DE10302806B4 - Method for calculating pressure fluctuations in a fuel supply system of an internal combustion engine working with direct fuel injection and for controlling its injection valves - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Berechnung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine und zur Steuerung derer Einspritzventile,
bei dem das Kraftstoffversorgungssystem als ein nach wenigen Arbeitstakten der Brennkraftmaschine eingeschwungenes Hochdruckhydrauliksystem definiert ist,
bei dem die geometrischen Eigenschaften des Kraftstoffversorgungssystems und die Kraftstoffeigenschaften für eine bestimmte Kraftstoffart als Konstanten vorgegeben sind oder bestimmt werden,
bei dem die Betätigung der Einspritzventile eine äußere Anregungsquelle für Kraftstoffdruckschwingungen in dem Einspritzsystem darstellen,
bei dem zur Analyse der in einem solchen Einspritzsystem entstehenden Kraftstoffdruckschwingungen die Methode der Fourier-Analyse angewandt wird,
bei dem die Antwortfunktion der Fourier-Analyse die Phasen und die Amplituden der Druckschwingungskomponenten angeben,
bei dem die Druckschwingungsphasen und Druckschwingungsamplituden mit Sollwerten der Betätigungszeitpunkte, des Kraftstoffeinspritzdrucks und/oder des Einspritzvolumens zur Betätigung der Kraftstoffeinspritzventile verglichen werden,
bei dem bei Abweichungen der erreichbaren Istwerte im Vergleich zu den genannten Sollwerten aus der Abweichung wenigstens ein Korrekturwert für den...Method for calculating pressure fluctuations in a fuel supply system of an internal combustion engine working with direct fuel injection and for controlling its injection valves,
in which the fuel supply system is defined as a high-pressure hydraulic system that has settled after a few work cycles of the internal combustion engine,
in which the geometric properties of the fuel supply system and the fuel properties are specified or determined as constants for a specific fuel type,
in which the actuation of the injection valves represent an external source of excitation for fuel pressure vibrations in the injection system,
in which the method of the Fourier analysis is used to analyze the fuel pressure vibrations arising in such an injection system,
in which the response function of the Fourier analysis specifies the phases and the amplitudes of the pressure vibration components,
in which the pressure oscillation phases and pressure oscillation amplitudes are compared with target values of the actuation times, the fuel injection pressure and / or the injection volume for actuating the fuel injection valves,
in which, in the event of deviations in the achievable actual values compared to the specified target values, at least one correction value for the ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine und zur Steuerung derer Einspritzventile.The The invention relates to a method for calculating pressure fluctuations in a fuel supply system with direct fuel injection working internal combustion engine and for controlling their injectors.

Es ist allgemein bekannt, dass Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen mit direkt einspritzenden Kraftstoffversorgungssystemen bei Kunden immer beliebter werden. Dies liegt vor allem daran, dass diese gegenüber herkömmlichen Brennkraftmaschinen einen deutlich geringeren Kraftstoffverbrauch aufweisen. Hinzu kommt bei Diesel-Brennkraftmaschinen, dass der Dieselkraftstoff kostengünstiger und mittlerweile auch als so genannter Bio-Diesel (RME-Diesel) zu erwerben ist, der aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird und daher die CO2-Belastung der Erdatmosphäre nicht weiter vergrößert. Bei solchen direkt einspritzenden Kraftstoffversorgungssystemen wird der beste Wirkungsgrad dann erreicht, wenn der Kraftstoffdruck in dem Einspritzsystem einen konstant hohen Wert hat.It is well known that vehicles with internal combustion engines with direct injection fuel supply systems are becoming increasingly popular with customers. This is mainly due to the fact that they have significantly lower fuel consumption than conventional internal combustion engines. In addition, with diesel internal combustion engines, the diesel fuel is cheaper and can now also be purchased as so-called bio-diesel (RME diesel), which is produced from renewable raw materials and therefore does not further increase the CO 2 pollution of the earth's atmosphere. In such direct injection fuel supply systems, the best efficiency is achieved when the fuel pressure in the injection system has a constantly high value.

Bei Diesel-Brennkraftmaschinen kommt neben dem sogenannten Pumpe-Düse-Einspritzsystem vor allem das an sich bekannte Common-Rail-Einspritzsystem zum Einsatz. Zumindest für letzteres sind Mehrfacheinspritzverfahren bekannt, mit denen zur Verbesserung der Gemischaufbereitung und des Verbrennungsprozesses die für einen Arbeitsvorgang in einem Motorzylinder benötigte Kraftstoffmenge in beispielsweise drei Teileinspritzvorgängen eingespritzt wird. Dabei verbessert eine Voreinspritzung insbesondere die Gemischaufbereitung und damit das Einsetzen der Verbrennung während der Haupteinspritzung. Eine Nacheinspritzung von Kraftstoff dient abschließend vor allen der Verbesserung des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine.at Diesel engines come alongside the so-called pump-injector system especially the common rail injection system known per se. At least for the latter are known multiple injection methods with which to Improve mixture preparation and the combustion process the for amount of fuel required in one operation in an engine cylinder, for example three partial injections is injected. Pre-injection improves in particular the mixture preparation and thus the onset of combustion while the main injection. A post-injection of fuel is used finally especially the improvement of the exhaust gas behavior of the internal combustion engine.

