DE102020213705A1 - Method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve, computer program, control unit, internal combustion engine and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil. Das Verfahren umfasst:- Ermitteln eines Ankeraufprallzeitpunkts, zu dem ein Anker des Magnetventils auf eine Ventilnadel des Magnetventils anschlägt;- Ermitteln einer Öffnungsverzugszeits des Injektors, die einer Zeitspanne zwischen dem Ankeraufprallzeitpunkt und einem Öffnungszeitpunkt des Magnetventils entspricht; und- Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts des Injektors basierend auf dem Ankeraufprallzeitpunkt und der Öffnungsverzugszeit.The invention relates to a method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve. The method includes:- determining an armature impact time at which an armature of the solenoid valve strikes a valve needle of the solenoid valve;- determining an opening delay time of the injector, which corresponds to a time span between the armature impact time and an opening time of the solenoid valve; and- determining an opening time of the injector based on the armature impact time and the opening delay time.
Description
Die Erfindung betrifft einen Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil sowie ein Computerprogramm, ein Steuergerät, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve, as well as a computer program, a control unit, an internal combustion engine and a motor vehicle.
In Verbrennungskraftmaschinen werden Injektoren verwendet, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen. Dabei steuert ein Motorsteuergerät das in den Injektoren integrierte Schaltventil, wodurch eine Einspritzdüse öffnet und wieder schließt. Über eine Öffnungsdauer des Schaltventils kann die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt werden.In internal combustion engines, injectors are used to inject fuel directly into a combustion chamber. An engine control unit controls the switching valve integrated in the injectors, which causes an injection nozzle to open and close again. The quantity of fuel injected can be determined by way of an opening duration of the switching valve.
Bei einer elektrischen Ansteuerung von Magnetventilinjektoren kann es dazu kommen, dass ein Öffnen und Schließen dieser Ventile nur verzögert stattfindet. Der Verzug der einzelnen Injektoren unterliegt Toleranzen mit der Folge, dass die Injektoren unterschiedliche Öffnungsdauern bei gleicher Ansteuerdauer aufweisen. Daraus resultiert eine unerwünschte Ungleichverteilung der Kraftstoffmasse.When solenoid valve injectors are actuated electrically, opening and closing of these valves can only take place with a delay. The delay of the individual injectors is subject to tolerances, with the result that the injectors have different opening durations with the same activation duration. This results in an undesirable uneven distribution of the fuel mass.
Die
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil, ein verbessertes Computerprogramm, ein verbessertes Steuergerät, eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine und ein verbessertes Kraftfahrzeug bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve, an improved computer program, an improved control unit, an improved internal combustion engine and an improved motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, das Computerprogramm nach Anspruch 12, das Steuergerät nach Anspruch 13, die Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14 und das Kraftfahrzeug nach Anspruch 15 gelöst.This object is achieved by the method according to
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.Further advantageous refinements of the invention result from the dependent claims and the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil. Das Verfahren umfasst:
- - Ermitteln eines Ankeraufprallzeitpunkts, zu dem ein Anker des Magnetventils auf eine Ventilnadel des Magnetventils anschlägt;
- - Ermitteln einer Öffnungsverzugszeit des Injektors, die einer Zeitspanne zwischen dem Ankeraufprallzeitpunkt und einem Öffnungszeitpunkt des Ventils entspricht; und
- - Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts des Injektors basierend auf dem Ankeraufprallzeitpunkt und der Öffnungsverzugszeit.
- - Determining an armature impact time at which an armature of the solenoid valve strikes a valve needle of the solenoid valve;
- - Determination of an opening delay time of the injector, which corresponds to a period of time between the armature impact time and an opening time of the valve; and
- - Determination of an opening time of the injector based on the armature impact time and the opening delay time.
Der Injektor mit dem Magnetventil, auch Magnetventilinjektor genannt, wird zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine verwendet. Dabei wird der Injektor elektromagnetisch betätigt. Dazu weist der Injektor eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf, so dass die Spule als Elektromagnet verwendet werden kann. In einem Ruhezustand des Magnetventils, in dem die Spule nicht bestromt ist und somit kein Magnetfeld vorliegt, wird die Ventilnadel durch ein Vorspannelement, bspw. eine Feder, in einen Ventilsitz gedrückt und somit eine Ventilöffnung geschlossen, wodurch das Magnetventil in einer geschlossenen (Ventil-)Stellung gedrängt bzw. gehalten wird. Zum Öffnen des Magnetventils kann ein Strom an die Spule angelegt werden, wodurch das Magnetfeld erzeugt wird. Während dieser Öffnungsphase übersteigt die magnetische Kraft eine Vorspannkraft des Vorspannelements. Somit kann während der Öffnungsphase der an der Ventilnadel angeordnete Anker durch die magnetische Kraft derart bewegt werden, dass der Anker die Ventilnadel mitführt und gegen die Vorspannkraft bewegt. Dadurch wird die Ventilnadel aus dem Ventilsitz gehoben, die Ventilöffnung freigegeben und somit das Magnetventil geöffnet. Zum Schließen des Magnetventils wird der an der Spule anliegende Strom abgeschaltet, so dass kein Magnetfeld mehr vorliegt. Dadurch wird die Ventilnadel durch das Vorspannelement wieder in den Ventilsitz gedrückt und die Ventilöffnung versperrt, so dass sich das Magnetventil wieder in seiner geschlossenen Ventilstellung befindet.The injector with the solenoid valve, also known as the solenoid valve injector, is used to inject fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The injector is actuated electromagnetically. For this purpose, the injector has a coil for generating a magnetic field, so that the coil can be used as an electromagnet. When the solenoid valve is in a resting state, in which the coil is not energized and there is therefore no magnetic field, the valve needle is pressed into a valve seat by a prestressing element, e.g. a spring, and a valve opening is thus closed, as a result of which the solenoid valve is in a closed (valve ) Position is pushed or held. To open the solenoid valve, a current can be applied to the coil, which creates the magnetic field. During this opening phase, the magnetic force exceeds a biasing force of the biasing element. Thus, during the opening phase, the armature arranged on the valve needle can be moved by the magnetic force in such a way that the armature entrains the valve needle and moves it against the biasing force. This lifts the valve needle out of the valve seat, releases the valve opening and thus opens the solenoid valve. To close the solenoid valve, the current applied to the coil is switched off so that there is no longer a magnetic field. As a result, the valve needle is pressed back into the valve seat by the pretensioning element and the valve opening is blocked, so that the solenoid valve is again in its closed valve position.
Der Öffnungszeitpunkt des Injektors ist derjenige, an dem sich die Ventilnadel aus dem Ventilsitz hebt und die Ventilöffnung freilegt, so dass Kraftstoff in den Brennraum einspritzbar ist. Mit anderen Worten, der Öffnungszeitpunkt ist der Zeitpunkt des initialen Abhebens der Ventilnadel aus dem Ventilsitz.The opening time of the injector is when the valve needle lifts out of the valve seat and exposes the valve opening so that fuel can be injected into the combustion chamber. In other words, the opening time is the time when the valve needle is initially lifted off the valve seat.
Mit dem Verfahren wird der Öffnungszeitpunkt des Injektors bzw. des Magnetventils bestimmt. Folglich wird an ein Ansteuerstrom zum Erzeugen des Magnetfelds der Spule angelegt, um die Öffnungsphase des Magnetventils zu beginnen.The opening time of the injector or the solenoid valve is determined with the method. Consequently, a driving current for generating the magnetic field of the coil is applied to start the opening phase of the solenoid valve.
Bei dem Verfahren wird der Ankeraufprallzeitpunkt ermittelt, zu dem der Anker auf die Ventilnadel anschlägt. Zur Erläuterung wird zunächst eine Anordnung des Ankers an der Ventilnadel beschrieben. Der Anker befindet sich in einem stromlosen Zustand der Spule in einer Ruhelage, in der er auf einem an der Ventilnadel angeordneten Ruhesitz anliegt. In einem bestromten Zustand der Spule hebt der der Anker aufgrund der magnetischen Kraft von dem Ruhesitz ab und bewegt sich in Richtung eines Ankeranschlags an der Ventilnadel. Der Anker ist also derart an der Ventilnadel angeordnet, so dass er zwischen dem Ruhesitz und dem Ankeranschlag bewegbar ist. Der Ankeraufprallzeitpunkt ist somit derjenige, zu dem der Anker (während der Öffnungsphase des Magnetventils) an dem Ankeranschlag der Ventilnadel anschlägt. Aus dem Ankeraufprallzeitpunkt kann ein Ankerfreiweg abgeleitet werden, der einer Bewegungsstrecke des Ankers aus der Ruhelage bis zum Aufprall an dem Hubanschlag der Ventil entspricht.In the method, the armature impact time is determined at which the armature strikes the valve needle. For explanation, an arrangement of the armature on the valve needle is first described. When the coil is in a currentless state, the armature is in a rest position in which it rests on a rest seat arranged on the valve needle. In an energized state of the coil, the armature lifts off the resting seat due to the magnetic force and moves in the direction of an armature stop on the valve needle. The armature is thus arranged on the valve needle in such a way that it can be moved between the resting seat and the armature stop. The armature impact time is therefore the point at which the armature strikes the armature stop of the valve needle (during the opening phase of the solenoid valve). An armature free path can be derived from the armature impact time, which corresponds to a movement distance of the armature from the rest position to impact with the stroke stop of the valve.
