a sensor 20 assigned. Every fuel injector 170 is to a high-pressure accumulator 175 , a so-called rail or common rail, connected and is supplied by this with fuel. It is understood that a method according to the invention can also be carried out in an internal combustion engine with any other number of cylinders, for example one, two, three, five, six, eight, ten or twelve cylinders.

Weiter wird der Hochdruckspeicher 175 über eine Hochdruckpumpe 161 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 195, in dem auch eine Niederdruckpumpe 196 vorgesehen sein kann, gespeist. Die Hochdruckpumpe 161 ist mit der Brennkraftmaschine 160 gekoppelt, und zwar bspw. derart, dass die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, bzw. über eine Nockenwelle, welche wiederum mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, angetrieben wird.Next is the high-pressure accumulator 175 via a high-pressure pump 161 with fuel from a fuel tank 195 in which also a low pressure pump 196 can be provided, fed. The high pressure pump 161 is with the internal combustion engine 160 coupled, for example, such that the high-pressure pump via a crankshaft of the internal combustion engine, or via a camshaft, which in turn is coupled to the crankshaft, is driven.

Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 170 zum Zumessen bzw. Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume 165 erfolgt über eine als Motorsteuergerät 180 ausgebildete Recheneinheit. Jeder Kraftstoffinjektor 175 kann dabei spezifisch angesteuert werden. Ferner ist das Motorsteuergerät 180 dazu eingerichtet, den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 175 mittels eines Drucksensors 190 zu erfassen.A control of the fuel injectors 170 for metering or injecting fuel into the respective combustion chambers 165 via a motor control unit 180 trained computing unit. Every fuel injector 175 can be specifically controlled. Furthermore, the engine control unit 180 adapted to the fuel pressure in the high-pressure accumulator 175 by means of a pressure sensor 190 capture.

Weiterhin ist ein Druckregelventil 191 für den Hochdruckspeicher 175 vorgesehen, um den Druck im Hochdruckspeicher zu regeln bzw. einzustellen. Zudem sind ein Luftzufuhrsystem 140 zum Einbringen von Luft in die Zylinder 165 sowie ein Luftabfuhrsystem 141 um Ausbringen von Abluft bzw. Abgasen aus den Zylindern 165 gezeigt, welche hier über einen sog. Turbolader 141 und ein Abgasrückführventil 142 verbunden sind.Furthermore, a pressure control valve 191 for the high-pressure accumulator 175 provided to regulate or adjust the pressure in the high-pressure accumulator. There is also an air supply system 140 for introducing air into the cylinders 165 and an air removal system 141 for discharging exhaust air or exhaust gases from the cylinders 165 shown, which here about a so-called turbocharger 141 and an exhaust gas recirculation valve 142 are connected.

In 2 ist schematisch ein Teil eines Kraftstoffinjektors 170 aus 1 detaillierter dargestellt. Dabei sind innerhalb eines Injektorkörpers 1 ein Hochdruckraum 2 sowie ein Niederdruckraum 3 angeordnet. Diese beiden Räume sind voneinander durch ein Ventilstück 4 getrennt.In 2 is schematically a part of a fuel injector 170 out 1 shown in more detail. Here are within an injector body 1 a high pressure room 2 as well as a low-pressure room 3 arranged. These two spaces are separated by a valve piece 4 separated.

Der Hochdruckraum 2 kommuniziert über einen Zulaufkanal 5 mit dem Hochdruckspeicher bzw. dem Common-Rail gemäß 1. Der Niederdruckraum 3 ist über eine Rücklaufleitung 21 oder dergleichen mit dem Kraftstofftank gemäß 1 verbunden.The high pressure room 2 communicates via an inlet channel 5 with the high-pressure accumulator or the common rail according to 1 , The low pressure room 3 is via a return line 21 or the like with the fuel tank according to 1 connected.