Insbesondere beim Betreiben von solchen Common-Rail-Einspritzsystemen mit Mehrfacheinspritzverfahren treten während der Einspritzvorgänge Druckwellen in den zu den Einspritzdüsen führenden Leitungen auf, die im ungünstigen Fall den Nominalwert des Einspritzdrucks reduzieren und damit den Wirkungsgrad sowie die Zuverlässigkeit des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine negativ beeinflussen. So kann es vorkommen, dass während eines Einspritzvorgangs an der Einspritzdüse der erforderliche Soll-Einspritzdruck nicht zur Verfügung steht und daher bei vorgegebenerer Einspritzdauer nicht die gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dabei kann es in Abhängigkeit von der Druckwellenphase sowohl zu einer Überversorgung als auch zu einer Unterversorgung mit Kraftstoff sowie zu unterschiedlichen Einspritzdrücken kommen. Dadurch wird die Antriebsleistung sowie das nominale Abgasverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtert.In particular when operating such common rail injection systems with multiple injection processes kick during of the injection processes Pressure waves in the lines leading to the injection nozzles in the unfavorable In this case, reduce the nominal value of the injection pressure and thus the Efficiency and reliability influence the injection system of the internal combustion engine negatively. So it can happen that during of an injection process at the injector the required target injection pressure is not to disposal stands and therefore not injected the desired amount of fuel with a predetermined injection duration becomes. It can be dependent from the pressure wave phase to an oversupply as well as to one Undersupply of fuel and different injection pressures occur. This increases the drive power and the nominal exhaust behavior the internal combustion engine deteriorates.

Zur Lösung dieses Problems ist in der nicht vorveröffentlichten DE 102 17 592 A1 vorgeschlagen worden, mittels einer Regelungseinrichtung die Einspritzdauer einer Teileinspritzung an die Phasenlage der Einspritzung im Verhältnis zur Druckwelle anzupassen, so dass zumindest die für einen ungestörten Einspritzvorgang vorgesehene Kraftstoffmenge, wenn auch über eine längere Einspritzdauer in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei diesem Verfahren benötigt man jedoch Kenntnisse über den zeitlichen Verlauf und damit über den Auslöser und die Frequenz der Druckwelle. Der Auslöser der Druckwelle ist zwar durch die vorhergehende Teileinspritzung bekannt, die Frequenz der Druckwelle ist aber abhängig von der Geometrie der Kraftstoffleitung sowie von der Schallgeschwindigkeit der Welle im Kraftstoff.To solve this problem is in the unpublished DE 102 17 592 A1 It has been proposed to adapt the injection duration of a partial injection to the phase position of the injection in relation to the pressure wave by means of a control device, so that at least the amount of fuel provided for an undisturbed injection process is injected into the cylinder of the internal combustion engine, albeit over a longer injection duration. With this method, however, one needs knowledge about the time course and thus about the trigger and the frequency of the pressure wave. The trigger of the pressure wave is known from the previous partial injection, but the frequency of the pressure wave depends on the geometry of the fuel line and the speed of sound of the wave in the fuel.

Hinzu kommt, dass auch durch alle anderen Betätigungsvorgänge der Einspritzventile des Einspritzsystems Druckwellen erzeugt werden, so dass sich in dem Einspritzsystem eine Vielzahl von Teildruckwellen überlagern. Da zudem die Schallgeschwindigkeit abhängig von der bei diesem Verfahren nicht berücksichtigten Kraftstoffsorte (Sommerdiesel, Winterdiesel, RME-Diesel) sowie der Kraftstofftemperatur ist, wird mit der genannten Regeleinrichtung zur Anpassung der Einspritzdauer einer Kraftstoffteileinspritzung das von den Druckwellen verursachte Problem bei der Kraftstoffversorgung des Zylinders nicht ausreichend gelöst.in addition comes that also through all other actuation processes of the injection valves of the Injection system pressure waves are generated so that in the Injection system overlay a large number of partial pressure waves. Because the speed of sound also depends on that with this method not considered Type of fuel (summer diesel, winter diesel, RME diesel) and the Fuel temperature is, with the control device mentioned to adjust the injection duration of a partial fuel injection the problem of fuel supply caused by the pressure waves of the cylinder is not sufficiently loosened.

