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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Zeitpunkts eines Einspritzbeginns eines Kraftstoffinjektors. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Zeitpunkt eines Einspritzbeginns eines Kraftstoffinjektors mittels des Verfahrens zu ermitteln.
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Stand der Technik
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Im Betrieb eines an einem Kraftstoffhochdruckspeicher (Common Rail) angeschlossenen Kraftstoffinjektors für die Kraftstoffdirekteinspritzung muss der Zeitpunkt eines Einspritzbeginns des Kraftstoffinjektors ermittelt werden. Der Einspritzbeginn wird auch als SOI (Start of Injection) bezeichnet. Die Auswertung des Signals eines piezoelektrischen Nadelschließsensors (Needle Closing Sensor; NCS) erlaubt einen Rückschluss auf den Zeitpunkt des Einspritzbeginns. Der piezoelektrische Nadelschließsensor liefert ein Spannungssignal, welches proportional zum Druck im Ventilraum eines Steuerventils des Kraftstoffinjektors ist. Das Minimum der zweiten Ableitung des Signalverlaufs des piezoelektrischen Nadelschließsensors kann als Hinweis auf den Zeitpunkt des Einspritzbeginns verwendet werden. Allerdings ist der auf diese Weise ermittelte Zeitpunkt verfälscht, da das Sensorsignal linear durch eine Störkomponente überlagert wird. Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei dieser um Körperschall handelt. Ein Ansatz um diese Störung zu entfernen besteht in einer Filterung des Signals, durch welches dieses allerdings verändert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Verfahren zur Ermittlung eines Zeitpunkts eines Einspritzbeginns eines Kraftstoffinjektors sieht vor, dass in einem zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals eines Nadelschließsensors des Kraftstoffinjektors nach einem Referenzmuster gesucht wird. Ein solches Referenzmuster weist einen Anfang und ein Ende auf und deckt damit einen Zeitraum ab. Wenn das Referenzmuster in dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals gefunden wurde, definiert es also einen Zeitraum innerhalb dieses zeitlichen Verlaufs. Es wird erkannt, dass der Zeitpunkt des Einspritzbeginns in diesem Zeitraum liegt.
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Die Suche nach dem Referenzmuster kann mittels Methoden der Mustersuche (Pattern Matching in Time Series) erfolgen. Hierbei werden der zeitliche Verlauf des Sensorsignals und das Referenzmuster auf gleiche Einheiten normiert und dann verglichen.
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Vor Beginn des Suchens wird das Referenzmuster vorzugsweise um ein bekanntes Signaloffset des Nadelschließsensors verschoben. Während dasselbe Referenzmuster grundsätzlich für alle baulich gleichen Kraftstoffinjektoren verwendet werden kann, ermöglicht es die Berücksichtigung des Signaloffsets beim Suchen, Störungen durch eine Alterung eines individuellen Kraftstoffinjektors auszuschließen.
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Eine bevorzugte Methode des Suchens besteht darin, eine Korrelation zwischen Signalintensitäten im zeitlichen Verlauf des Sensorsignals und Signalintensitäten des Referenzmusters zu bilden. Besonders bevorzugt erfolgt diese Korrelation, indem für Punkte des Referenzmusters jeweils ein Betrag einer Differenz zwischen einer Signalintensität des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und einer Signalintensität des Referenzmusters gebildet wird. Hierbei können wahlweise zwischen dem Anfang und dem Ende des Referenzmusters viele Punkte berücksichtigt werden, um eine hohe Genauigkeit der Korrelation zu gewährleisten oder es kann eine Beschränkung auf wenige Punkte erfolgen, um das Verfahren mit wenig Rechenleistung in einem elektronischen Rechengerät durchführen zu können. Durch Verschieben des Referenzmusters entlang einer Zeitachse des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals wird ein zeitlicher Verlauf des Betrages gebildet. Am absoluten Minimum des zeitlichen Verlaufs des Betrages besteht die größte Übereinstimmung zwischen dem Sensorsignal und dem Referenzmuster. Deshalb wird der Zeitpunkt des absoluten Minimums als Zeitpunkt des Einspritzbeginns erkannt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens, in der dieses mit besonders geringem Rechenaufwand durchgeführt werden kann, wird das Referenzmuster durch zwei Geradenstücke approximiert. Es kann dann durch drei Punkte definiert werden, so dass es leicht entlang des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals verschoben werden kann und die Summe der Beträge für jedes Inkrement gebildet werden kann, um so den zeitlichen Verlauf des Betrages zu ermitteln.
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Um das Referenzmuster zu erhalten, wird vorzugsweise ein zeitlicher Verlauf des Sensorsignals modelliert. Ein Abschnitt des modellierten zeitlichen Verlaufs, welcher mit dem Einspritzbeginn beginnt, kann dann als Referenzmuster verwendet werden. Je länger dieser Abschnitt ist, desto genauer kann der Zeitpunkt des Einspritzbeginns ermittelt werden. Mit steigender Länge des Abschnitts, steigt allerdings auch der Rechenaufwand des Verfahrens.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens in einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
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Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Zeitpunkt eines Einspritzbeginns des Kraftstoffinjektors mittels des Verfahrens zu ermitteln.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors, welcher dessen Schaltventil aufweist.
