DE102019202126A1 - Method for determining at least one parameter of a piezo sensor of a fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Bestimmung mindestens eines Parameters (SSF, τ) eines Piezo-Sensors (300) eines Kraftstoffinjektors mit folgenden Schritten: Messen (120) eines Verlaufs eines Drucks (p) im Inneren des Kraftstoffinjektors; Messen (140) einer Ausgangsspannung (U) des Piezo-Sensors (300); Ermitteln (160) einer modellierten Ausgangsspannung (U) der des Piezo-Sensors (300); und Ermitteln (180) eines Maßes (J) für eine Abweichung der modellierten Ausgangsspannung (U) von der gemessenen Ausgangsspannung (U) des Piezo-Sensors (300).The invention relates to a method (100) for determining at least one parameter (SSF, τ) of a piezo sensor (300) of a fuel injector with the following steps: measuring (120) a profile of a pressure (p) inside the fuel injector; Measuring (140) an output voltage (U) of the piezo sensor (300); Determining (160) a modeled output voltage (U) of the piezo sensor (300); and determining (180) a measure (J) for a deviation of the modeled output voltage (U) from the measured output voltage (U) of the piezo sensor (300).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines Piezo-Sensors eines Kraftstoffinjektors, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.The present invention relates to a method for determining at least one parameter of a piezo sensor of a fuel injector, a computer program, a machine-readable storage medium and an electronic control device.
Stand der TechnikState of the art
Im Stand der Technik ist die Common-Rail-Einspritzung bekannt, bei der Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventile oder Injektoren verwendet werden. Im Stand der Technik wurden hierzu Regelfunktionen entwickelt, um die Einspritzgenauigkeit der Kraftstoff-Einspritzventile zu verbessern bzw. über die Lebensdauer aufrecht zu halten. Basis dieser Regelfunktionen ist ein Sensorsignal bzw. dessen Auswertung, um charakteristische Größen des Injektors zu ermitteln.In the prior art, common rail injection is known, in which high-pressure fuel injection valves or injectors are used. In the prior art, control functions were developed for this purpose in order to improve the injection accuracy of the fuel injection valves or to maintain it over the service life. These control functions are based on a sensor signal or its evaluation in order to determine characteristic variables of the injector.
Bei einem Piezo-Injektor eines Common-Rail-Systems des Stands der Technik ist dieser Sensor ein aktiver Piezo-Sensor, der außen auf einem Haltekörper auf Höhe einer Hochdruckbohrung angebracht ist. Hierbei reagiert der Sensor auf eine Änderung der mechanischen Spannung, die aufgrund von Druckänderungen in der Hochdruckbohrung ausgelöst wird. Zur Erfassung des Sensorsignalverlaufs ist der Sensor über eine geeignete Eingangsbeschaltung mit einem schnellen Analog-Digital-Wandler, dem sogenannten ΔΣ-Wandler, verbunden.In the case of a piezo injector of a common rail system of the prior art, this sensor is an active piezo sensor which is attached to the outside of a holding body at the level of a high pressure bore. The sensor reacts to a change in the mechanical tension, which is triggered due to changes in pressure in the high-pressure bore. To detect the sensor signal curve, the sensor is connected to a fast analog-digital converter, the so-called ΔΣ converter, via suitable input circuitry.