Andere bekannte Vorkehrungen zur Kompensation von Druckwellen in solchen Kraftstoffeinspritzsystemen betreffen Vorrichtungen, wie beispielsweise die Integration von zusätzlichen Kraftstoffspeichern in der Nähe der Einspritzdüsen oder den Einbau von Drosseln zwischen der Zuleitung und den jeweiligen Einspritzdüsen.Other known arrangements for the compensation of pressure waves in such Fuel injection systems relate to devices such as the integration of additional Fuel storage nearby of the injectors or the installation of chokes between the supply line and the respective Injectors.

In der genannten DE 102 17 592 A1 wird zudem eine Kompensationsvorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Piezo-Aktuator die Frequenz einer Kraftstoffdruckwelle durch Umwandlung der auf diesen Sensor ausgeübten mechanischen Kraft be stimmt, in ein elektrisches Signal umsetzt und einer Regeleinrichtung zur Verfügung stellt. Diese Regelvorrichtung nutzt dann diese Frequenzinformation sowie die Kenntnis über den ungestörten Einspritzbeginn und das ungestörte Einspritzende des Einspritzventils zur Anpassung der Höhe des Einspritzdrucks des folgenden Einspritzvorgangs.In the above DE 102 17 592 A1 a compensation device is also proposed in which a piezo actuator determines the frequency of a fuel pressure wave by converting the mechanical force exerted on this sensor, converts it into an electrical signal and converts it to a control device provides. This control device then uses this frequency information and the knowledge of the undisturbed start of injection and the undisturbed end of injection of the injection valve to adjust the level of the injection pressure of the following injection process.

Darüber hinaus ist aus der WO 99/47802 ein Verfahren zur Bestimmung der Einspritzzeit bei einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine bekannt, mit dem die in der Zuleitung zu einem Einspritzventil auftretenden Druckschwankungen während zwei aufeinander folgenden Einspritzvorgängen innerhalb desselben Arbeitsspiels des Zylinders mit einem mathematischen Korrekturterm berücksichtigt werden. Mit dem korrigierten Druckwert werden sodann die Ansteuerzeit für die Einspritzventile verändert, so dass die richtige Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Der Korrekturterm wird dabei mittels eines so genannten "Least-Squares-Schätzers" bestimmt, der in Abhängigkeit von den geometrischen Daten des Kraftstoffeinspritzsystems, wie z.B. die Länge der Zuleitung von der gemeinsamen Versorgungsleitung zum Einspritzventil, und den Eigenschaften des Kraftstoffs den wahrscheinlichen Einspritzdruck an der Düse des Einspritzventils schätzt.Furthermore is a method for determining the injection time from WO 99/47802 for one with direct fuel injection working internal combustion engine known, with which in the feed line pressure fluctuations occurring during an injection valve during two successive injections within the same cycle of the cylinder with a mathematical correction term become. The control time is then with the corrected pressure value for the Injectors changed, so that the correct amount of fuel is injected. The correction term is determined using a so-called "least squares estimator", which is dependent from the geometric data of the fuel injection system, such as e.g. the length the supply line from the common supply line to the injection valve, and the properties of the fuel, the likely injection pressure at the nozzle of the injector estimates.

Nachteilig an den bisher bekannten Verfahren oder Vorrichtungen zur Kompensation der Effekte von Druckwellen in den Leitungen von direkt einspritzenden Kraftstoffeinspritzsystemen ist, dass diese erhöhte Vorrichtungskosten verursachen oder nur auf ein ganz bestimmtes Einspritzsystem mit all seinen geometrischen Daten und anderen physikalischen Randbedingungen abgestimmt ist und das gestellte technische Problem daher nur sehr unvollkommen lösen.adversely to the previously known methods or devices for compensation the effects of pressure waves in the lines of direct injection Fuel injection systems are that they cause increased device costs or only on a very specific injection system with all of its geometrical data and other physical boundary conditions and the technical problem posed is therefore only very imperfect to solve.

Zudem beschreibt die DE 199 50 222 A1 ein Verfahren, mit welchem durch Fourier-Analyse des Kraftstoffdrucks in einem Hochdruckkraftstoffversorgungssystem einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine das defektfreie Funktionieren von Komponenten dieses Systems feststellbar sein soll. Dabei geht es nicht um Kraftstoffdruckschwankungen, die primär oder sekundär durch eine funktionsgerechte Betätigung der Kraftstoffeinspritzventile hervorgerufen werden, sondern um solche, die aufgrund eines fehlerhaften Verhaltens von Bauteilen im Kraftstoffversorgungssystem entstehen.The also describes DE 199 50 222 A1 a method by means of which Fourier analysis of the fuel pressure in a high-pressure fuel supply system of a direct-injection internal combustion engine is intended to determine the defect-free functioning of components of this system. It is not a question of fuel pressure fluctuations, which are primarily or secondarily caused by a functionally correct actuation of the fuel injection valves, but rather those which arise due to incorrect behavior of components in the fuel supply system.