In dem Verfahren wird ferner die Öffnungsverzugszeit ermittelt, die der Zeitspanne zwischen dem Ankeraufprallzeitpunkt und dem Öffnungszeitpunkt des Magnetventils entspricht. Während der Öffnungsphase bewegt sich der Anker in Richtung des Ankeranschlags und schlägt schließlich dort an. Um die Ventilnadel aus dem Ventilsitz zu heben, muss die Vorspannkraft überwunden werden. Diese Öffnungsverzugszeit beschreibt die Dauer zwischen dem Aufprallen des Ankers auf dem Ankeranschlag bis zum tatsächlichen Öffnen des Magnetventils. Die Öffnungsverzugszeit hängt maßgeblich von der Vorspannkraft des Vorspannelements in dem Injektor. Ferner hängt die Öffnungsverzugszeit von der bestromten Spule erzeugten magnetischen Kraft ab. Anders ausgedrückt, die Öffnungsverzugszeit ist abhängig von einem elektromagnetischen Aktor des Injektors, der das Vorspannelement, die Spule, die Ventilnadel mit dem Ruhesitz und dem Ankeranschlag sowie den Anker umfasst.In the method, the opening delay time is also determined, which corresponds to the time span between the armature impact time and the opening time of the solenoid valve. During the opening phase, the anchor moves in the direction of the anchor stop and finally hits there. In order to lift the valve needle out of the valve seat, the pretensioning force must be overcome. This opening delay time describes the time between the impact of the armature on the armature stop and the actual opening of the solenoid valve. The opening delay time depends largely on the prestressing force of the prestressing element in the injector. Furthermore, the opening delay time depends on the magnetic force generated by the energized coil. In other words, the opening delay time is dependent on an electromagnetic actuator of the injector, which includes the pretensioning element, the coil, the valve needle with the rest seat and the armature stop, and the armature.
In manchen Ausführungsformen kann der Einfluss des Vorspannelements bspw. mit einem Modell berücksichtigt werden. Dabei kann es sich um eine empirisches und/oder mathematisches Modell handeln. In anderen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit mit einer konstanten Zeitspanne approximiert werden.In some embodiments, the influence of the prestressing element can be taken into account with a model, for example. This can be an empirical and/or mathematical model. In other embodiments, the opening delay time can be approximated with a constant time period.
Ferner wird in dem Verfahren der Öffnungszeitpunkts des Magnetventils basierend auf dem Ankeraufprallzeitpunkt und der Öffnungsverzugszeit ermittelt. In manchen Ausführungsformen kann der Öffnungszeitpunkt bestimmt werden, indem auf dem Ankeraufprallzeitpunkt die Öffnungsverzugszeit aufaddiert wird.Furthermore, in the method, the opening time of the solenoid valve is determined based on the armature impact time and the opening delay time. In some embodiments, the opening time can be determined by adding the opening delay time to the armature impact time.
Mit dem Verfahren kann der Öffnungszeitpunkt für einen Magnetventilinjektor vergleichsweise einfach und präzise ermittelt werden. Dabei berücksichtigt das Verfahren eine Bauweise und/ oder Dimensionierung der Elemente des Magnetventilinjektors, wie bspw. den elektromagnetischen Aktor, der von der Induktivität der Spule (die sich aus der Anzahl der Windungen der Spule, der Abmessung der Spule und ggf. einem von der Spule eingeschlossenen Material ergibt), dem Ankerfreiweg an der Ventilnadel, etc. abhängig sein kann.The opening time for a solenoid valve injector can be determined comparatively easily and precisely with the method. The method takes into account the design and/or dimensioning of the elements of the solenoid valve injector, such as the electromagnetic actuator, which depends on the inductance of the coil (which results from the number of turns of the coil, the dimensions of the coil and, if applicable, one of the coil trapped material), the armature free travel on the valve needle, etc. may depend.
In manchen Ausführungsformen kann der Ankeraufprallzeitpunkt unter Auswertung eines Spannungsverlaufs ermittelt werden. Mit dem Spannungsverlauf ist der Verlauf der an der Spule anliegenden Spannung gemeint. Der Spannungsverlauf kann über entsprechende Messtechnik besonders einfach und präzise erfasst werden. Dabei kann bspw. das Spannungsrohsignal erfasst werden. Folglich kann der Ankeraufprallzeitpunkt unter Auswertung des Spannungsverlaufs besonders einfach und präzise ermittelt werden.In some embodiments, the armature impact time can be determined by evaluating a voltage profile. The voltage curve means the curve of the voltage applied to the coil. The voltage curve can be recorded particularly easily and precisely using appropriate measurement technology. In this way, for example, the raw voltage signal can be recorded. Consequently, the armature impact time can be determined in a particularly simple and precise manner by evaluating the voltage profile.
In weiteren Ausführungsformen kann das Auswerten des Spannungsverlaufs ein Auswerten einer ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs umfassen. Beim Öffnen des Injektors kann eine Änderung in dem Verlauf der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs aufgrund einer Geschwindigkeitsveränderung und einer bewegten Masse des Ankers und/oder der Ventilnadel beobachtet werden. Somit kann der Ankeraufprallzeitpunkt vergleichsweise genau und einfach durch Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs ermittelt werden.In further specific embodiments, the evaluation of the voltage profile can include an evaluation of a first time derivation of the voltage profile. When the injector opens, a change in the course of the first derivative of the voltage course can be observed due to a change in speed and a moving mass of the armature and/or the valve needle. The armature impact time can thus be determined comparatively precisely and simply by evaluating the first time derivative of the voltage profile.
In anderen Ausführungsformen kann der Ankeraufprallzeitpunkt einem Extremwert in der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs entsprechen. Beim Öffnen des Injektors flacht der Spannungsverlauf ab, wenn der Anker auf die Ventilnadel prallt und diese anschließend mitführt. Mit „Extremwert“ ist gemeint, dass die erste zeitliche Ableitung ein Maximum oder ein Minimum zum Ankeraufprallzeitpunkt aufweist. Dabei sind das Maximum und das Minium ein maximaler bzw. minimaler Wert. Durch die Extremwertbestimmung kann der Ankeraufprallzeitpunkt rechnerisch und somit einfach bestimmt werden.In other embodiments, the armature impact time can correspond to an extreme value in the first time derivative of the voltage profile. When the injector opens, the voltage curve flattens out when the armature hits the valve needle and then carries it with it. By "extreme value" it is meant that the first time derivative has a maximum or a minimum at the time of anchor impact. The maximum and the minimum are a maximum and a minimum value. By determining the extreme value, the armature impact time can be calculated and thus easily determined.
In weiteren Ausführungsformen kann das Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts ferner umfassen:
- - Bestimmen eines Anfangszeitpunkts und eines Endzeitpunkts eines Auswertungszeitraums zum Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs;
- - Bilden eines ersten Differenzenquotientenverlaufs über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Anfangszeitpunkt;
- - Bilden eines zweiten Differenzenquotientenverlaufs über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Endzeitpunkt; und
- - Bilden einer Hilfsfunktion, die einen Quotienten aus dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf oder eine Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfasst; und
- - Bestimmen eines Extremwerts in der Hilfsfunktion, wobei der Extremwert dem Ankeraufprallzeitpunkt entspricht.
- - determining a start time and an end time of an evaluation period for evaluating the first time derivative of the voltage profile;
- - forming a first difference quotient curve over the evaluation period based on the starting time;
- - forming a second difference quotient profile over the evaluation period based on the end time; and
- - Forming an auxiliary function that includes a quotient from the first difference quotient curve and the second difference quotient curve or a difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve; and
- - Determination of an extreme value in the auxiliary function, the extreme value corresponding to the anchor impact time.