Gemäß einem vereinfachten Ersatzschaltbild des Sensors und des ΔΣ-Wandlers erzeugt der Sensor eine Spannung UNCS,Ini, welche proportional zu dem Druck ist, welcher in der Hochdruckbohrung herrscht. Der Proportionalitätsfaktor, auch Sensorskalierungsfaktor genannt, wird mit der Bezeichnung SSF abgekürzt. Die am Sensor anliegende Spannung entlädt sich über den Widerstand der Eingangsschaltung. Die beiden für die Entladung und deren zeitliche Streuung relevantesten Bauteile der Ersatzschaltung sind die Sensorkapazität CNCS und der Innenwiderstand RΔΣ,in des ΔΣ-Wandler. Deren Produkt ergibt die Zeitkonstante τ des entsprechenden RC-Gliedes, welche den Verlauf der Entladung bestimmt.According to a simplified equivalent circuit diagram of the sensor and the ΔΣ converter, the sensor generates a voltage U NCS, Ini , which is proportional to the pressure that prevails in the high-pressure bore. The proportionality factor, also called sensor scaling factor, is abbreviated as SSF. The voltage applied to the sensor is discharged through the resistance of the input circuit. The two components of the equivalent circuit that are most relevant for the discharge and its temporal spread are the sensor capacitance C NCS and the internal resistance R ΔΣ, in of the ΔΣ converter. Their product gives the time constant τ of the corresponding RC element, which determines the course of the discharge.
Da die im Ersatzschaltbild enthaltenen Parameter, d.h. SSF, CNCS und RΔΣ,in große Streuungen aufweisen, kann die Zeitkonstante nicht genau bestimmt werden.Since the parameters contained in the equivalent circuit diagram, ie SSF, C NCS and R ΔΣ, vary widely, the time constant cannot be precisely determined.
Bei einer der oben erwähnten Regelfunktionen, welche SQA (engl.: Small Quantity Adaption) genannt wird, wird die Sensorausgabe als Absolutwert benötigt. Hierbei wird demnach eine Sensorskalierung benötigt, welche unter hohem Aufwand mithilfe einer Testeinspritzung bestimmt werden kann.In one of the above-mentioned control functions, which is called SQA (Small Quantity Adaption), the sensor output is required as an absolute value. In this case, sensor scaling is therefore required, which can be determined with great effort using a test injection.
Andere Regelfunktionen setzen auf die Detektion von charakteristischen Merkmalen des Injektorverhaltens wie z.B. den Nadelschließzeitpunkt. Hierbei beeinflussen unterschiedliche Entladezeitkonstanten die erkannten Zeitpunkte kaum.Other control functions rely on the detection of characteristic features of the injector behavior such as the needle closing time. Different discharge time constants hardly influence the recognized times.
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das Verfahren dient der Bestimmung mindestens eines Parameters eines Piezo-Sensors eines Kraftstoffinjektors. Hierbei wird unter einem Parameter eines Piezo-Sensors ein Parameter verstanden, welcher mindestens eine physikalische Eigenschaft des Piezo-Sensors charakterisiert.The method is used to determine at least one parameter of a piezo sensor of a fuel injector. Here, a parameter of a piezo sensor is understood to mean a parameter which characterizes at least one physical property of the piezo sensor.
Der Piezo-Sensor misst eine mechanische Spannung, welche in der Hochdruckbohrung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils herrscht. The piezo sensor measures a mechanical tension which prevails in the high pressure bore of a high pressure fuel injection valve.
Gemäß einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Verlauf eines Drucks im Inneren des Kraftstoffinjektors gemessen. Hierbei kann der angemessene Druckverlauf als Eingangssignal des Sensors angesehen werden.According to a first step of the method, a pressure curve in the interior of the fuel injector is measured. Here, the appropriate pressure curve can be viewed as the input signal of the sensor.
Bevorzugt ist der Kraftstoffinjektor ein Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil, welcher somit in einem Common-Rail-System verwendet werden kann.The fuel injector is preferably a high-pressure fuel injection valve, which can thus be used in a common rail system.
Bevorzugt ist der Piezo-Sensor ein aktiver Piezo-Sensor, welcher auf Änderungen der mechanischen Spannung reagiert.The piezo sensor is preferably an active piezo sensor which reacts to changes in the mechanical tension.
Gemäß einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine Ausgangsspannung des Piezo-Sensors gemessen. Bevorzugt wird der erste und zweite Schritt gleichzählig durchgeführt.According to a second step of the method, an output voltage of the piezo sensor is measured. The first and second steps are preferably carried out identically.