Der Hochdruckraum 2 ist über nicht dargestellte Einspritzdüsen mit dem Brennraum bzw. dem Zylinder der Brennkraftmaschine gemäß 1 verbindbar. Die Einspritzdüsen werden in bekannter Weise mittels einer Düsennadel gesteuert, von der in 2 nur das düsenferne Ende, welches als Plunger (bzw. Steuerkolben) 6 ausgebildet ist, dargestellt ist. Der Plunger 6 ist verdrängerwirksam in einem im Ventilstück 4 angeordneten Steuerraum 7 angeordnet. Dieser Steuerraum 7 kommuniziert über eine Zulaufdrossel 8 mit dem Hochdruckraum 2 und über einen vorzugsweise gedrosselten Ablaufkanal 9 mit dem Niederdruckraum 3, wobei der Ablaufkanal 9 mittels einer Steuerventilanordnung 10 gesteuert wird. The high pressure room 2 is not shown injectors with the combustion chamber or the cylinder of the internal combustion engine according to 1 connectable. The injection nozzles are controlled in a known manner by means of a nozzle needle, from the in 2 only the nozzle-distal end, which is designed as a plunger (or control piston) 6, is shown. The plunger 6 is displacer effective in a valve piece 4 arranged control room 7 arranged. This control room 7 communicates via an inlet throttle 8th with the high pressure room 2 and via a preferably throttled drainage channel 9 with the low-pressure room 3 , wherein the drainage channel 9 by means of a control valve arrangement 10 is controlled.

Wenn der Ablaufkanal mittels der Steuerventilanordnung 10 abgesperrt wird und die Düsennadel sich in ihrer Schließlage befindet, stellt sich im Steuerraum 7 der gleiche Hochdruck wie im Hochdruckraum 2 ein, mit der Folge, dass der Plunger 6 in 2 nach unten gepresst und die damit verbundene Düsennadel in der die Einspritzdüsen absperrenden Schließlage gehalten wird.When the drainage channel by means of the control valve assembly 10 is shut off and the nozzle needle is in its closed position, arises in the control room 7 the same high pressure as in the high pressure room 2 a, with the result that the plunger 6 in 2 pressed down and the associated nozzle needle is held in the shut-off the injectors closing position.

Wird der Ablaufkanal 9 mittels der Steuerventilanordnung 10 (bzw. durch Heben des Ventilankers bzw. Schließkörpers 11) geöffnet, stellt sich im Steuerraum 7 ein gegenüber dem Hochdruckraum 2 verminderter Druck ein und der Plunger 6 verschiebt sich zusammen mit der Düsennadel in 2 nach oben, das heißt die Düsennadel wird in deren Offenlage gestellt, so dass Kraftstoff durch die Einspritzdüsen in den Brennraum eingespritzt wird.Becomes the drainage channel 9 by means of the control valve arrangement 10 (or by lifting the valve armature or closing body 11 ) opens in the control room 7 one opposite the high pressure room 2 reduced pressure and the plunger 6 moves together with the nozzle needle in 2 upward, that is, the nozzle needle is placed in its open position, so that fuel is injected through the injectors into the combustion chamber.

Die Steuerventilanordnung 10 besitzt einen hülsenförmigen Schließkörper 11 (Ventilanker), der von einer Schließfeder 12, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, gegen einen zur Auslassmündung des Ablaufkanals 9 konzentrischen Sitz gespannt wird. Im Beispiel der 2 ist der Sitz als Planfläche ausgebildet, auf der der hülsenförmige Schließkörper 11 mit einer linienförmigen Ringkante aufsitzt. Grundsätzlich kann jedoch auch ein anders geformter Sitz vorgesehen sein.The control valve assembly 10 has a sleeve-shaped closing body 11 (Valve anchor), by a closing spring 12 , which is designed as a helical compression spring, against a to the outlet port of the drain channel 9 concentric seat is tensioned. In the example of 2 the seat is designed as a plane surface on which the sleeve-shaped closing body 11 is seated with a line-shaped annular edge. In principle, however, a differently shaped seat may be provided.