Mit den obigen Schritten lässt ich ein knickartiger Steigungsabfall in der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs ermitteln. Dabei entspricht der Zeitpunkt des knickartigen Steigungsabfall dem Ankeraufprallzeitpunkt. Die obigen Schritte zum Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts resultieren aus der Annahme, dass die erste Ableitung des Spannungsverlaufs mittels zwei Geraden approximiert werden kann, nämlich eine erste Gerade vom Anfangszeitpunkt kommend und eine zweite Gerade vom Endzeitpunkt kommend. Dabei ist einerseits die Steigung der ersten Gerade so lange konstant bis der knickartiger Steigungsabfall („Knick“) beim Vorwärtsdurchgang überschritten wird. Dabei bedeutet „Vorwärtsdurchgang“ die Betrachtung der ersten Gerade ausgehend vom Anfangszeitpunkt in Richtung des Endzeitpunkts. Andererseits ist die Steigung der zweiten Gerade so lange konstant bis der knickartige Steigungsabfall beim Rückwärtsdurchgang erreicht wird. Dabei bedeutet „Rückwärtsdurchgang“ die Betrachtung der zweiten Gerade ausgehend vom Endzeitpunkt in Richtung des Anfangszeitpunkts. Um die Steigungsverläufe der ersten und zweiten Gerade miteinander zu vergleichen, können Differenzquotienten(-verläufe) für die erste und die zweite Gerade gebildet und ausgewertet werden.With the above steps, I can determine a sudden drop in slope in the first time derivative of the voltage curve. The point in time of the abrupt drop in gradient corresponds to the point in time of the armature impact. The above steps for determining the armature impact time result from the assumption that the first derivation of the voltage profile can be approximated using two straight lines, namely a first straight line coming from the start time and a second straight line coming from the end time. On the one hand, the gradient of the first straight line is constant until the abrupt drop in gradient (“kink”) is exceeded during the forward pass. "Forward passage" means the consideration of the first straight line starting from the start point in the direction of the end point. On the other hand, the gradient of the second straight line is constant until the abrupt drop in gradient is reached during the reverse pass. "Reverse passage" means the consideration of the second straight line starting from the end point in the direction of the start point. In order to compare the gradients of the first and second straight lines, difference quotients (courses) can be formed and evaluated for the first and second straight lines.
Durch das Bestimmen des Auswertungszeitraums für das Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts können Zeiträume in dem Spannungsverlauf, in welchen ein Ankeraufprallzeitpunkt unplausibel ist, bereits im Vorfeld aussortiert werden. Somit kann das Verfahren ressourceneffizienter, bspw. auf einem Steuergerät, durchgeführt werden.By determining the evaluation period for determining the moment of impact of the armature, periods of time in the voltage curve in which an instant of impact of the armature is implausible can already be sorted out in advance. The method can thus be carried out in a more resource-efficient manner, for example on a control device.
Ein Differenzenquotient beschreibt das Verhältnis der Veränderung einer ersten Größe zu der Veränderung einer zweiten Größe, wobei die erste Größe von der zweiten Größe abhängt. Der Differenzenquotient kann bspw. verwendet werden, um die Steigung einer linearen Funktion zu ermitteln. So kann zur Ermittlung eines Differenzenquotienten das Verhältnis zwischen einem Abstand von Messwerten, die zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt ermittelt werden, und einem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt ermittelt werden. Die Zeitpunkte können dabei beliebig gewählt werden. Im vorliegenden Fall kann der erste Zeitpunkt ein aktueller Zeitpunkt innerhalb des zugrundeliegenden Auswertungszeitraums sein, wobei der aktuelle Zeitpunkt stets ein aktueller Zeitschritt eines vorbestimmten zeitdiskreten Auswertungsrasters (Rechenraster) ist. Durch das Auswertungsraster werden die Messwerte zu (Mess-)Zeitpunkten ermittelt, die (im Wesentlichen) äquidistant voneinander entfernt sind. Der zweite Zeitpunkt kann konstant sein, z. B. kann der zweite Zeitpunkt der Anfangszeitpunkt oder der Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums sein. Der Begriff „Differenzenquotient“ schließt explizit positive wie negative Werte ein, d. h. geometrisch kann das zur Bestimmung eines Differenzenquotienten wohlbekannte Steigungsdreieck in Richtung der x-Achse (in der Regel eine Zeitachse) orientiert sein oder in entgegengesetzter Richtung der x-Achse.A difference quotient describes the ratio of the change in a first variable to the change in a second variable, with the first variable being dependent on the second variable. The difference quotient can be used, for example, to determine the slope of a linear function. In order to determine a difference quotient, the ratio between a distance between measured values that are determined at a first point in time and a second point in time and a distance between the first and second point in time can be determined. The times can be chosen arbitrarily. In the present case, the first point in time can be a current point in time within the underlying evaluation period, with the current point in time always being a current time step of a predetermined time-discrete evaluation grid (computing grid). The measured values are determined by the evaluation grid at (measurement) times that are (essentially) equidistant from one another. The second point in time can be constant, e.g. For example, the second point in time can be the start point in time or the end point in time of the evaluation period. The term "difference quotient" explicitly includes both positive and negative values, ie geometrically, the slope triangle, which is well known for determining a difference quotient, can be oriented in the direction of the x-axis (usually a time axis) or in the opposite direction of the x-axis.
Mit „Differenzenquotientenverlauf“ ist der Verlauf des Differenzenquotienten über einen bestimmten Zeitraum gemeint. Gemäß den obigen Ausführungsformen wird der erste Differenzenquotientenverlauf über den Auswertungszeitraum gebildet und basiert auf dem Anfangszeitpunkt. Damit ist gemeint, dass der Differenzenquotient über den gesamten Auswertungszeitraum für jeden (Mess-)Zeitpunkt der Differenzenquotienten in Bezug zum Anfangszeitpunkt ermittelt wird. Entsprechendes gilt für den zweiten Differenzenquotientenverlauf."Difference quotient curve" means the curve of the difference quotient over a certain period of time. According to the above embodiments, the first difference quotient curve is formed over the evaluation period and is based on the starting point in time. This means that the difference quotient is determined over the entire evaluation period for each (measurement) point in time of the difference quotient in relation to the initial point in time. The same applies to the second difference quotient curve.
Beispielsweise können der erste Differenzenquotientenverlauf und der zweite Differenzenquotientenverlauf wie folgt ermittelt werden:
- l-it()
- erster Differenzenquotientenverlauf
- I2(t)
- zweiter Differenzenquotientenverlauf
- t
- Zeitpunkt in dem Auswertungszeitraum
- tA
- Anfangszeitpunkt des Auswertungszeitraums
- tE
- Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums
- U'(t)
- erste Ableitung des Spannungsverlaufs zum Zeitpunkt t
- U'(tA)
- erste Ableitung des Spannungsverlaufs zum Anfangszeitpunkt des Auswertungszeitraums
- U'(tE)
- erste Ableitung des Spannungsverlaufs zum Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums
- l it()
- first difference quotient course
- I2(t)
- second difference quotient course
- t
- time in the evaluation period
- tA
- Start time of the evaluation period
- te
- End time of the evaluation period
- U'(t)
- first derivative of the voltage profile at time t
- U'(tA)
- first derivation of the voltage profile at the beginning of the evaluation period
- U'(tE)
- first derivation of the voltage curve at the end of the evaluation period
Ferner wird eine Hilfsfunktion gebildet. Dabei wird die Hilfsfunktion derart gebildet, dass der erste und der zweite Differenzenquotientenverlauf direkt miteinander verglichen werden können.Furthermore, an auxiliary function is formed. The auxiliary function is formed in such a way that the first and the second difference quotient profile can be compared directly with one another.
So kann die Hilfsfunktion den Quotienten (das Verhältnis) aus dem ersten und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfassen. In einem Beispiel kann die Hilfsfunktion dem Quotienten aus dem ersten und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf entsprechen. So kann der Hilfsfunktion beispielsweise der zweite Differenzenquotientenverlauf geteilt durch den ersten Differenzenquotientenverlauf sein oder umgekehrt. In weiteren Beispielen kann die Hilfsfunktion noch weitere Parameter umfassen. Wenn die Hilfsfunktion als Quotient gebildet wird, werden in manchen Beispielen der erste Differenzenquotientenverlauf und der zweiten Differenzenquotientenverlauf derart gebildet, dass die Hilfsfunktion stets positive Werte liefert. Alternativ kann die Hilfsfunktion auch derart gebildet werden, dass sie einen Betrag des Quotienten umfasst. Dazu kann die Hilfsfunktion bspw. einem Betrag des Quotienten von dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf entsprechen. Die Hilfsfunktion kann bspw. wie folgt gebildet werden:
- a(t)
- Hilfsfunktion
- at)
- help function
Alternativ kann die Hilfsfunktion eine Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfassen. Beispielsweise kann die Hilfsfunktion der Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf entsprechen. Die Hilfsfunktion kann bspw. der zweite Differenzenquotientenverlauf minus dem ersten Differenzenquotienten sein oder umgekehrt.Alternatively, the auxiliary function can include a difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve. For example, the auxiliary function can correspond to the difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve. The auxiliary function can be, for example, the second difference quotient course minus the first difference quotient, or vice versa.