Außerdem offenbart die Druckschrift A.G. Favennec, P. Minier, M. Leburn, Renault/Imagine: „Analysis of the Dynamic Behavior of the Circuit of a Common Rail Direct Injection System", Forth JHPS International Symposium on Fluid Power, Tokyo 1999, 15–17 Nov. 1999, pp 543–548, dass ein Common-Rail-Einspritzsystem mit Hilfe einer AMESim-Software modellhaft beschrieben sowie der Einspritzdruck eines solchen Systems einer Fourier-Analyse unterzogen werden kann.Also revealed the publication A.G. Favennec, P. Minier, M. Leburn, Renault / Imagine: “Analysis of the Dynamic Behavior of the Circuit of a Common Rail Direct Injection System ", Forth JHPS International Symposium on Fluid Power, Tokyo 1999, Nov. 15-17. 1999, pp 543-548, that a common rail injection system modeled with the help of AMESim software and the Injection pressure of such a system subjected to a Fourier analysis can be.

Schließlich ist aus der DE 197 40 608 A1 ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer kraftstoffeinspritzbezogenen Kenngröße für einen Verbrennungsmotor mit Common-Rail-Einspritzanlage bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Druck in dem den Motorbrennräumen gemeinsam zugeordneten Verteilerdruckraum der Common-Rail-Einspritzanlage über einen jeweiligen Einspritzvorhang für einen jeweiligen Brennraum hinweg in seinem Verlauf mittels eines Drucksensors des Verteilerdruckraums erfasst. Aus diesem Druckverlauf wird ein zugehöriges Druckverlaufsmuster gewonnen, aus dem die wenigstens eine kraftstoffbezogene Kenngröße indi viduell für jeden Brennraum und jeden Einspritzvorgang bestimmt wird.After all, is out of DE 197 40 608 A1 a method for determining at least one fuel injection-related parameter for an internal combustion engine with a common rail injection system is known. With this method, the course of the pressure in the distributor pressure chamber of the common rail injection system, which is assigned to the engine combustion chambers, is detected via a respective injection curtain for a respective combustion chamber by means of a pressure sensor of the distributor pressure chamber. An associated pressure profile pattern is obtained from this pressure profile, from which the at least one fuel-related parameter is individually determined for each combustion chamber and each injection process.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verminderung der Auswirkungen der eingangs beschriebenen Druckwellen vorzustellen, mit dem der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine weiter erhöht und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems aus Brennkraftmaschine und Kraftstoffeinspritzsystem verbessert wird. Dieses Verfahren soll zudem ohne große Änderungen für unterschiedlich dimensionierte Kraftstoffeinspritzsysteme nutzbar sein.In front Against this background, the invention is based on the object Process for reducing the impact of those described in the introduction Imagine pressure waves with which the efficiency of the internal combustion engine further increased and reliability of the overall system consisting of an internal combustion engine and a fuel injection system is improved. This process is also said to be without major changes for different dimensions Fuel injection systems can be used.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus einem Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution this task results from a method with the features of the main claim while advantageous refinements and developments of the invention dependent claims are removable.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht auf die Erkenntnis zurück, dass die in einem direkt einspritzenden Kraftstoffeinspritzsystem auftretenden Kraftstoffdruckschwingungen im eingeschwungenen Zustand zuverlässig mit Hilfe einer Fourier-Analyse beschrieben werden können.The inventive method goes back to the knowledge that the in a direct injection fuel injection system occurring fuel pressure vibrations in the steady state reliable can be described using a Fourier analysis.

Dabei wird zur mathematischen Analyse dieses Schwingungsverhaltens der Druckwelle vorausgesetzt, dass in dem Einspritzsystem keine nichtlinearen Effekte auftreten, oder dass bei einem Auftreten von nichtlinearen Effekten diese liniearisierbar sind. Sofern zum Beispiel das dynamische Verhalten der Kraftstoffeinspritzventile liniearisierbar ist, so kann auch das Ansteuersignal (Piezosignal) für dieses Ventil zur Fourier-Analyse genutzt werden. Zudem wird davon ausgegangen, dass diesem Signal oder speziell dieser Kraftstoffeinspritzrate eine feste Zeitabhängigkeit zugeordnet ist, weshalb dynamische Einflüsse der Einspritzmenge als Ergebnis des Betätigens des Einspritzventils außer Betracht bleiben. Die Kraftstoffeinspritzmenge ist in dem nachfolgend entwickelten mathematischen Modell daher einfach proportional vom Betätigungszeitpunkt und der Betätigungsdauer des Einspritzventils. Außerdem wird bei den folgenden Betrachtungen davon ausgegangen, dass die Dynamik des Kraftstoffeinspritzsystems von genau festgelegten Arbeitsbedingungen hinsichtlich Einspritzdruck und Motordrehzahl abhängt.For the mathematical analysis of this vibration behavior of the pressure wave, it is assumed that there are no nonlinear effects in the injection system, or that if nonlinear effects that can be linearized. If, for example, the dynamic behavior of the fuel injection valves can be linearized, the control signal (piezo signal) can also be used for this valve for Fourier analysis. In addition, it is assumed that a fixed time dependency is assigned to this signal or specifically to this fuel injection rate, which is why dynamic influences of the injection quantity as a result of the actuation of the injection valve are disregarded. In the mathematical model developed below, the fuel injection quantity is therefore simply proportional to the actuation time and the actuation duration of the injection valve. In addition, the following considerations assume that the dynamics of the fuel injection system depend on precisely defined working conditions with regard to injection pressure and engine speed.