Der hülsenförmige Schließkörper 11 ist auf einer zur Längsachse 30 des Injektorkörpers 1 gleichachsigen Führungsstange 13 axial verschiebbar geführt, wobei der Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Schließkörpers 11 und dem Außenumfang der Führungsstange 13 als praktisch leckagefreier Drossel- bzw. Dichtspalt ausgebildet ist. Wenn der Schließkörper 11 die in 2 dargestellte Schließlage einnimmt, wird der innerhalb des Schließkörpers 11 gebildete Druckraum 14, welcher über den Ablaufkanal 9 mit dem Steuerraum 7 kommuniziert und dann dementsprechend gleichen Fluiddruck wie der Steuerraum 7 aufweist, gegenüber dem Niederdruckraum 3 abgesperrt. The sleeve-shaped closing body 11 is on one to the longitudinal axis 30 of the injector body 1 equiaxed guide rod 13 guided axially displaceable, wherein the annular gap between the inner periphery of the closing body 11 and the outer periphery of the guide rod 13 is designed as a practically leak-free throttle or sealing gap. When the closing body 11 in the 2 shown closed position assumes that within the closing body 11 formed pressure chamber 14 , which via the drainage channel 9 with the control room 7 communicates and then correspondingly the same fluid pressure as the control room 7 has, compared to the low pressure space 3 shut off.

Am Schließkörper 11 ist ein sternförmiger Anker 15 einer Elektromagnetanordnung 16 angeordnet, die als Aktor zur Betätigung der Steuerventilanordnung 10 vorgesehen ist. Diese Elektromagnetanordnung 16 besitzt in bekannter Weise eine Magnetspule 17, die innerhalb einer zur Führungsstange 13 konzentrischen Elektromagnetanordnung mit einem ringförmigen Außenpol 18 und einem ringförmigen Innenpol 19 angeordnet ist. Wird die Magnetspule 17 elektrisch bestromt, wird der Anker 15 von den Polen 18 und 19 magnetisch angezogen, so dass der Schließkörper 11 gegen die Kraft der Schließfeder 12 von seinem Sitz abgehoben und die Steuerventilanordnung 10 geöffnet wird.On the closing body 11 is a star-shaped anchor 15 an electromagnet arrangement 16 arranged as an actuator for actuating the control valve assembly 10 is provided. This electromagnet arrangement 16 has in a known manner a magnetic coil 17 that are within a guide rod 13 concentric electromagnet arrangement with an annular outer pole 18 and an annular inner pole 19 is arranged. Will the solenoid coil 17 electrically energized, becomes the anchor 15 from the poles 18 and 19 magnetically attracted, leaving the closing body 11 against the force of the closing spring 12 lifted from its seat and the control valve assembly 10 is opened.

Während der geschlossenen Phase der mit dem Plunger 6 verbundenen Düsennadel, das heißt bei geschlossenen Einspritzdüsen, ist die Steuerventilanordnung 10 geschlossen, und im Druckraum 14 sowie im Steuerraum 7 herrschen gleiche Fluiddrücke. Unmittelbar vor dem Schließzeitpunkt der Düsennadel sinkt der Druck im Steuerraum 7 wegen des zu diesem Zeitpunkt geringen Drucks unter dem Düsensitz der Düsennadel und der damit einhergehenden Schließbewegung des Plungers 6 unter den Hochdruck im Zulaufkanal 5 ab. Unmittelbar nach dem Schließen der Düsennadel kommt es wegen des nun stillstehenden Plungers 6 zu einem steilen Anstieg des Drucks im Steuerraum 7, wobei der Steuerraumdruck auf den Druck im Zulaufkanal 5 ansteigt.During the closed phase the with the plunger 6 connected nozzle needle, that is with closed injection nozzles, is the control valve assembly 10 closed, and in the pressure room 14 as well as in the control room 7 the same fluid pressures prevail. Immediately before the closing time of the nozzle needle, the pressure in the control chamber decreases 7 because of the low pressure at that time under the nozzle seat of the nozzle needle and the associated closing movement of the plunger 6 under the high pressure in the inlet channel 5 from. Immediately after closing the nozzle needle it comes because of the now stationary plunger 6 to a steep rise in pressure in the control room 7 , wherein the control chamber pressure on the pressure in the inlet channel 5 increases.

