DE102018218229A1 - Method of determining a charge constant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Ladungskonstante eines piezoelektrischen Nadelschließsensors eines Kraftstoffinjektors. Die Ladungskonstante wird aus mindestens einem nach einem Nadelschließen einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors auftretendes Maximum (S) eines Sensorsignals (S) des Nadelschließsensors ermittelt.The invention relates to a method for determining a charge constant of a piezoelectric needle closing sensor of a fuel injector. The charge constant is ascertained from at least one maximum (S) of a sensor signal (S) of the needle closing sensor that occurs after a nozzle needle of the fuel injector is closed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Ladungskonstante eines piezoelektrischen Nadelschließsensors 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 eine Ladungskonstante mittels des Verfahrens zu ermitteln.The present invention relates to a method for determining a charge constant of a piezoelectric needle closing sensor of a fuel injector. Furthermore, the present invention relates to a computer program which is set up to carry out each step of the method, and to a machine-readable storage medium on which the computer program is stored. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to determine a charge constant by means of the method.
Stand der TechnikState of the art
Der Betrieb eines an einen Kraftstoffhochdruckspeicher (Common Rail) angeschlossenen Kraftstoffinjektors für die Kraftstoffdirekteinspritzung ist nach wie vor eine große Herausforderung. Zwar kann der Ankerhub mittlerweile auf ± 1 µm genau eingestellt werden, durch Verschleiß und Laufzeiteffekte und durch verschiedene Betriebsbedingungen kann der tatsächlich vorliegende bzw. erreichte Ankerhub aber wesentlich stärker streuen. Dabei sind insbesondere zu kleine Ankerhübe für die Injektorfunktion problematisch, weil sie zu Sitzdrosselung und damit deutlich reduzierter Einspritzmenge führen können. Ein zu hoher Ankerhub kann erhöhte Verschleißerscheinungen hervorrufen.The operation of a fuel injector for direct fuel injection connected to a high-pressure fuel accumulator (common rail) is still a major challenge. Although the armature stroke can now be set to an accuracy of ± 1 µm, wear and runtime effects and various operating conditions mean that the armature stroke that is actually present or achieved can vary considerably. Armature strokes that are too small are particularly problematic for the injector function because they can result in seat throttling and thus a significantly reduced injection quantity. An excessively high anchor stroke can cause increased wear and tear.
Die Ladungskonstante
Im Betrieb und über die Laufzeit des Nadelschließsensors erfolgt eine Streuung der Ladungskonstanten von bis zu 30 %. Bisherige Verfahren zur Bestimmung der Ladungskonstanten, die beispielsweise im Rahmen einer Werksprüfung durchgeführt werden, sind nur unzureichend genau. Da Teile, die eine unzulässige Abweichung der Ladungskonstanten vom Sollzustand aufweisen, nicht sicher identifiziert werden können, werden deshalb möglicherweise eigentlich funktionstüchtige Teile fälschlicherweise aussortiert.During operation and over the running time of the needle closing sensor, the charge constants are scattered by up to 30%. Previous methods for determining the charge constants, which are carried out, for example, as part of a factory test, are insufficiently accurate. Since parts that have an impermissible deviation of the charge constant from the target state cannot be identified with certainty, parts that are actually functioning may therefore be incorrectly sorted out.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
In dem Verfahren zum Ermitteln einer Ladungskonstante eines piezoelektrischen Nadelschließsensors eines Kraftstoffinjektors wird die Ladungskonstante aus mindestens einem nach einem Nadelschließen einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors auftretenden Maximum eines Sensorsignals des Nadelschließsensors ermittelt. Beim Nadelschließen erfolgt ein Anstieg eines Ventilraumdrucks des Kraftstoffinjektors von einem Fahrdruck auf den Raildruck, also auf jenen Druck, der im Kraftstoffhochdruckspeicher vorliegt, welcher den Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgt. Dieser Anstieg ist im Signalverlauf des Nadelschließsensors sichtbar und kann in Form des Maximums des Signals einfach ausgewertet werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Proportionalität zwischen diesem Maximum und der Ladungskonstanten des piezoelektrischen Nadelschließsensors vorliegt, so dass aus dem Maximum in einfacher Weise die Ladungskonstante ermittelt werden kann.In the method for determining a charge constant of a piezoelectric needle closing sensor of a fuel injector, the charge constant is determined from at least one maximum of a sensor signal of the needle closing sensor that occurs after a nozzle needle of the fuel injector is closed. When the needle closes, the valve chamber pressure of the fuel injector increases from a driving pressure to the rail pressure, that is to say the pressure that is present in the high-pressure fuel reservoir that supplies the fuel injector with fuel. This increase is visible in the signal curve of the needle closing sensor and can be easily evaluated in the form of the maximum of the signal. The invention is based on the finding that there is a proportionality between this maximum and the charge constant of the piezoelectric needle closing sensor, so that the charge constant can be determined in a simple manner from the maximum.