Mit der Hilfsfunktion können der erste und der zweite Differenzenquotientenverlauf ausgewertet werden. So lässt sich anhand der Hilfsfunktion erkennen, zu welchem Zeitpunkt der Abstand zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf am größten ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt dann in der Hilfsfunktion ein Extremwert vor. Der Ankeraufprallzeitpunkt entspricht dem Extremwert in der Hilfsfunktion. Mit anderen Worten, der Ankeraufprallzeitpunkt liegt dann vor, wenn die Hilfsfunktion den Extremwert aufweist. Je nachdem, wie die Hilfsfunktion gebildet ist, kann der Extremwert ein maximaler oder minimaler Wert sein. Somit kann der Ankeraufprallzeitpunkt (basierend auf der ersten zeitlichen Ableitung) rechnerisch und somit einfach bestimmt werden.The first and the second difference quotient course can be evaluated with the help function. The auxiliary function can be used to identify the point in time at which the distance between the first difference quotient profile and the second difference quotient profile is greatest. At this point in time there is then an extreme value in the auxiliary function. The anchor impact time corresponds to the extreme value in the auxiliary function. In other words, the armature impact time is present when the auxiliary function has the extreme value. Depending on how the auxiliary function is formed, the extreme value can be a maximum or minimum value. Thus, the armature impact time (based on the first time derivative) can be calculated and thus easily determined.
In anderen Ausführungsformen kann die Hilfsfunktion wie folgt gebildet sein:
Die hier verwendeten Formelzeichen sind bereits oben beschrieben. Wird die Hilfsfunktion derart gebildet, entspricht der Ankeraufprallzeitpunkt einem Peak in Form eines Extremwertes.The symbols used here are already described above. If the auxiliary function is formed in this way, the armature impact time corresponds to a peak in the form of an extreme value.
In manchen Ausführungsformen kann der Spannungsverlauf den Verlauf der Spannung während einer Boostphase umfassen. Die Boostphase ist eine Phase während einer Öffnungsansteuerung des Magnetventils, in der eine hohe Spannung die sog. Boosterspannung, an dem Magnetventil angelegt wird, die bspw. bis zu 100 Volt betragen kann. Dadurch steigt der Strom in der Spule um ein Vielfaches steiler als beim Anlegen einer Batteriespannung. Der Ankeraufprallzeitpunkt fällt in diese Boostphase. In manchen Ausführungsformen kann das Auswerten des Spannungsverlaufs durchgeführt werden, wenn die Boostphase vorliegt. Somit kann das Verfahren bspw. auf einem Steuergerät besonders ressourceneffizient durchgeführt werden.In some embodiments, the voltage profile can include the voltage profile during a boost phase. The boost phase is a phase during an opening control of the solenoid valve, in which a high voltage, the so-called booster voltage, is applied to the solenoid valve, which can be up to 100 volts, for example. As a result, the current in the coil rises many times more steeply than when battery voltage is applied. The anchor impact time falls in this boost phase. In some embodiments, the voltage profile can be evaluated when the boost phase is present. The method can thus be carried out in a particularly resource-efficient manner, for example, on a control unit.
In weiteren Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit mit einem Modell ermittelt werden, das ein Betriebsverhalten, insbesondere ein Öffnungsverhalten und ein Schließverhalten, des Magnetventils nachbildet. Wie oben erwähnt, hängt das Öffnungsverhalten (unter anderem) von dem elektromagnetischen Aktor des Injektors ab und maßgeblich von dem Vorspannelement des elektromagnetischen Aktors. Entsprechend hängt auch das Schließverhalten davon ab. Somit besteht eine starke Korrelation zwischen dem Öffnungsverhalten und dem Schließverhalten. So kann aus dem Schließverhalten des Magnetventils auf das Öffnungsverhalten des Magnetventils geschlossen werden. Da das Schließverhalten über bekannte Verfahren vergleichsweise einfach ermittelbar ist und das Öffnungsverhalten eine starke Korrelation zum Schließverhalten aufweist, kann über das oben erwähnte Betriebsverhalten-Modell die Öffnungsverzugszeit besonders einfach ermittelt werden.In further embodiments, the opening delay time can be determined using a model that simulates an operating behavior, in particular an opening behavior and a closing behavior, of the solenoid valve. As mentioned above, the opening behavior depends (among other things) on the electromagnetic actuator of the injector and largely on the biasing element of the electromagnetic actuator. Accordingly, the closing behavior also depends on it. There is thus a strong correlation between the opening behavior and the closing behavior. In this way, conclusions can be drawn about the opening behavior of the magnetic valve from the closing behavior of the magnetic valve. Since the closing behavior can be determined comparatively easily using known methods and the opening behavior has a strong correlation to the closing behavior, the opening delay time can be determined particularly easily using the above-mentioned operating behavior model.
In manchen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit in Abhängigkeit einer Schließverzugszeit des Injektors ermittelt werden. Anders ausgedrückt, die Öffnungsverzugszeit kann basierend auf der Schließverzugszeit ermittelt werden. Dabei ist die Schließverzugszeit diejenige, die zwischen dem Abschalten des Stroms an der Spule und dem Schließen des Magnetventils liegt. Da eine starke Korrelation zwischen dem Öffnungsverhalten und dem Schließverhalten des Magnetventils besteht, korreliert die Öffnungsverzugszeit ebenfalls stark mit der Schließverzugszeit.In some specific embodiments, the opening delay time can be determined as a function of a closing delay time of the injector. In other words, the opening delay time can be determined based on the closing delay time. The closing delay time is the time between switching off the current to the coil and closing the solenoid valve. Since there is a strong correlation between the opening behavior and the closing behavior of the solenoid valve, the opening delay time also correlates strongly with the closing delay time.
In manchen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit mit einem Öffnungsverzugszeitmodell ermittelt werden. In manchen Ausführungsformen kann das obige Betriebsverhaltensmodell das Öffnungsverzugszeitmodell umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das obige Betriebsverhaltensmodell das Öffnungsverzugszeitmodell sein. Das Öffnungsverzugszeitmodell kann bspw. eine Kennlinie oder ein Kennfeld sein. Das Öffnungsverzugszeitmodell ist derart aufgebaut, dass als Eingangsgröße die Schließverzugszeit eingeht und als Ausgangsgröße die Öffnungsverzugszeit für den Injektor hervorgeht. In manchen Ausführungsformen kann eine Öffnungsverzugszeitkennlinie verwendet werden, indem die Öffnungsverzugszeit über die Schließverzugszeit aufgetragen ist. Die Schließverzugszeit ist in der Regel besonders einfach mit Hilfe von Messtechnik und entsprechender Auswertung ermittelbar. Folglich kann unter Kenntnis der Schließverzugszeit mithilfe des Öffnungsverzugszeitmodells besonders einfach auf die Öffnungsverzugszeit geschlossen werden.In some embodiments, the opening delay time can be determined using an opening delay time model. In some embodiments, the above performance model may include the open delay time model. In some embodiments, the above performance model may be the open delay time model. The opening delay time model can be a characteristic curve or a characteristic diagram, for example. The opening delay time model is constructed in such a way that the closing delay time is used as the input variable and the opening delay time for the injector is the output variable. In some embodiments, an opening delay time characteristic curve can be used in which the opening delay time is plotted against the closing delay time. The closing delay time is usually particularly easy to determine with the help of measurement technology and appropriate evaluation. Consequently, knowing the closing delay time, the opening delay time model can be used to infer the opening delay time in a particularly simple manner.