Gemäß einem dritten Schritt des Verfahrens wird eine modellierte oder simulierte Ausgangsspannung des Piezo-Sensors ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt bei Stimulation mit dem gemessenen Eingangssignal.According to a third step of the method, a modeled or simulated output voltage of the piezo sensor is determined. This is preferably done with stimulation with the measured input signal.
Gemäß einem vierten Schritt des Verfahrens wird ein Maß für eine Abweichung der modellierten simulierten Ausgangsspannung von der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors ermittelt.According to a fourth step of the method, a measure for a deviation of the modeled simulated output voltage from the measured output voltage of the sensor is determined.
Durch das Verfahren wird vorteilhafterweise erreicht, dass mindestens ein Parameter des Piezo-Sensors ohne die Möglichkeit einer Testeinspritzung bestimmt werden kann. Ferner liefert das vorliegende Verfahren eine Sensorskalierung, wodurch die oben erwähnte SQA-Regelfunktion realisiert werden kann. Darüber hinaus werden andere Detektionsfunktionen durch eine Kompensation der Sensorentladung verbessert. Eine andere Detektionsfunktion kann eine Pilot Quantity Detection (POD) genannte Funktion sein. Die vorliegende Sensorskalierung des beschriebenen Verfahrens ist lediglich ein erster Teil der POD. Anschließend wird eine Integration des Signals durchgeführt, welche verbessert werden kann.The method advantageously ensures that at least one parameter of the piezo sensor can be determined without the possibility of a test injection. Furthermore, the present method a sensor scaling, whereby the above-mentioned SQA control function can be implemented. In addition, other detection functions are improved by compensating for the sensor discharge. Another detection function can be a function called Pilot Quantity Detection (POD). The present sensor scaling of the described method is only a first part of the POD. The signal is then integrated, which can be improved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Parameter des Piezo-Sensors ein Parameter einer Ersatzschaltung des Piezo-Sensors sein.According to a preferred embodiment, a parameter of the piezo sensor can be a parameter of an equivalent circuit of the piezo sensor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird gemäß einem fünften Schritt des Verfahrens ermittelt, ob das Maß für die Abweichung der modellierten Ausgangsspannung von der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors kleiner als eine vorgegebene Größe ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Voraussetzung dafür geschaffen, dass entschieden werden kann, ob die modellierte Ausgangsspannung nahe genug an der gemessenen Ausgangsspannung liegt, was als Abbruchkriterium dienen kann.According to a preferred embodiment, according to a fifth step of the method, it is determined whether the measure for the deviation of the modeled output voltage from the measured output voltage of the sensor is smaller than a predefined variable. This advantageously creates the prerequisite that a decision can be made as to whether the modeled output voltage is close enough to the measured output voltage, which can serve as a termination criterion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein sechster Schritt des Verfahrens durchgeführt, falls das Maß für die Abweichung der modellierten Ausgangsspannung von der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors größer als die vorgegebene Größe ist. Gemäß dem sechsten Schritt wird in diesem Fall das Maß für die Abweichung der modellierten Ausgangsspannung von der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors reduziert, indem mindestens ein Parameter des Piezo-Sensors variiert wird. Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise erreicht, dass sich der Wert der modellierten Ausgangsspannung der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors annähert.According to a further preferred embodiment, a sixth step of the method is carried out if the measure for the deviation of the modeled output voltage from the measured output voltage of the sensor is greater than the predefined variable. According to the sixth step, in this case the measure for the deviation of the modeled output voltage from the measured output voltage of the sensor is reduced by varying at least one parameter of the piezo sensor. This feature advantageously ensures that the value of the modeled output voltage approximates the measured output voltage of the sensor.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kehrt das Verfahren zum dritten Schritt des Verfahrens zurück, in dem die modellierte Ausgangsspannung des Piezo-Sensors ermittelt wird. Hierbei wird nunmehr die modellierte Ausgangsspannung mit mindestens einem variierten Parameter des Piezo-Sensors ermittelt, so dass sich der Wert der modellierten Ausgangsspannung in der Regel von dem Wert der zuvor bestimmten modellierten Ausgangsspannung unterscheidet.According to yet another preferred embodiment, the method returns to the third step of the method, in which the modeled output voltage of the piezo sensor is determined. In this case, the modeled output voltage is now determined with at least one varied parameter of the piezo sensor, so that the value of the modeled output voltage generally differs from the value of the previously determined modeled output voltage.
Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise die Voraussetzung dafür geschaffen, dass sich durch eine iterative Wiederholung der Bestimmung des Wertes der modellierten Ausgangsspannung der Wert der modellierten Ausgangsspannung vom Wert der gemessenen Ausgangsspannung lediglich um eine vorgegebene Größe unterscheidet.This feature advantageously creates the prerequisite for an iterative repetition of the determination of the value of the modeled output voltage to differ the value of the modeled output voltage from the value of the measured output voltage by only a predetermined amount.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden der sechste, dritte und vierte Schritt solange iterativ durchgeführt bis das Maß für die Abweichung der modellierten Ausgangsspannung von der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors kleiner als die vorgegebene Größe ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Wert der modellierten Ausgangsspannung sich vom Wert der gemessenen Ausgangsspannung lediglich um eine vorgegebene Größe unterscheidet.According to a preferred embodiment, the sixth, third and fourth steps are carried out iteratively until the measure for the deviation of the modeled output voltage from the measured output voltage of the sensor is smaller than the predetermined value. This advantageously means that the value of the modeled output voltage differs from the value of the measured output voltage only by a predetermined amount.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Ende der iterativen Durchführung der mindestens eine, bevorzugt alle, Parameter ermittelt. Der mindestens eine Parameter kann in dem Verfahren ausgegeben werden oder in einer geeigneten Vorrichtung gespeichert werden.According to a preferred embodiment, the at least one, preferably all, parameters are determined after the end of the iterative implementation. The at least one parameter can be output in the method or stored in a suitable device.
Bevorzugt wird der Schritt des Reduzierens des Maßes für die Abweichung der modellierten Ausgangsspannung von der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors, indem mindestens ein Parameter des Piezo-Sensors variiert wird, durch einen Optimieralgorithmus realisiert. Hierbei wird der Optimieralgorithmus bevorzugt durch ein Gradientenverfahren realisiert. Dies ist ein Standardverfahren, welches vorteilhafterweise durch die Bildung eines Gradienten erkennt, in welche Richtung der mindestens eine Parameter verändert werden soll, um schnellstmöglich einen optimalen Wert zu erreichen.The step of reducing the measure for the deviation of the modeled output voltage from the measured output voltage of the sensor by varying at least one parameter of the piezo sensor is preferably implemented by an optimization algorithm. The optimization algorithm is preferably implemented using a gradient method. This is a standard method which advantageously recognizes by forming a gradient in which direction the at least one parameter is to be changed in order to achieve an optimal value as quickly as possible.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines Piezo-Sensors eines Kraftstoffinjektors durchzuführen.The computer program is set up to carry out each step of the method, in particular when it runs on an electronic control device or computing device. This enables the implementation of the method in a conventional control device without having to make structural changes to it. For this purpose, the computer program is stored on a machine-readable storage medium. By uploading the computer program to a conventional electronic control device, the electronic control device is obtained, which is set up to carry out a method for determining at least one parameter of a piezo sensor of a fuel injector.
FigurenlisteFigure list
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
2 zeigt ein Ersatzschaltbild des Piezo-Sensors inklusive einer Messschaltung.
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1 shows a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the invention. -
2 shows an equivalent circuit diagram of the piezo sensor including a measuring circuit.