Bevor das Nadelschließen abgeschlossen ist, also die Düsennadel des Kraftstoffinjektors in ihren Sitz zurückgekehrt ist, kommt es in der Regel zu Druckschwankungen im Ventilraum des Kraftstoffinjektors, welche sich auf das Signal des Nadelschließsensors auswirken. Um dennoch eine zuverlässige Ermittlung des Maximums des Sensorsignals zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass das Sensorsignal gefiltert wird.Before the needle closing is completed, that is, the nozzle needle of the fuel injector has returned to its seat, there are usually pressure fluctuations in the valve chamber of the fuel injector, which affect the signal from the needle closing sensor. In order nevertheless to enable a reliable determination of the maximum of the sensor signal, it is preferred that the sensor signal be filtered.
Überlagerte Druckschwingungen führen zu einer starken Abhängigkeit des Maximums von der Ansteuerdauer des Kraftstoffinjektors bzw. vom genauen Zeitpunkt des Nadelschließens. Um eine Vergleichbarkeit verschiedener Kraftstoffinjektoren bzw. verschiedener Laufzeiten eines Kraftstoffinjektors bezüglich des Maximums und damit der Bestimmung der Ladungskonstanten sicherzustellen, sollte die Phasenlage dieser Druckschwingungen gleichgestellt werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird dies erreicht, indem das Ermitteln bei einer vorgegebenen Nadelschließdauer der Düsennadel erfolgt, die insbesondere mehr als eine Millisekunde beträgt. Unter der Nadelschließdauer wird dabei der Zeitraum von der Richtungsumkehr der Düsennadelbewegung bis zum vollständigen Schließen des Nadelventils des Kraftstoffinjektors verstanden.Superimposed pressure vibrations lead to a strong dependency of the maximum on the activation period of the fuel injector or on the exact time of the needle closing. In order to ensure the comparability of different fuel injectors or different running times of a fuel injector with regard to the maximum and thus the determination of the charge constant, the phase position of these pressure fluctuations should be put on an equal footing. In one embodiment of the method, this is achieved in that the determination is carried out at a predetermined needle closing duration of the nozzle needle, which is in particular more than one millisecond. The needle closing period is understood to mean the period from the reversal of direction of the nozzle needle movement to the complete closing of the needle valve of the fuel injector.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Phasenlage der Druckschwingungen gleichgestellt, indem Maxima des Sensorsignals bei unterschiedlichen Ansteuerdauern des Nadelschließsensors gemittelt werden. Diese Ansteuerdauern betragen jeweils insbesondere mehr als 500 Mikrosekunden. Die Ladungskonstante wird dann aus dem erhaltenen Mittelwert ermittelt.In another embodiment of the method, the phase position of the pressure vibrations is assimilated by averaging maxima of the sensor signal with different actuation times of the needle closing sensor. These drive times are in particular more than 500 microseconds. The charge constant is then determined from the mean value obtained.
In einer besonders einfachen Realisierung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln, indem ein Maximum des Sensorsignals oder ein Mittelwert von Maxima des Sensorsignals mehrerer Nadelschließvorgänge mit einem Faktor multipliziert wird. Hierbei wird die direkte Proportionalität zwischen der Ladungskonstante und dem Wert des Maximums ausgenutzt. In a particularly simple implementation of the method, the determination is carried out by multiplying a maximum of the sensor signal or an average of maxima of the sensor signal of several needle closing processes by a factor. Here the direct proportionality between the charge constant and the value of the maximum is used.