Da der Druck des Steuerraums 7 bei geschlossenem Schließkörper 11 auch im Druckraum 14 vorliegt, wird die Führungsstange 13 innerhalb des Schließkörpers 11 in dieser Ventilstellung stirnseitig immer vom Steuerraumdruck belastet. Es ist nun vorgesehen, den Steuerraumdruck mittels der Führungsstange 13 auf einen in 2 schematisch dargestellten Sensor 20, einen Kraft- oder Drucksensor, zu übertragen. So kann ein Signal des Sensors 20 erhalten werden, das dem Druckverlauf im Steuerraum entspricht und zumindest charakteristische Zeitpunkte wie Öffnungs- und Schließzeitpunkte erkennen lässt.Because the pressure of the control room 7 with closed closing body 11 also in the pressure room 14 is present, the guide rod 13 inside the closing body 11 in this valve position the front side always loaded by the control chamber pressure. It is now provided, the control chamber pressure by means of the guide rod 13 on one in 2 schematically illustrated sensor 20 to transmit a force or pressure sensor. So can a signal from the sensor 20 can be obtained, which corresponds to the pressure curve in the control room and can at least recognize characteristic times such as opening and closing times.

Bei dieser Konstruktion hat die Führungsstange 13 also eine Doppelfunktion, indem sie einerseits den hülsenförmigen Schließkörper 11 axial führt und andererseits als Kraftübertragungsglied zwischen dem Druckraum 14 bzw. dem damit kommunizierenden Steuerraum 7 und dem Sensor 20 dient. Hier ist des Weiteren vorteilhaft, dass der Sensor 20 im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors, im zeichnerisch dargestellten Beispiel nahe der Mündung der Rücklaufleitung 21 angeordnet ist.In this construction, the guide rod has 13 So a double function, on the one hand, the sleeve-shaped closing body 11 axially leads and on the other hand as a power transmission member between the pressure chamber 14 or the control room communicating therewith 7 and the sensor 20 serves. Here it is furthermore advantageous that the sensor 20 in the low pressure region of the fuel injector, in the example shown in the drawing near the mouth of the return line 21 is arranged.

Der Sensor 20 kann zweckmäßig als piezoelektrisches Element ausgebildet sein, an dem eine vom Andruck der Führungsstange 13 abhängige elektrische Spannung abgreifbar ist. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform, bei der als Aktor eine Elektromagnetanordnung 16 vorgesehen ist, können auch Kraftstoffinjektoren mit anderen Aktoren vorgesehen sein. Insbesondere sind piezoelektrische Aktoren denkbar, die ihre Länge in Abhängigkeit von einer anliegenden elektrischen Spannung zu ändern vermögen.The sensor 20 may be suitably formed as a piezoelectric element, on which one of the pressure of the guide rod 13 dependent electrical voltage can be tapped off. Notwithstanding the illustrated embodiment, in which as actuator an electromagnet assembly 16 is provided, fuel injectors may be provided with other actuators. In particular, piezoelectric actuators are conceivable that are able to change their length as a function of an applied electrical voltage.

In 3 ist ein Signalverlauf bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu ist eine Spannung U des Sensors 20 über der Zeit t aufgetragen.In 3 is a signal waveform when performing a method according to the invention shown in a preferred embodiment. This is a tension U of the sensor 20 applied over time t.

Der Signalverlauf S gibt dabei das von dem Sensor erfasste bzw. ausgegebene Signal, das für den Druck bzw. die Druckänderung im Kraftstoffinjektor steht, für den Fall eines Pumpenhubs der Hochdruckpumpe wieder. Im gezeigten Fall ist eine Zeitdauer Δt nach beispielsweise Beginn des Pumpenhubs eine Änderung des Signals um einen Wert ΔU zu sehen.The waveform S In this case, the signal detected or output by the sensor, which represents the pressure or the pressure change in the fuel injector, is reproduced in the case of a pump stroke of the high-pressure pump. In the case shown is a period of time .delta.t after, for example, the beginning of the pump stroke, a change in the signal by one value .DELTA.U to see.

Wenn nun die durch den Pumpenhub hervorgerufene Druckänderung bekannt ist, beispielsweise durch Erfassung des Raildrucks als eine durch einen Druck in einem mit dem Kraftstoffinjektor 170 in Fluidverbindung stehenden Volumen charakterisierte Größe mittels des Drucksensors 190 am Hochdruckspeicher und entsprechende Umrechnung, so kann eine Zuordnung von Spannungsänderung im Signalverlauf S zur tatsächlichen Druckänderung erfolgen. Für die Umrechnung ist die erwähnte Übertragungsfunktion zu berücksichtigen.Now, when the pressure change caused by the pump stroke is known, for example, by detecting the rail pressure as one by pressure in one with the fuel injector 170 Size characterized in fluid communication by means of the pressure sensor 190 at the high-pressure accumulator and corresponding conversion, so can an assignment of voltage change in the waveform S to the actual pressure change. The mentioned transfer function must be taken into account for the conversion.