Die zeitlichen Schwankungen des Kraftstoffdrucks und damit des Kraftstoffvolumenstroms bei geöffnetem Einspritzventil werden zudem nicht für das gesamte Kraftstoffversorgungssystem, sondern nur für vorgegebene feste Punkte im Bereich der Leitungen sowie für vorgegebene Volumina betrachtet. Diese Punkte sind Knoten in einem eindimensionalen Gitter, das gedanklich in dem Einspritzleitungssystem aufgespannt ist und auf das die Kontinuumgleichungen angewendet werden, um die zeitliche Entwicklung des Systems zu beschreiben. Die für diesen Knotenpunkte angestellten Druckschwingungsanalysen gelten definitionsgemäß auch für alle anderen Orte in dem betrachteten Einspritzsystem.The temporal fluctuations in the fuel pressure and thus the fuel volume flow when open Injector are also not for the entire fuel supply system, but only for predefined fixed points in the area of the lines and for predefined Considered volumes. These points are one-dimensional nodes Grid that is mentally spanned in the injection line system and to which the continuum equations are applied to the describe the temporal development of the system. The one for this By definition, pressure vibration analyzes also apply to all others Locations in the injection system under consideration.

Unter den o.g. Modellvoraussetzungen kann die zeitliche Veränderung des Drucks und/oder des Volumenstroms an den Knotenpunkten beispielsweise in einem Common-Rail-System durch Differentialgleichungen erster Ordnung mit zeitenabhängigen Koeffizienten beschrieben werden. Dabei wird berechtigter Weise davon ausgegangen, dass nach wenigen Arbeitstakten der Brennkraftmaschine ein eingeschwungener Zustand hinsichtlich der Druckschwingungen in dem Kraft stoffverteilungssystem vorliegt, da sich die Einspritzsteuerzeiten und Einspritzmengen bei konstanter Motordrehzahl nicht ändern. Die Dynamik eines solchen diskreten Systems, das bis hier als frei von externen Störungen angenommen wird, kann ganz allgemein als eine Überlagerung von Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen darstellt werden, wobei jede Frequenz eine Resonanzfrequenz dieses Systems ist.Under the above Model requirements can change over time the pressure and / or the volume flow at the nodes, for example in a common rail system by differential equations first Order with time-dependent Coefficients are described. Doing so legitimately assumed that after a few work cycles of the internal combustion engine a steady state in terms of pressure vibrations is in the fuel distribution system because the injection timing and do not change injection quantities at constant engine speed. The Dynamics of such a discrete system, which so far are free from external interference is generally accepted as a superposition of vibrations are represented with different frequencies, each frequency one Resonance frequency of this system is.

Aufgrund des Öffnens und Schließens der Einspritzventile ist das Kraftstoffeinspritzsystem tatsächlich jedoch nicht als isoliertes System zu betrachten. Vielmehr treten in dem Kraftstoffeinspritzsystem neben den in einem isolierten System typischen Oszillation auch solche auf, die durch die externe Anregung der Ventilbetätigung erzeugt werden.by virtue of of opening and closing of the injectors, however, is actually the fuel injection system not to be seen as an isolated system. Rather occur in that Fuel injection system in addition to those typical in an isolated system Oscillation also caused by the external excitation of the valve actuation be generated.

Wenn wie hier die externe Anregung periodisch ist, schwingt wegen der überall in dem Kraftstoffeinspritzsystem präsenten Viskosität des Kraftstoffs auch der Druck des Kraftstoffs nach einer gewissen Anregungszeit um seinen Gleichgewichtswert (also dem statischen Druck) mit der gleichen Periode, wie die äußere Anregungsquelle. Die Zeitabhängigkeit dieser Schwingung kann mit der mathematischen Methode der Fourier-Transformation berechnet werden.If how the external stimulus is periodic here swings in because of the everywhere present the fuel injection system viscosity of the fuel also the pressure of the fuel after a certain Excitation time around its equilibrium value (i.e. the static Pressure) with the same period as the external source of excitation. The time dependency This vibration can be done using the Fourier transform mathematical method be calculated.