In manchen Ausführungsformen kann das Öffnungsverzugszeitmodell wie folgt bestimmt werden. In einem ersten Schritt wird für einen Injektor über eine Vielzahl von Versuchen die Schließverzugszeit des Injektors für verschiedene Ansteuerzeiten ermittelt. Eine Ansteuerzeit ist eine Zeitdauer der Bestromung der Spule. Zum Ermitteln der Schließverzugszeit können bereits bekannte Verfahren verwendet werden, wie bspw. die Auswertung einer zweiten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs an der Spule nach dem Abschalten des Ansteuerstroms. Im nächsten Schritt wird aus den Versuchsergebnissen eine mittlere Schließverzugszeit für den Injektor gebildet. Aus der mittleren Schließverzugszeit kann ein Vorspannkraftindikator (Vorspannelementmodell) für den Injektor abgeleitet werden, wobei der Vorspannkraftindikator zumindest einem Maß für die Vorspannkraft des Vorspannelements entspricht. Im nächsten Schritt wird am Prüfstand die Öffnungsverzugszeit des Injektors für verschiedene Ansteuerzeiten mit einer Vielzahl von Versuchen ermittelt und daraus eine mittlere Öffnungsverzugszeit gebildet. Die mittlere Schließverzugszeit und die mittlere Öffnungsverzugszeit können mit einem tatsächlichen Durchfluss des Injektors verglichen werden. Der tatsächlichen Durchfluss ist abhängig von der tatsächlichen Schließverzugszeit und der tatsächlichen Öffnungsverzugszeit. Durch den Vergleich der Mittelwerte für die Öffnungsverzugszeit und Schließverzugszeit mit dem tatsächlichen Durchfluss des Injektors kann der Zusammenhang zwischen der mittleren Öffnungsverzugszeit und der mittleren Schließverzugszeit angepasst werden. Dieser Zusammenhang kann schließlich in dem Öffnungsverzugszeitmodell abgelegt werden. Mit dem Öffnungsverzugszeitmodell kann somit die (mittlere) Öffnungsverzugszeit in Abhängigkeit der Vorspannkraft bzw. des Vorspannkraftindikators und der (mittleren) Schließverzugszeit ermittelt werden.In some embodiments, the open delay time model may be determined as follows. In a first step, the closing delay time of the injector for different activation times is determined for an injector using a large number of tests. A control time is a duration of the energization of the coil. Methods that are already known can be used to determine the closing delay time, such as, for example, the evaluation of a second time derivative of the voltage profile at the coil after the activation current has been switched off. In the next step, an average closing delay time for the injector is formed from the test results. A prestressing force indicator (prestressing element model) for the injector can be derived from the mean closing delay time, the prestressing force indicator corresponding at least to a measure of the prestressing force of the prestressing element. In the next step, the opening delay time of the injector for different activation times is determined with a large number of tests on the test bench and an average opening delay time is formed from this. The average closing delay time and the average opening delay time can be compared with an actual flow rate of the injector. The actual flow depends on the actual closing delay time and the actual opening delay time. By comparing the average values for the opening delay time and closing delay time with the actual flow rate of the injector, the relationship between the average opening delay time and the average closing delay time can be adjusted. This relationship can finally be stored in the opening delay time model. With the opening delay time model, the (mean) opening delay time can be determined as a function of the preload force or the preload force indicator and the (mean) closing delay time.
Das Vorgehen zum Bestimmen des Öffnungsverzugszeitmodells kann für verschiedene Injektoren durchgeführt werden, so dass das Modell eine Vielzahl von Injektoren abbilden kann.The procedure for determining the opening delay time model can be carried out for different injectors, so that the model can depict a large number of injectors.
Wie oben gezeigt, kann in manchen Ausführungsformen die Öffnungsverzugszeit abhängig sein von der Vorspannkraft des Vorspannelements des Magnetventils. Das Vorspannelement drängt das Magnetventil in die geschlossene Stellung.As shown above, in some embodiments the opening delay time may depend on the biasing force of the biasing element of the solenoid valve. The biasing member urges the solenoid valve to the closed position.
In manchen Ausführungsformen kann die Vorspannkraft des Vorspannelements durch ein Vorspannelementmodell approximiert werden. Die Vorspannkraft kann über das Vorspannelementmodell besonders einfach zumindest näherungsweise ermittelbar werden. Dabei kann das Vorspannelementmodell bspw. mathematisch und/oder empirisch bestimmt werden. In manchen Ausführungsformen kann, wie oben erwähnt, das Vorspannelementmodell aus der mittleren Schließverzugszeit abgeleitet werden. Das Vorspannelementmodell wird zum Ermitteln der Öffnungsverzugszeit verwendet. Durch das Vorspannelementmodell kann besonders einfach der Einfluss des Vorspannelements auf die Öffnungsverzugszeit berücksichtigt werden.In some embodiments, the biasing force of the biasing element may be approximated by a biasing element model. The prestressing force can be determined particularly easily, at least approximately, via the prestressing element model. The prestressing element model can be determined mathematically and/or empirically, for example. In some embodiments, as mentioned above, the biasing element model may be derived from the mean closing delay time. The biasing element model is used to determine the open delay time. The influence of the prestressing element on the opening delay time can be taken into account in a particularly simple manner by means of the prestressing element model.
In manchen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit eine vorbestimmte konstante Zeitdauer sein. Die vorbestimmte konstante Zeitdauer kann injektorabhängig sein und durch Vorversuche am Prüfstand ermittelt werden. Die vorbestimmte konstante Zeitdauer kann in dem Steuergerät für die Verbrennungskraftmaschine hinterlegt sein. Dadurch ist die Verwendung der vorbestimmten Zeitdauer als Öffnungsverzugszeit besonders ressourceneffizient, da keine Berechnungen oder Auswertungen (in dem Steuergerät) zum Ermitteln der Öffnungsverzugszeit durchgeführt werden müssen.In some embodiments, the open delay time may be a predetermined constant amount of time. The predetermined constant period of time can depend on the injector and can be determined by preliminary tests on the test bench. The predetermined constant time period can be stored in the control unit for the internal combustion engine. This allows the use of the predetermined period of time as an opening delay time is particularly resource-efficient, since no calculations or evaluations (in the control unit) have to be carried out to determine the opening delay time.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts des Injektors. Das Verfahren gemäß dem weiteren Aspekt umfasst:
- - Auswerten der zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs, der während der Boostphase an dem Injektor anliegt, wobei das Auswerten der zeitlichen Ableitung ein Auswerten einer zweiten Ableitung des Spannungsverlaufs umfasst und der Öffnungszeitpunkt einem Extremwert der zweiten Ableitung entspricht, der während der Boostphase als zweiter Extremwert vorliegt.
- - Evaluation of the time derivation of the voltage profile that is present during the boost phase at the injector, wherein the evaluation of the time derivation includes an evaluation of a second derivation of the voltage profile and the opening time corresponds to an extreme value of the second derivation, which is present as the second extreme value during the boost phase.
Das alternative Verfahren ist geeignet für Magnetventilinjektoren, die ohne einen Anker und/oder einen Ankerfreilauf ausgebildet sind.The alternative method is suitable for solenoid valve injectors that are designed without an armature and/or an armature freewheel.
Es wurde erkannt, dass während der Boostphase für das Öffnen des Magnetventils in der zweiten Ableitung des Spannungsverlaufs eine Doppelpeakstruktur vorliegt.It was recognized that during the boost phase for opening the solenoid valve there is a double peak structure in the second derivation of the voltage profile.
In dem alternativen Verfahren entspricht der Öffnungszeitpunkt dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Extremwert in der zweiten Ableitung vorliegt. Somit ist der relevante zweite Extremwert der zweite Peak in der obigen Doppelpeakstruktur. Anders ausgedrückt, der zweite Extremwert entspricht dem (zeitlich gesehenen) zweiten Maximum in der zweiten Ableitung des Spannungsverlaufs während der Boostphase.In the alternative method, the opening time corresponds to the time at which the second extreme value is present in the second derivation. Thus the relevant second extreme value is the second peak in the double peak structure above. In other words, the second extreme value corresponds to the second maximum (in terms of time) in the second derivation of the voltage curve during the boost phase.