Ausführungsbeispiel der Erfindung Embodiment of the invention
Im zweiten Schritt
Im dritten Schritt
Hierzu wird ein Einfachmodell des Piezo-Sensors inklusive. Ersatzschaltung erstellt, welches vorliegend ein Hochpass erster Ordnung aufweist.A simple model of the piezo sensor is included for this purpose. Equivalent circuit created, which in the present case has a first-order high pass.
Die am Piezo-Sensor
Digitale rekursive Filter können analoge Filter simulieren, die aus Widerständen und Kondensatoren bestehen. Kapitel
Der Parameter x ist ein Wert zwischen null und eins, durch den die Eigenschaften des rekursiven Filters gesteuert wird. Der Wert des Parameters x ist der Betrag der Änderung bzw. des Zerfalls zwischen benachbarten Werten. Somit ist x gegeben durch folgende Formel:
Hier ist Δt die Zeitdifferenz zwischen benachbarten diskreten Werten der rekursiven Berechnung. Durch Einsetzen der Koeffizienten der Formel (1) und des Wertes für x der Formel (2) in die Rekursionsformel
Im vierten Schritt
Hierzu wird während des Betriebs des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils eine Änderung des Drucks p hervorgerufen, diese gemessen und zeitgleich das Ausgangssignal UNCS,Mess des Piezo-Sensors
Der gemessene Raildruckverlauf wird als Eingangssignal in das zuvor beschriebene Einfachmodell eingespeist, wodurch die modellierte Ausgangsspannung UNCS,Sim ermittelt werden kann. The measured rail pressure profile is fed into the previously described simple model as an input signal, whereby the modeled output voltage U NCS, Sim can be determined.
Im fünften Schritt
Die Abweichung J zwischen dem simulierten Ausgangssignal UNCS,Sim und dem gemessenen Sensorsignal UNCS,Mess kann mit der untenstehenden Formel (4) ermittelt werden:
Demnach ist die Abweichung J zwischen dem simulierten Ausgangssignal UNCS,Sim und dem gemessenen Sensorsignal UNCS,Mess eine über alle Diskretisierungspunkte summierte Summe der quadrierten Abweichungen des simulierten Ausgangssignals UNCS,Sim von dem gemessenen Sensorsignal UNCS,Mess. Die Diskretisierungspunkte sind mit dem Index i versehen. Die Abweichung J ist hierbei eine Funktion der beiden Parameter SSF und τ.Accordingly, the deviation J between the simulated output signal U NCS, Sim and the measured sensor signal U NCS, Mess is a sum of the squared deviations of the simulated output signal U NCS, Sim from the measured sensor signal U NCS, Mess, summed over all discretization points. The discretization points are provided with the index i. The deviation J is a function of the two parameters SSF and τ.
In dem sechsten Schritt
Die Abweichung zwischen dem simulierten Ausgangssignal UNCS,Sim und dem gemessenen Sensorsignal UNCS,Mess wird mittels eines Optimieralgorithmus der nachstehenden Formel (5) reduziert.
Hierbei werden die beiden Parameter SSF und τ ermittelt.The two parameters SSF and τ are determined here.
Nach Schritt
Hierbei wird nunmehr die modellierte Ausgangsspannung UNCS,Sim mit mindestens einem variierten Parameter der beiden Parameter SSF und τ der Ersatzschaltung ermittelt, so dass sich der Wert der modellierten Ausgangsspannung UNCS,Sim in der Regel von dem Wert der zuvor bestimmten modellierten Ausgangsspannung UNCS,Sim unterscheidet.The modeled output voltage U NCS, Sim is now determined with at least one varied parameter of the two parameters SSF and τ of the equivalent circuit, so that the value of the modeled output voltage U NCS, Sim generally differs from the value of the previously determined modeled output voltage U NCS , Sim is different.
Der sechste Schritt
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2019
- 2019-02-18 DE DE102019202126.3A patent/DE102019202126A1/en active Pending
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