Demnach wird zur Bestimmung einer Korrektursteuerzeit zur Veränderung des Betätigungszeitpunktes und/oder der Betätigungsdauer eines Einspritzventils in einem direkt einspritzenden Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine zunächst davon ausgegangen, dass das Einspritzsystem als ein nach wenigen Arbeitstakten der Brennkraftmaschine eingeschwungenes Hochdruckhydrauliksystem angesehen werden kann, bei dem die geometrischen Eigenschaften des Ein spritzsystems und sowie die Eigenschaften von bestimmten Kraftstoffarten als Konstanten gelten. Zudem wird davon ausgegangen, dass die Betätigung der Einspritzventile eine äußere Anregungsquelle für die Kraftstoffdruckschwingungen in dem Einspritzsystem darstellt.Therefore is used to determine a correction timing for change the time of actuation and / or the duration of actuation of an injection valve in a direct injection fuel injection system an internal combustion engine first assumed that the injection system as one after a few work cycles the high-pressure hydraulic system that has settled into the internal combustion engine can be viewed in which the geometric properties of the A spray system and the properties of certain types of fuel count as constants. It is also assumed that the operation of the Injectors an external source of excitation for the Represents fuel pressure vibrations in the injection system.

Zur Bestimmung der in einem solchen Einspritzsystem entstehenden Kraftstoffdruckschwingungen wird die Methode der Transferfunktion angewandt, deren Antwortfunktion die Summe der Amplituden und Phasen der Druckwelle angibt, mit der diese um den Solldruck in dem Kraftstoffversorgungssystem schwingt.to Determination of the fuel pressure vibrations arising in such an injection system the method of the transfer function applied, its response function indicates the sum of the amplitudes and phases of the pressure wave with which this swings around the target pressure in the fuel supply system.

Die so berechneten Druckschwingungsphasen und Druckschwingungsamplituden werden anschließend mit Sollwerten der Betätigungszeitpunkte, des Kraftstoffeinspritzdrucks und/oder des Einspritzvolumens verglichen. Bei Abweichungen der erreichbaren Istwerte im Vergleich zu den genannten Sollwerten wird sodann aus der Abweichung wenigstens ein Korrekturwert für den ursprünglich vorgesehenen Betätigungszeitpunkt, die ursprünglich vorgesehene Betätigungsdauer und/oder das ursprünglich vorgesehene Einspritzvolumen errechnet. Anschließend wird wenigstens einer der genannten bisherigen Sollwerte durch Anwendung eines Korrekturwertes für den nächsten und/oder alle. folgenden Einspritzvorgänge dahingehend verändert, dass eine Kompensation der aus der Kraftstoffdruckschwingung entstehenden Nachteile erreicht wird.The thus calculated pressure oscillation phases and pressure oscillation amplitudes are then with target values of the actuation times, the fuel injection pressure and / or the injection volume compared. In the event of deviations in the achievable actual values compared to the named Target values then become at least one correction value from the deviation for the originally intended actuation time, the original intended operating time and / or that originally the intended injection volume is calculated. Then at least one of the previous target values mentioned by applying a correction value for the next and / or all. following injection processes changed in that compensation for the fuel pressure oscillation Disadvantages is achieved.

Bei diesem Verfahren wird zudem die zeitliche Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks und/oder des Kraftstoffvolumenstroms mit Hilfe der Gleichung

Figure 00100001
bestimmt. Die in dieser Gleichung genannten Konstanten und Variablen werden später hergeleitet und daher direkt nachfolgend nur kurz erläutert. So bedeutet Xk,0 den Gleichgewichtswert von der Komponente Xk der Zustandsvariablen X für den Druck und den Volumenstrom, l die Anzahl von Nicht-Null-Komponenten der Zustandsvariablen der äußeren Anregung F, X i / k,n die Fourier-Komponenten des Amplitudenwertes sowie Φ i / k,n die Fourier-Komponenten des Phasenwertes zwischen der k-ten Zustandsvariablen und der i-ten Steuerungsvariablen, f i / c,n und ϕ i / c,n die Koeffizienten der Fourier-Transformation der Steuerungsvariablen i, t die Zeit, T die Periode einer Kraftstoffdruckschwingung, c und s die Koeffizienten der Kosinus- und Sinusanteile sowie n einen ganzzahligen Indexwert.This method also uses the equation to determine the time dependence of the fuel pressure and / or the fuel volume flow
Figure 00100001
certainly. The constants and variables mentioned in this equation are derived later and are therefore only briefly explained immediately below. So X k, 0 means the equilibrium value of the component X k of the state variables X for the pressure and the volume flow, l the number of non-zero components of the state variables of the external excitation F, X i / k, n the Fourier components of the Amplitude value and Φ i / k, n the Fourier components of the phase value between the k-th state variable and the i-th control variable, fi / c, n and ϕ i / c, n the coefficients of the Fourier transform of the control variable i, t the time, T the period of a fuel pressure oscillation, c and s the coefficients of the cosine and sine components and n an integer index value.