In 4 sind schematisch Referenzverläufe und ein Signalverlauf bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind der Druck p im Hochdruckspeicher (linkes Diagramm) bzw. die Spannung U des Sensors (rechtes Diagramm) jeweils über der Zeit dargestellt.In 4 schematically reference curves and a waveform when performing a method according to the invention are shown in a further preferred embodiment. These are the pressure p in the high-pressure accumulator (left diagram) or the voltage U of the sensor (right diagram) respectively over time.

Im linken Diagramm wird ausgehend von zwei verschiedenen Drücken p1 und p2 jeweils ein Druckabfall im Hochdruckspeicher provoziert, beispielsweise unter Verwendung des Druckregelventils. Die zugehörigen Druckverläufe, die als Referenzverläufe R1 bzw. R2 im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können, können von dem Drucksensor für den Hochdruckspeicher erfasst werden. Die jeweils zugehörigen Druckabfälle im Hochdruckspeicher betragen dabei Δp1 bzw. Δp2 .In the left diagram is starting from two different pressures p 1 and p 2 one each Pressure drop in the high-pressure accumulator provoked, for example using the pressure control valve. The associated pressure curves, as reference curves R 1 respectively. R 2 can be used in the context of the method according to the invention can be detected by the pressure sensor for the high-pressure accumulator. The respectively associated pressure drops in the high-pressure accumulator amount to this Δp 1 respectively. Δp 2 ,

Im rechten Diagramm ist ein zu dem Referenzverlauf R2 gehöriger Signalverlauf S' des Sensors im Kraftstoffinjektor gezeigt. Dieser Signalverlauf S' umfasst dabei eine Spannungsänderung von ΔU'. Auf diese Weise ist es also möglich - ähnlich zu dem Fall gemäß 3 - eine Zuordnung von Spannungsänderung im Signalverlauf S' zur tatsächlichen Druckänderung vorzunehmen. Auch hier ist eine Übertragungsfunktion zu berücksichtigen, um den Druckabfall im Hochdruckspeicher auf den Druckabfall im Kraftstoffinjektor umzurechnen. Es sei betont, dass - auch wenn in 3 nur ein Signalhub gezeigt ist - jedem Druckabfall im Referenzverlauf ein entsprechender Signalhub im Signalverlauf zugeordnet ist.In the right diagram is a to the reference history R 2 associated signal curve S 'of the sensor shown in the fuel injector. This signal curve S 'includes a voltage change of .DELTA.U ' , In this way it is possible - similar to the case according to 3 - Make an assignment of voltage change in the waveform S 'to the actual pressure change. Again, a transfer function is taken into account in order to convert the pressure drop in the high-pressure accumulator to the pressure drop in the fuel injector. It should be emphasized that - even if in 3 Only one signal swing is shown - each pressure drop in the reference curve is associated with a corresponding signal swing in the waveform.

In 5 ist eine Kalibrierung bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt, um eine Zuordnung von Spannungsänderungen ΔU im Signalverlauf zur tatsächlichen Druckänderung Δp vornehmen zu können. Hierzu sind drei Kennlinien K1 , K2 und K3 gezeigt, die für verschiedene Ausgangsdrücke im Hochdruckspeicher eine Zuordnung einer Spannungsänderung des Sensors zu einer tatsächlichen Druckänderung und so eine Kalibrierung ermöglichen. Dabei ist auch ein Abgleich für verschiedene Amplituden des Sensorsignals berücksichtigt.In 5 is a calibration when performing a method according to the invention shown in a further preferred embodiment, to an assignment of voltage changes .DELTA.U in the waveform to the actual pressure change Ap to be able to make. There are three characteristics for this K 1 . K 2 and K 3 shown that allow for different output pressures in the high-pressure accumulator, a correlation of a voltage change of the sensor to an actual pressure change and thus a calibration. In this case, an adjustment for different amplitudes of the sensor signal is taken into account.