Wie oben erwähnt, kann der Spannungsverlauf an der Spule über geeignete Messtechnik erfasst werden. Somit kann die zweite Ableitung basierend auf dem Spannungsverlauf ermittelt werden. Mit dem alternativen Verfahren ist es möglich, durch die Extremwertbestimmung den Öffnungszeitpunkt rechnerisch und somit präzise bestimmt werden.As mentioned above, the voltage curve on the coil can be recorded using suitable measurement technology. The second derivation can thus be determined based on the voltage profile. With the alternative method, it is possible to calculate the opening time by determining the extreme value and thus determine it precisely.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann auf einem elektrischen Speichermedium abgespeichert sein.A second aspect of the invention relates to a computer program which comprises instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to execute one of the methods described above. The computer program can be stored on an electrical storage medium.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät, das eingerichtet ist, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.A third aspect of the invention relates to a control unit that is set up to carry out one of the methods described above.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine kann den oben beschriebenen Injektor aufweisen und kann über das obige Steuergerät gesteuert werden. Die Verbrennungskraftmaschine ist eingerichtet und ausgebildet, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.A fourth aspect of the invention relates to an internal combustion engine. The internal combustion engine can have the injector described above and can be controlled via the above control unit. The internal combustion engine is set up and designed to carry out one of the methods described above.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Steuergerät. Das Kraftfahrzeug ist eingerichtet und ausgebildet, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.A fifth aspect of the invention relates to a motor vehicle with the control device described above. The motor vehicle is set up and designed to carry out one of the methods described above.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
-
1a ,1b schematisch einen Magnetventilinjektor; -
2 schematisch Diagramme für einen Ankerhub, für einen Ansteuerstrom und für einen Ventilhub; -
3 schematisch ein Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts gemäß einer Ausführungsform; -
4 schematisch Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungsverzugszeitmodells; -
5 schematisch zwei Verläufe für eine erste Ableitung eines Spannungsverlaufs; -
6 schematisch ein Verfahren zum Ermitteln eines Ankeraufprallzeitpunkts; -
7a-c erklärende Beispiele für das Verfahren gemäß6 ; -
8a ,8b ein Beispiel für ein Ergebnis aus dem Verfahren gemäß6 ; -
9a ,9b ein Beispiel für ein weiteres Ergebnis aus dem Verfahren gemäß6 ; und -
10 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät gemäß einer Ausführungsform.
-
1a ,1b schematically a solenoid valve injector; -
2 schematic diagrams for an armature lift, for a control current and for a valve lift; -
3 schematically a method for determining an opening time according to an embodiment; -
4 schematically method for determining an opening delay time model; -
5 schematically two courses for a first derivation of a voltage course; -
6 schematically a method for determining an anchor impact time; -
7a-c explanatory examples of the method according to6 ; -
8a ,8b an example of a result from the method according to6 ; -
9a ,9b an example of another result from the method according to6 ; and -
10 schematically a motor vehicle with a control unit according to an embodiment.
Das Magnetventil ist ein stromlos geschlossenes Ventil. Das heißt, dass in einem unbestromten Zustand der Spule 1 die Ventilnadel 5 derart an dem Ventilsitz 15 angeordnet ist, dass eine Einspritzöffnung 17 durch die Ventilnadel 5 geschlossen ist.The solenoid valve is a normally closed valve. This means that when the
Dabei ist das Vorspannelement 13 dazu ausgebildet, das Magnetventil in der geschlossenen Stellung zu halten. Dafür beaufschlagt das Vorspannelement 13 die Ventilnadel mit einer Vorspannkraft, so dass die Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes 15 und somit in Schließrichtung bewegt wird. In dem gezeigten Beispiel ist das Vorspannelement 13 als Feder ausgebildet.In this case, the
Die Ventilnadel 5 weist einen Ruhesitz 7 sowie einen Ankeranschlag 9 für den Anker 11 auf, zwischen denen der Anker 11 bewegbar ist. Der Ruhesitz 7 und der Ankeranschlag 9 definieren also einen Ankerhub oder einen Ankerfreiweg für den Anker 11 relativ zur Ventilnadel 5. Ferner weist der Injektor 1 einen Hubanschlag 3 auf, der einen Hub der Ventilnadel 5 (Ventilhub) begrenzt. In der geschlossenen Ventilstellung sitzt der Anker 11 auf dem Ruhesitz 7 und in der geöffneten Ventilstellung liegt der Anker 11 an dem Ankeranschlag 9 sowie dem Hubanschlag 3 an. Der Anker 11 kann durch Anlegen eines Ansteuerstroms I an der Spule 1 durch magnetische Kraft von dem Ruhesitz 7 zum Ankeranschlag 9 bewegt werden. Durch die magnetische Kraft wird der Anker 11 an dem Ankeranschlag 9 gehalten, so dass der Anker 11 die Ventilnadel 5 entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelements 13 mitführt und somit die Ventilnadel 5 aus dem Ventilsitz 15 hebt bis der Anker 11 an dem Hubanschlag 3 anschlägt. Dadurch wird die Einspritzöffnung 17 freigelegt, so dass Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 17 in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.The
Dabei zeigt das Ansteuerstrom-Diagramm 20 ein Anlegen des Ansteuerstrom I zum Ansteuerzeitpunkt 21 zum Öffnen des Magnetventils. Dabei weist der zeitliche Verlauf unmittelbar nach dem Ansteuerzeitpunkt 21 eine steile Flanke auf, so dass der Ansteuerstrom I vergleichsweise schnell einen entsprechenden Wert für eine Anzugsstromphase 22 (Anzugstrom) zum Anzugzeitpunkt 23 erreicht. Die Zeit zwischen dem Ansteuerzeitpunkt 21 und dem Anzugzeitpunkt 23 entspricht einer Boostphase während einer Öffnungsphase des Magnetventils. Die steile Flanke ermöglicht es, eine geringe Toleranz und eine hohe Reproduzierbarkeit der Kraftstoffeinspritzmenge zu erreichen. Die steile Flanke wird erreicht, indem eine sog. Boosterspannung an den Spulenbetrieb angelegt wird, bis der entsprechende Stromwert für die Anzugstromphase 22 erreicht wird. Zum Haltezeitpunkt 25 wird der Ansteuerstrom I von dem Anzugstrom auf einen Wert für eine Haltestromphase 24 (Haltestrom) abgesenkt. Zum Abschaltzeitpunkt 27 wird der Ansteuerstrom I abgeschaltet und erreicht dann zum Ansteuerendzeitpunkt 29 den Wert Null.The control current diagram 20 shows the application of the control current I at the
Das Ankerhub-Diagramm 30 zeigt den zeitlichen Verlauf des Ankerhubs. Nachdem der Ansteuerstrom I zum Ansteuerzeitpunkt 21 angelegt wird, hebt sich der Anker 5 erst zum Ankerabhebzeitpunkt 31 von dem Ruhesitz 7 ab. Zwischen dem Anlegen des Ansteuerstroms I und dem Abheben des Ankers 5 liegt somit eine Abhebverzögerung 33 vor. Zum Ankeraufprallzeitpunkt 35 prallt der Anker 5 an dem Ankeranschlag 9 auf. Die Zeitspanne zwischen dem Ankerabhebzeitpunkt 31 und dem Ankeraufprallzeitpunkt 35 entspricht einer Flugzeit 37 des Ankers 5.The armature stroke diagram 30 shows the course of the armature stroke over time. After the drive current I is applied at the
Nach dem Aufprall des Ankers 11 auf dem Ankeranschlag 9, wird der Anker 11 aufgrund der magnetischen Kraft der Spule 1 an dem Ankeranschlag 9 für eine Zeitspanne 39 gehalten. Der Ankerhub relativ zum Ruhesitz 7 verändert sich aufgrund des Ankeranschlags 9 nicht mehr und ist daher für die Zeitspanne 39 konstant. Nach Abschalten des Ansteuerstroms I zum Abschaltzeitpunkt 27 wird der Anker 11 nicht mehr durch die magnetische Kraft der Spule 1 an dem Ankeranschlag 9 gehalten. Folglich bewegt sich der Anker 11 zum Ankerrückfallzeitpunkt 41 wieder in Richtung des Ruhesitzes 7. Zwischen dem Abschalten des Ansteuerstroms I zum Abschaltzeitpunkt 27 und dem Ankerrückfallzeitpunkt 41 liegt eine Rückfallverzögerung 45 vor. Zum Ankerruhezeitpunkt 43 liegt der Anker 11 wieder an dem Ruhesitz 7 an.After the impact of the