- 2 zeigt in zwei Diagrammen den zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals und einer Korrelation in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Steuerventil eines Kraftstoffinjektors 19 dient der Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 1 eines Kraftstoffinjektors in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. Das Steuerventil umfasst hierzu ein Ventilschließelement 2, das über einen hohlzylinderförmigen Ansatz 3 eines Ventilstücks 4 axial beweglich geführt ist. Das Ventilstück 4 bildet innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes 3 einen Ventilsitz 5 aus, gegen den das Ventilschließelement 2 mittels einer Feder 6 axial vorgespannt ist.
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Zum Öffnen des Steuerventils wird eine Magnetspule 7 bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird dessen Magnetkraft auf einen Anker einwirkt, der vorliegend durch einen plattenförmigen Abschnitt 8 des Ventilschließelements 2 gebildet wird. Die Magnetkraft bewegt das Ventilschließelement 2 entgegen der Federkraft der Feder 6 in Richtung eines Magnetkerns 9 der die Magnetspule 7 umgibt und ein Hubanschlag für das Ventilschließelement 2 ausbildet. Öffnet das Steuerventil, so wird eine Verbindung eines Steuerraums 10 mit einem ringförmigen Ventilraum 11 hergestellt, der innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes 3 des Ventilstücks 4 angeordnet ist. Die Verbindung führt über eine Ablaufdrossel 12, die wie auch der Steuerraum 10 im Ventilstück 4 ausgebildet ist. Der im Steuerraum 10 herrschende Steuerdruck, der die Düsennadel 1 in Schließrichtung belastet, sinkt ab und die Düsennadel 1 vermag zu öffnen. Weiterhin weist das Steuerventil einen Ventilnapf 13 auf.
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Der aus dem Steuerraum 10 in den Ventilraum 11 ablaufende Kraftstoff muss weiter abgeführt werden. Das Ventilstück 4 weist im hohlzylinderförmigen Ansatz 3 Radialbohrungen 14 auf, die eine dauerhafte Verbindung des Ventilraums 11 mit einem Niederdruckraum 15 herstellen.
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Um die Düsennadel 1 in ihren Sitz zurück zu stellen, muss der Steuerdruck im Steuerraum 10 wieder angehoben werden. Hierzu wird die Bestromung der Magnetspule 7 beendet, so dass die Feder 6 das Ventilschließelement 2 in seine Ausgangslage zurückstellt und das Steuerventil schließt.
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Ein piezoelektrischer Nadelschließsensor 18 ist vorgesehen um den Druck im Ventilraum 11 zu ermitteln.
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2 zeigt in ihrem oberen Teil den zeitlichen Verlauf des elektrischen Spannungssignals S des Nadelschließsensors 18. Aus dem gemessenen Verlauf Smess mit der Zeit t soll in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Zeitpunkt tSOI eines Einspritzbeginns des Kraftstoffinjektors 19, also des Zeitpunkts, zu dem sich die Düsennadel 1 öffnet, ermittelt werden. Mittels einer Simulationsplattform wurde ein erwarteter zeitlicher Verlauf Ssim des Sensorsignals S modelliert. Ein anfänglicher Abschnitt dieses modellierten Verlaufs Ssim wird als Referenzmuster Sref1 verwendet. Um ein Sensoroffset des verwendeten Nadelschließsensors 18 zu berücksichtigen, wurde dieses Referenzmuster Sref1 entlang der Ordinate nach unten verschoben. Das Referenzmuster Sref1 wird in mehrere Punkte unterteilt und dann allmählich entlang der Abszisse verschoben. Dabei wird jeweils für jeden Punkt des Referenzmusters Sref1 die Differenz zwischen der Signalamplitude des mittels des Nadelschließsensors 18 gemessenen zeitlichen Verlaufs Smess und der Signalamplitude gemäß dem Referenzmuster Sref1 gebildet. Die Beträge aller dieser Differenzen werden addiert und in eine zeitliche Korrelation K eingetragen. Es ist in 2 zu erkennen, dass sowohl der gemessene zeitliche Verlauf Smess als auch der modellierte zeitliche Verlauf Ssim , aus dem das Referenzmuster Sref1 gebildet wurde, zwar über das gesamte Diagramm bekannt sind, Werte für die Korrelation K jedoch erst zeitlich versetzt zur Verfügung stehen, da der erste Vergleich zwischen dem gemessenen zeitlichen Verlauf Smess und dem Referenzmuster Sref1 bereits einen Zeitraum betrifft, dessen Mittelpunkt gegenüber dem gemessenen zeitlichen Verlauf Smess zeitlich verschoben ist, so dass zu Beginn des in 2 unten dargestellten Diagramms der Korrelation K keine Daten zur Verfügung stehen.
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Während das Referenzmuster Sref1 entlang der Abszisse verschoben wird, erreicht es an der mit Sref2 bezeichneten Stelle in 2 seine größte Überstimmung mit dem gemessenen zeitlichen Verlauf Smess. Dies wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erkannt, dass die Korrelation K dort nicht nur ein lokales, sondern sogar ein absolutes Minimum aufweist. Der Zeitpunkt dieses absoluten Minimums wird als Zeitpunkt tSOI des Einspritzbeginns erkannt.
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In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Referenzmuster Sref1 nicht in der in 2 dargestellten Weise als unveränderter Abschnitt des modellierten zeitlichen Verlaufs Ssim des Sensorsignals S verwendet, sondern durch zwei Geradenstücke approximiert. Es wird dann durch drei Punkte definiert, nämlich sein Anfangspunkt, seinen Endpunkt sowie dem Punkt, in dem das erste Geradenstück in das zweite Geradenstück übergeht.