Ein konkretes Steuerungsverfahren kann dabei folgende Verfahrensschritte umfassen:

  • – Bestimmen von geometrischen Parametern des Einspritzsystems,
  • – Bestimmen von Eigenschaften des Kraftstoffs,
  • – Bestimmen der Zustandsvariablen F(t) der äußeren Anregungsquelle (z.B. Einspritzventilbetätigung; eingespritzte Kraftstoffmenge),
  • – Fourier-Entwicklung der i-ten Komponente der Zustandsvariablen F(t),
  • – Berechnen der Amplitude und Phase der Druckschwingung in dem Einspritzsystem durch Anwendung der Fourier-Transformation,
  • – Korrektur des Einspritzzeitpunktes und/oder der Betätigungsdauer für das jeweilige Einspritzventil derart, dass unter Beachtung der berechneten Amplitude und Phase der Druckschwingung der gewünschte Einspritzdruck und/oder die gewünschte Einspritzmenge für die jeweiligen Einspritzventile eingehalten wird.
A specific control process can include the following process steps:
  • Determining geometric parameters of the injection system,
  • - determining properties of the fuel,
  • Determining the state variable F (t) of the external excitation source (for example injection valve actuation; injected fuel quantity),
  • Fourier expansion of the i-th component of the state variable F (t),
  • Calculating the amplitude and phase of the pressure oscillation in the injection system using the Fourier transformation,
  • - Correction of the injection timing and / or the actuation period for the respective injection valve in such a way that the desired injection pressure and / or the desired injection quantity for the respective injection valves is maintained, taking into account the calculated amplitude and phase of the pressure oscillation.

Die geometrischen Parameter des Einspritzsystems und/oder die Eigenschaften des Kraftstoffs sind dabei vorzugsweise als Konstanten vorgegeben, wenngleich diese auch mittels geeigneter Messvorrichtungen in vorgegebenen Zeitabständen bestimmt werden können.The geometric parameters of the injection system and / or the properties of the fuel are preferably given as constants, although these are also specified by means of suitable measuring devices intervals can be determined.

Zur Berechnung der Druck- und/oder Volumenstromschwankungen in dem Kraftstoffeinspritzsystem soll X als der Vektor bezeichnet werden, der die Druck- und des Volumenstromwerte an den genannten Knotenpunkten des Einspritzsystems angibt. Die Komponenten Xk von dem Vektor X werden als Zustandsvariablen des Kraftstoffs bezeichnet. Für die Ableitung des Vektors X nach der Zeit gilt dann

Figure 00110001
worin A eine Matrix ist, die die geometrischen Parameter des Systems und die Flüssigkeitseigenschaften des Kraftstoffs angibt, während F(t) der Vektor des Betätigungsverlaufs der Einspritzventile oder speziell betrachtet z.B. der Vektor der eingespritzten Flüssigkeitsmenge an den jeweiligen Einspritzventilen ist.To calculate the pressure and / or volume flow fluctuations in the fuel injection system, X should be referred to as the vector which specifies the pressure and volume flow values at the aforementioned nodes of the injection system. The components X k of the vector X are referred to as state variables of the fuel. The derivation of the vector X over time then applies
Figure 00110001
where A is a matrix indicating the geometric parameters of the system and the liquid properties of the fuel, while F (t) is the vector of the actuation course of the injection valves or, in particular, the vector of the injected liquid quantity at the respective injection valves.

Die Komponenten von F(t) sind periodische Funktionen und werden als Steuerungsvariablen bezeichnet, die alle die gleiche Periode T aufweisen und in der Regel unterschiedliche Phasenlagen zueinander haben.The Components of F (t) are periodic functions and are called Control variables referred to, which all have the same period T. and usually have different phases.

Die Fourier-Entwicklung der i-ten Komponente von F(t) ist

Figure 00120001
wobei fi(t) als periodische Funktion angesehen werden kann, die auf einen i-ten Einspritzvorgang zurückzuführen ist und in ihre Kosinus- und Sinus-Komponenten zerlegt ist.The Fourier expansion of the i-th component of F (t) is
Figure 00120001
where f i (t) can be viewed as a periodic function which is due to an i-th injection process and is broken down into its cosine and sine components.

Die Fourier-Komponenten der Anregung sind dabei bestimmt durch

Figure 00120002
wobei ti gegebenenfalls benötigt wird, um den Wertebereich des Variabilitätsbereiches von f(t) bis (–T/2, T/2) zu verschieben.The Fourier components of the excitation are determined by
Figure 00120002
where t i may be required to shift the value range of the variability range from f (t) to (–T / 2, T / 2).