Eine Verfälschung dieses Zusammenhangs kann über die finale Nadelschließgeschwindigkeit der Düsennadel erfolgen. Diese hängt von der Sitzgeometrie und der Sacklochgeometrie des Nadelventils ab. Sie kann im Rahmen einer Werksprüfung indirekt über den Verlauf einer Einspritzrate des Kraftstoffinjektors mitgemessen werden. Es ist deshalb bevorzugt, dass beim Ermitteln ein betragsmäßiges Maximum einer Ableitung der Einspritzrate bei einem Nadelschließvorgang berücksichtigt wird. Dies ist bei der Ermittlung des Driftverhaltens der Ladungskonstanten im Betrieb des Kraftstoffinjektors nicht möglich. Da die finale Nadelschließgeschwindigkeit allerdings nicht nennenswert driftet, verfälscht sie den Zusammenhang zwischen dem Maximum des Sensorsignals und der Ladungskonstanten über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors nicht nennenswert. Weiterhin ist es bevorzugt, dass bei dem Ermitteln Werte eines Referenzinjektors berücksichtigt werden, um so ein erwartetes Injektorverhalten in die Ermittlung einfließen zu lassen. Bei den Werten handelt es sich insbesondere um ein erwartetes Maximum des Sensorsignals, eine erwartete Ladungskonstante und ein erwartetes betragsmäßiges Maximum der Ableitung der Einspritzrate.This correlation can be falsified via the final needle closing speed of the nozzle needle. This depends on the seat geometry and the blind hole geometry of the needle valve. It can be measured indirectly in the course of a factory test via the course of an injection rate of the fuel injector. It is therefore preferred that when determining a maximum of a derivative of the injection rate is taken into account in a needle closing process. This is not possible when determining the drift behavior of the charge constants during operation of the fuel injector. However, since the final needle closing speed does not drift significantly, it does not significantly falsify the relationship between the maximum of the sensor signal and the charge constant over the service life of the fuel injector. It is further preferred that values of a reference injector are taken into account in the determination, in order to allow an expected injector behavior to be incorporated into the determination. The values are in particular an expected maximum of the sensor signal, an expected charge constant and an expected maximum in terms of amount of the derivation of the injection rate.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder auf einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens auf einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne daran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.The computer program is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or on an electronic control device. It enables the method to be implemented on a conventional electronic control unit without having to make any structural changes. For this purpose, it is stored on the machine-readable storage medium.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine Ladungskonstante mittels des Verfahrens zu ermitteln.By loading the computer program onto a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained which is set up to determine a charge constant by means of the method.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt schematisch mehrere Kraftstoffinjektoren mit Nadelschließsensoren, deren Ladungskonstanten mittels Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden können. -
2 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf eines Ventilraumdrucks eines Nadelhubs und eines Sensorsignals eines Nadelschließsensors in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
3 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit eines Maximums eines Sensorsignals eines Nadelschließsensors von der Ansteuerdauer eines Kraftstoffinjektors für sechs verschiedene Kraftstoffinjektoren. -
4 zeigt in einem Diagramm eine Abhängigkeit eines Maximums eines Sensorsignals eines Nadelschließsensors eines Kraftstoffinjektors in Abhängigkeit von der Nadelschließdauer für sechs unterschiedliche Kraftstoffinjektoren. -
5 zeigt in drei Diagrammen den zeitlichen Verlauf einer Einspritzrate und der Ableitung einer Einspritzrate eines Kraftstoffinjektors sowie des Sensorsignals seines Nadelschließsensors.
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1 schematically shows several fuel injectors with needle-closing sensors, the charge constants of which can be determined by means of exemplary embodiments of the method according to the invention. -
2nd shows in a diagram the time course of a valve chamber pressure of a needle stroke and a sensor signal of a needle closing sensor in an embodiment of the method according to the invention. -
3rd shows in a diagram the dependence of a maximum of a sensor signal of a needle-closing sensor on the activation period of a fuel injector for six different fuel injectors. -
4th shows in a diagram a dependency of a maximum of a sensor signal of a needle closing sensor of a fuel injector as a function of the needle closing time for six different fuel injectors. -
5 shows in three diagrams the time course of an injection rate and the derivation of an injection rate of a fuel injector and the sensor signal of its needle-closing sensor.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Druck
In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ladungskonstante
Dabei bezeichnet
Dabei bezeichnet Sref das Maximum Smax eines goldenen Referenzkraftstoffinjektors,
Die Formel 3 kann erst in Formel 4 und dann in Formel 5 umgeformt werden:
Wie im ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird also auch hier das Maximum Smax mit einer ersten Konstanten
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur für eine Werksprüfung der Kraftstoffinjektoren
Während die Konstante
Anstatt das Maximum Smax bei einer definierten Nadelschließdauer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102014204098 A1 [0003]DE 102014204098 A1 [0003]
- DE 102009029549 A1 [0014]DE 102009029549 A1 [0014]
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