Das Ventilhub-Diagramm 50 zeigt schematisch den Verlauf des Ventilhubs des Magnetventils. Dabei ist ein Hub bzw. eine Auslenkung des Ventils 5 relativ zum Ventilsitz 15 gemeint. Zwischen dem Ankeraufprallzeitpunkt 35 und einem Öffnungszeitpunkt 51 des Magnetventils liegt eine Öffnungsverzugszeit 52 vor. Denn der Anker 11 prallt zum Ankeraufprallzeitpunkt 35 auf den Ankeranschlag 9 und führt die Ventilnadel 5 entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelements 13 mit. Dabei muss der Anker 11 vor allem die Vorspannkraft des Vorspannelements 13 überwinden, bis es zu einem initialen Abheben der Ventilnadel 5 aus dem Ventilsitz 15 zum Öffnungszeitpunkt 51 erfolgt.The valve lift diagram 50 schematically shows the course of the valve lift of the solenoid valve. This means a lift or a deflection of the
Zum Zeitpunkt 53 schlägt der Anker 11 an einem Hubanschlag 3 an, der einen maximalen Ventilhub für die Ventilnadel 5 und somit die geöffnete Ventilstellung darstellt. Nach dem Aufprall des Ankers 11 an dem Ankeranschlag 9 liegt also eine Öffnungsverzugszeit 52 vor, die die Ventilnadel 5 bis zum Erreichen des maximalen Ventilhubs erreicht. Das Magnetventil wird in dieser geöffneten Stellung für eine Zeitspanne 55 gehalten, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen.At the point in
Ferner ist aus dem Ventilhub-Diagramm 50 erkennbar, dass eine Schließverzugszeit 61 zwischen dem Abschalten des Ansteuerstroms I zum Ansteuerzeitpunkt 27 und ein Erreichen der geschlossenen Ventilstellung zum Ventilschließzeitpunkt 59 vorliegt. Nach dem Abschalten des Ansteuerstroms I nimmt auch das zuvor aufgebaute magnetische Feld kontinuierlich ab. Anschließend ist das magnetische Feld derart abgeschwächt, so dass das Vorspannelement 13 zum Zeitpunkt 57 die Ventilnadel 5 in Richtung des Ventilsitzes 15 bewegt bis sich das Magnetventil zum Ventilschließzeitpunkt 59 in der geschlossenen Ventilstellung befindet, also die Ventilnadel 5 die Einspritzöffnung 17 verschließt.It can also be seen from the valve lift diagram 50 that there is a
In 210 wird der Ankeraufprallzeitpunkt 35 ermittelt. Gemäß einer Ausführungsform kann der Ankeraufprallzeitpunkt 35 durch Auswerten der an der Spule 1 anliegenden Spannung ermittelt werden. Dabei kann die Spannung bzw. ein Spannungssignal an der Spule 1 mittels geeigneter Messtechnik erfasst werden. Gemäß einer Ausführungsform wird der Ankeraufprallzeitpunkt 35 ermittelt, indem die erste Ableitung des an der Spule 1 anliegenden zeitlichen Verlaufs der Spannung analysiert wird. Beispielsweise kann der Ankeraufprallzeitpunkt 35 dem Zeitpunkt entsprechen, zu dem ein Extremwert in der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs vorliegt. Dabei kann relevante Extremwert der während der Boostphase zuerst auftretende Extremwert der Ableitung sein. Die Analyse des Spannungsverlaufs kann zumindest oder nur während der Boostphase (die zwischen dem Ansteuerzeitpunkt 21 und dem Anzugzeitpunkt 23 vorliegt) durchgeführt werden.In 210 the
In 220 wird die Öffnungsverzugszeit 52 ermittelt. Eine Öffnungsbewegung (Öffnungsverhalten) und eine Schließbewegung (Schließverhalten) der Ventilnadel 5 und somit die Öffnungsverzugszeit 52 und die Schließverzugszeit 61 hängen maßgeblich von dem Vorspannelement 13 ab. Daher kann basierend auf der Schließverzugszeit 61 des Magnetventils die Öffnungsverzugszeit 52 des Magnetventils ermittelt werden. Zum Ermitteln der Öffnungsverzugszeit aus der Schließverzugszeit kann ein Öffnungsverzugszeitmodell verwendet werden, das unten mit Bezug auf
Die Schließverzugszeit 61 kann bestimmt werden, indem der Ventilschließzeitpunkt 59 und der Abschaltzeitpunkt 27 ermittelt werden. Der Abschaltzeitpunkt 27 kann durch Erfassen des Abschaltzeitpunkts des Ansteuerstroms I ermittelt werden. Der Ventilschließzeitpunkt 59 kann durch bekannte Verfahren ermittelt werden. Unter Kenntnis des Ventilschließzeitpunkts 59 und des Abschaltzeitpunkts 27 kann dann die Schließverzugszeit 61 bestimmt werden, die der Zeitspanne zwischen dem Abschaltzeitpunkts 27 und dem Ventilschließzeitpunkt 59 entspricht.The
In manchen Ausführungsformen kann die in 220 ermittelte Öffnungsverzugszeit 52 eine vorbestimmte konstante Zeitdauer sein. Durch diesen Ansatz wird ein vorheriges Ermitteln der Schließverzugszeit 61 überflüssig, wodurch das Ermitteln der Öffnungsverzugszeit 52 besonders vereinfacht wird.In some embodiments, the
In 230 wird der Öffnungszeitpunkt 51 ermittelt basierend auf dem Ankeraufprallzeitpunkt 35 und der Öffnungsverzugszeit 52. Gemäß einer Ausführungsformen wird dazu die Öffnungsverzugs 52 auf den Ankeraufprallzeitpunkt 35 aufaddiert, um den Öffnungszeitpunkt 51 zu erhalten.In 230, the
In 310 wird die Schließverzugszeit 61 des Injektors 100 für verschiedene Ansteuerzeiten ermittelt. Dafür können Versuche an einem Prüfstand durchgeführt werden. Aus der Vielzahl von Schließverzugszeiten 61 für verschiedene Ansteuerzeiten wird eine mittlere Schließverzugszeit für den Injektor 100 gebildet.In 310 the
In 320 wird aus der mittleren Schließverzugszeit ein Vorspannkraftindikator (Vorspannelementmodell) für den Injektor 100 abgeleitet, wobei der Vorspannkraftindikator zumindest einem Maß für die Vorspannkraft des Vorspannelements 13 entspricht.In 320 , a prestressing force indicator (prestressing element model) for the
In 330 wird die Öffnungsverzugszeit 52 des Injektors für verschiedene Ansteuerzeiten am Prüfstand ermittelt. Aus der Vielzahl von Öffnungsverzugszeiten 52 für verschiedene Ansteuerzeiten wird eine mittlere Öffnungsverzugszeit für den Injektor 100 gebildet.In 330, the
In 340 werden die mittlere Schließverzugszeit und die mittlere Öffnungsverzugszeit mit einem tatsächlichen Durchfluss des Injektors 100 verglichen, um einen Zusammenhang zwischen der mittleren Öffnungsverzugszeit und der mittleren Schließverzugszeit anzupassen bzw. zu präzisieren.In 340 the average closing delay time and the average opening delay time are compared to an actual flow rate of the
In 350 wird der Zusammenhang zwischen der mittleren Öffnungsverzugszeit und der mittleren Schließverzugszeit in dem Öffnungsverzugszeitmodell abgelegt. Anders ausgedrückt, in 250 wird das Öffnungsverzugszeitmodell bestimmt bzw. erstellt. Mit dem Öffnungsverzugszeitmodell kann somit die (mittlere) Öffnungsverzugszeit in Abhängigkeit der Vorspannkraft bzw. des Vorspannkraftindikators und der (mittleren) Schließverzugszeit ermittelt werden.In 350 the relationship between the mean opening delay time and the mean closing delay time is stored in the opening delay time model. In other words, in 250 the opening delay time model is determined or created. With the opening delay time model, the (mean) opening delay time can be determined as a function of the preload force or the preload force indicator and the (mean) closing delay time.
Das Verfahren 300 kann für verschiedene Injektoren 100 durchgeführt werden, um mit dem Öffnungsverzugszeitmodell eine Vielzahl von Injektoren bzw. Schließverzugszeiten 61 abzubilden.The
In 410 wird der Anfangszeitpunkt tA und der Endzeitpunkt tE des Auswertungszeitraums zum Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs bestimmt. Dabei kann, wie oben beschrieben, die erste zeitliche Ableitung basierend auf dem Spannungsverlauf gemäß einem Rohsignal verwendet werden oder basierend auf einer geglätteten ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs.In 410 the start time t A and the end time t E of the evaluation period for evaluating the first time derivation of the voltage profile are determined. As described above, the first time derivative can be used based on the voltage profile according to a raw signal or based on a smoothed first time derivative of the voltage profile.
In 420 wird ein erster Differenzenquotientenverlauf I1 über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Anfangszeitpunkt tA gebildet.In 420, a first difference quotient profile I 1 is formed over the evaluation period based on the start time t A .
In 430 wird ein zweiter Differenzenquotientenverlauf I2 über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Endzeitpunkt tE gebildet.In 430, a second difference quotient curve I 2 is formed over the evaluation period based on the end time t E .