Zudem ist auch berücksichtigt, dass für unterschiedliche Ausgangsdrücke im Hochdruckspeicher eine Druckänderung im Kraftstoffinjektor unterschiedliche Auswirkungen auf den Sensor bzw. den zugehörigen Signalverlauf haben kann.In addition, it is also considered that for different outlet pressures in the high-pressure accumulator, a pressure change in the fuel injector can have different effects on the sensor or the associated signal course.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010000827 A1 [0003, 0005]DE 102010000827 A1 [0003, 0005]

Claims (10)

Verfahren zum Kalibrieren eines als Kraft- oder Drucksensor ausgebildeten Sensors (20) in oder an einem Kraftstoffinjektor (170) einer Brennkraftmaschine (160), der aus einem Hochdruckspeicher (175) mit Kraftstoff versorgt wird, wobei zu wenigstens einem Ereignis, das eine Kraftstoffdruckänderung in dem Kraftstoffinjektor (170) umfasst, wenigstens ein Signalverlauf (S, S') des Sensors (20) und wenigstens ein zugehöriger Referenzverlauf (R1, R2) eines Referenzsensors (190), der eine durch einen Druck in einem mit dem Kraftstoffinjektor (170) in Fluidverbindung stehenden Volumen charakterisierte Größe misst, erfasst werden, und wobei der Sensor (20) basierend auf dem wenigstens einen Signalverlauf (S, S'), dem wenigstens einen Referenzverlauf (R1, R2) und einer Übertragungsfunktion zwischen dem Referenzsensor (190) und dem Sensor (20) kalibriert wird.Method for calibrating a sensor (20) designed as a force or pressure sensor in or on a fuel injector (170) of an internal combustion engine (160), which is supplied with fuel from a high-pressure accumulator (175), wherein at least one event involving a fuel pressure change in the fuel injector (170), at least one signal curve (S, S ') of the sensor (20) and at least one associated reference characteristic (R 1 , R 2 ) of a reference sensor (190), one by a pressure in one with the fuel injector ( 170), and wherein the sensor (20) based on the at least one waveform (S, S '), the at least one reference curve (R 1 , R 2 ) and a transfer function between the reference sensor (190) and the sensor (20) is calibrated. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Referenzsensor (190) ein Drucksensor für den Hochdruckspeicher (175) verwendet wird.Method according to Claim 1 , wherein a pressure sensor for the high-pressure accumulator (175) is used as the reference sensor (190). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Ereignis eine Druckänderung in einem Zulauf des Hochdruckspeichers (175) umfasst, der insbesondere durch einen Pumpenhub einer Hochdruckpumpe (161) hervorgerufen wird, oder im Hochdruckspeicher (176).Method according to Claim 1 or 2 wherein the at least one event comprises a pressure change in an inlet of the high-pressure accumulator (175), which is caused in particular by a pump stroke of a high-pressure pump (161), or in the high-pressure accumulator (176). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Ereignis eine Druckentlastung des Hochdruckspeichers (175) umfasst.The method of any one of the preceding claims, wherein the at least one event comprises pressure relief of the high pressure accumulator (175). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Ereignis eine Einspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor (175) oder einen anderen Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine (160) umfasst.The method of any one of the preceding claims, wherein the at least one event comprises injecting fuel through the fuel injector (175) or another fuel injector of the internal combustion engine (160). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zu mehreren Ereignissen, die voneinander verschiedene Druckänderungen (Δp1, Δp2) umfassen, jeweils ein Signalverlauf (S, S') und ein Referenzverlauf (R1, R2) erfasst werden, basierend auf welchen der Sensor (20) kalibriert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein for a plurality of events which comprise mutually different pressure changes (Δp 1 , Δp 2 ), in each case a signal course (S, S ') and a reference course (R 1 , R 2 ) are detected, based on which the sensor (20) is calibrated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sensor (20) in vorgegebenen, insbesondere regelmäßigen, Zeitabständen kalibriert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor (20) is calibrated at predetermined, in particular regular, time intervals. Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (180) adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.A computer program that causes a computing unit (180) to perform a method according to any one of Claims 1 to 7 when executed on the arithmetic unit (180). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 9 ,
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