In 440 wird eine Hilfsfunktion a(t) gebildet, die einen Quotienten aus dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfasst. Alternativ kann die Hilfsfunktion a(t) eine Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfassen.In 440, an auxiliary function a(t) is formed, which includes a quotient from the first differential quotient profile and the second differential quotient profile. Alternatively, the auxiliary function a(t) can include a difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve.
In 450 wird die Hilfsfunktion ausgewertet, indem ein Extremwert in der Hilfsfunktion a(t) ermittelt wird. Der Extremwert entspricht dann dem Ankeraufprallzeitpunkt.In 450 the auxiliary function is evaluated by determining an extreme value in the auxiliary function a(t). The extreme value then corresponds to the anchor impact time.
In den beiden Bereichen kann die erste Ableitung des Spannungsverlaufs 71 durch lineare Funktionen angenähert werden. Beispielsweise können für den linken Bereich 77 und den rechten Bereich 79 folgende Funktionen verwendet werden.
Dabei sind f1(t) die erste lineare Funktion für den linken Bereich, f2(t) die zweite lineare Funktion für den rechten Bereich, m1 und m2 die entsprechenden Steigungen der aus den Funktionen resultierenden Geraden sowie n1 und n2 die Ordinatenabschnitte (oder auch Verschiebungskonstante) der Geraden.Where f 1 (t) is the first linear function for the left area, f 2 (t) is the second linear function for the right area, m 1 and m 2 are the corresponding gradients of the straight lines resulting from the functions, and n 1 and n 2 the ordinate sections (or displacement constants) of the straight line.
Betrachtet man nun einen linken Bereich zwischen dem Anfangszeitpunkt tA und einem Knick 81 bzw. dem Knickzeitpunkt, so gilt folgendes:
Betrachtet man einen rechten Bereich zwischen dem Knick 81 und dem Endzeitpunkt tE, so gilt folgendes:
Aus
Alternativ kann die Hilfsfunktion a(t) auch als Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf I1 und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf I2 gebildet werden.Alternatively, the auxiliary function a(t) can also be formed as the difference between the first differential quotient curve I 1 and the second differential quotient curve I 2 .
Da die erste Ableitung des Spannungsverlaufs und somit die Annäherungsfunktion f(t) kontinuierlich abnimmt, weisen die Geraden der linearen Funktionen f1(t), f2(t) eine negative Steigung und somit m1, m2 einen negativen Wert auf. Folglich ist in der Kurve der Hilfsfunktion a(t), die in
Somit kann mit der Hilfsunktion a(t) ein knickartiger Abfall in der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs ermittelt werden. Folglich kann auch ein Zeitpunkt des knickartigen Abfalls und somit der Ankeraufprallzeitpunkt rechnerisch und somit einfach ermittelt werden.A sudden drop in the first derivation of the voltage curve can thus be determined with the auxiliary function a(t). Consequently, a point in time of the buckling drop and thus the point in time of the armature impact can also be determined by calculation and thus easily.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- SpuleKitchen sink
- 33
- Hubanschlagstroke stop
- 55
- Ventilnadelvalve needle
- 77
- Ruhesitzretirement home
- 99
- Ankeranschlaganchor stop
- 1111
- Ankeranchor
- 1313
- Vorspannelementbiasing element
- 1515
- Ventilsitzvalve seat
- 1717
- Einspritzöffnunginjection port
- 2020
- Ansteuerstrom-Diagrammcontrol current diagram
- 2121
- Ansteuerzeitpunktactivation time
- 2222
- Anzugstromphaseinrush current phase
- 2424
- Haltestromphaseholding current phase
- 2525
- Haltezeitpunktholding time
- 2727
- Abschaltzeitpunktswitch-off time
- 2929
- Ansteuerendzeitpunktcontrol end time
- 3030
- Ankerhub-DiagrammArmature Lift Diagram
- 3131
- Ankerabhebzeitpunktanchor lift time
- 3333
- Abhebverzögerungoff-hook delay
- 3535
- Ankeraufprallzeitpunktanchor impact timing
- 3737
- (Anker)Flugzeit(Anchor) flight time
- 3939
- Zeitspanne maximaler AnkerhubPeriod of maximum armature lift
- 4141
- Ankerrückfallzeitpunktanchor release time
- 4343
- Ankerruhezeitpunktanchor idle time
- 4545
- Rückfallverzögerungrelease delay
- 5050
- Ventilhub-Diagrammvalve lift diagram
- 5151
- Öffnungszeitpunktopening time
- 5252
- Öffnungsverzugszeitopening delay time
- 5353
- Zeitpunkt des Ankeraufprall auf HubanschlagTime of anchor impact on stroke stop
- 5555
- Zeitspanne maximaler VentilhubPeriod of maximum valve lift
- 5757
- Bewegungsstart der Ventilnadel in Richtung VentilsitzStart of movement of the valve needle in the direction of the valve seat
- 5959
- Ventilschließzeitpunktvalve closing timing
- 6161
- Schließverzugszeitclosing delay time
- 7171
- erste Ableitung eines ersten Spannungsverlaufsfirst derivative of a first voltage profile
- 7373
- geglätteter Verlauf der ersten Ableitung des ersten Spannungsverlaufssmoothed curve of the first derivative of the first voltage curve
- 7575
- knickartiger Abfallkinky waste
- 8181
- Knickkink
- 9191
- erste Ableitung eines zweiten Spannungsverlaufsfirst derivative of a second voltage profile
- 9393
- knickartiger Abfallkinky waste
- 9595
- Peak(Maximum)Peak(Maximum)
- 101101
- erster knickartiger Abfallfirst kinky drop
- 103103
- Abflachen von Verläufen von ersten Ableitungen von SpannungsverläufenFlattening of waveforms of first derivatives of voltage waveforms
- 105105
- zweiter knickartiger Abfallsecond kinky drop
- 111111
- erster Peak (Maximum)first peak (maximum)
- 115115
- zweiter Peak (Maximum)second peak (maximum)
- 170170
- Steuergerätcontrol unit
- 172172
- Prozessorprocessor
- 174174
- Speicher (elektronisches Speichermedium)memory (electronic storage medium)
- 176176
- Softwaresoftware
- 178178
- Schnittstelleinterface
- 179179
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 180180
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 100100
- Injektorinjector
- 200200
- Verfahren zum Ermitteln des ÖffnungszeitpunktsProcedure for determining the opening time
- 210210
- Ermitteln des AnkeraufprallzeitpunktsDetermining the anchor impact time
- 220220
- Ermitteln der ÖffnungsverzugszeitDetermination of the opening delay time
- 230230
- Ermitteln des ÖffnungszeitpunktsDetermining the opening time
- 300300
- Verfahren zum Bestimmen/Erstellen des ÖffnungsverzugszeitmodellsProcedure for determining/creating the opening delay time model
- 310310
- Ermitteln der mittleren SchließverzugszeitDetermining the mean closing delay time
- 320320
- Ermitteln des VorspannelementmodellsDetermining the prestressing element model
- 330330
- Ermitteln der mittleren ÖffnungsverzugszeitDetermination of the mean opening delay time
- 340340
- Vergleich mit dem tatsächlichen Durchfluss des InjektorsComparison with the actual flow of the injector
- 350350
- Erstellen des ÖffnungsverzugszeitmodellsCreation of the opening delay time model
- 400400
- Verfahren zum Ermitteln des AnkeraufprallzeitpunktsMethod for determining the moment of anchor impact
- 410410
- Bestimmen von Anfangszeitpunkt und Endzeitpunkt eines AuswertungszeitraumsDetermining the start time and end time of an evaluation period
- 420420
- Bilden eines ersten DifferenzenquotientenverlaufsForming a first difference quotient profile
- 430430
- Bilden eines zweiten DifferenzenquotientenverlaufsForming a second difference quotient curve
- 440440
- Bilden einer HilfsfunktionForming an auxiliary function
- 450450
- Ermitteln eines Extremwerts der HilfsfunktionFinding an extreme value of the auxiliary function
- a(t)at)
- Hilfsfunktionhelp function
- I1I1
- erster Differenzenquotientenverlauffirst difference quotient course
- I2I2
- zweiter Differenzenquotientenverlaufsecond difference quotient course
- tAtA
- Anfangszeitpunkt des AuswertungszeitraumsStart time of the evaluation period
- tEte
- Endzeitpunkt des AuswertungszeitraumsEnd time of the evaluation period
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2011/012518 A1 [0004]WO 2011/012518 A1 [0004]
- DE 102009045469 A1 [0005]DE 102009045469 A1 [0005]
- EP 2685074 A1 [0006]EP 2685074 A1 [0006]
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