Mit der Haupttheorie der linearen Differentialgleichungen kann gezeigt werden, dass eine sinusförmige Anregung einer Steuerungsvariablen mit der Frequenz von fn= n/T bei einem Systemgleichgewicht in der k-ten Komponente Xk von X eine sinusförmige Schwingung mit einer Amplitude Xk,n und mit einer Phase Φk,n induziert. Dieser Zusammenhang kann ausgedrückt werden durch: fn → Xk,n , Φk,n [Gl. 6] With the main theory of linear differential equations it can be shown that a sinusoidal excitation of a control variable with the frequency of f n = n / T with a system equilibrium in the kth component X k of X is a sinusoidal oscillation with an amplitude X k, n and with a phase Φ k, n induced. This relationship can be expressed by: f n → X k, n , Φ k, n [Eq. 6]

Diese Amplituden und Phasen der Schwingungen können zwischen der Steuerungsvariablen und der Zustandsvariablen Xk bei der Frequenz fn mit dem Formalismus der Fourier-Transformation berechnet werden. Die Fourier-Transformation wird dabei immer numerisch berechnet, selbst wenn in bestimmten Fällen ein angenäherter analytischer Ausdruck für bestimmte Variablen oder Konstanten gegeben sein könnte.These amplitudes and phases of the vibrations can be calculated between the control variable and the state variable X k at the frequency f n with the formalism of the Fourier transform. The Fourier transformation is always calculated numerically, even if, in certain cases, an approximate analytical expression could be given for certain variables or constants.

Jede Fourier-Komponente der eingespritzten Strömung induziert auf diese Weise eine Schwingung des Volumenstroms und des Drucks an dem betrachteten Knotenpunkt, deren Phase und Amplitude bekannt sind. Da dieses System linear ist, kann das Zeitverhalten von Xk als die Summe von allen Beiträgen der Fourier-Komponenten der Steuerungsvariablen betrachtet werden.In this way, each Fourier component of the injected flow induces an oscillation of the volume flow and of the pressure at the node in question, the phase and amplitude of which are known. Since this system is linear, the time behavior of X k can be viewed as the sum of all contributions of the Fourier components of the control variables.

Die eingangs schon erwähnte zeitliche Abhängigkeit Xk(t) des Kraftstoffdrucks und/oder des Volumenstroms an einem Knotenpunkt in dem Einspritzsystem ist daher gegeben durch

Figure 00130001
worin Xk,0 der Gleichgewichtswert von Xk ist und 1 für die Anzahl von Nicht-Null-Komponenten von F steht. Dieser Gleichgewichtswert Xk,0 ist dabei nichts anderes als der statische Druck, unter dem der Kraftstoff in dem Einspritzsystem eingeschlossen ist. Um diesen Gleichgewichtswert des Drucks schwankt die Druckwelle mit den Kosinus- und Sinusanteilen der Anregungsschwingung.The temporal dependence X k (t) of the fuel pressure and / or the volume flow at a node in the injection system, which has already been mentioned, is therefore given by
Figure 00130001
where X k, 0 is the equilibrium value of X k and 1 stands for the number of non-zero components of F. This equilibrium value X k, 0 is nothing else than the static pressure under which the fuel is enclosed in the injection system. The pressure wave fluctuates around this equilibrium value of the pressure with the cosine and sine components of the excitation oscillation.

Die Werte für X i / k,n und für Φ i / k,n werden aus der Fourier-Transformation zwischen der k-ten Zustandsvariablen und der i-ten Steuerungsvariablen berechnet, während f i / n und Φ i / n die Koeffizienten der Fourier-Transformation der Steuerungsvariablen i sind. Der Wert n gibt die Zahl des bei der Berechnung jeweils berücksichtigten Summanden an. Der Index s sowie der Index c stellen die Koeffizienten der Kosinus- und der Sinusanteile dar.The Values for X i / k, n and for Φ i / k, n from the Fourier transform between the kth state variable and the ith control variable calculated while f i / n and Φ i / n die Fourier transform coefficients of control variables i are. The value n gives the number of each in the calculation considered Summands on. The index s and the index c represent the coefficients the cosine and of the sine components.

Dabei wird zur mathematischen Analyse dieses Schwingungsverhaltens der Druckwelle vorausgesetzt, dass in dem Einspritzsystem keine nichtlinearen Effekte auftreten oder dass bei einem Auftreten von nichtlinearen Effekten diese liniearisierbar sind. Sofern zum Beispiel das dynamische Verhalten der Kraftstoffeinspritzventile liniearisierbar ist, so kann auch das Ansteuersignal (Piezosignal) für dieses Ventil zur Fourier-Analyse genutzt werden. Zudem wird davon ausgegangen, dass diesem Signal oder speziell dieser Kraftstoffeinspritzrate eine feste Zeitabhängigkeit zugeordnet ist, weshalb dynamische Einflüsse der Einspritzmenge als Ergebnis des Betätigens des Einspritzventils außer Betracht bleiben. Die Kraftstoffeinspritzmenge ist in dem verwendeten mathematischen Modell daher einfach proportio nal zum Betätigungszeitpunkt und der Betätigungsdauer des Einspritzventils. Außerdem wird davon ausgegangen, dass die Dynamik des Kraftstoffeinspritzsystems von genau festgelegten Arbeitsbedingungen hinsichtlich Einspritzdruck und Motordrehzahl abhängt.For the mathematical analysis of this vibration behavior of the pressure wave, it is assumed that there are no nonlinear effects in the injection system or that if nonlinear effects occur they can be linearized. If, for example, the dynamic behavior of the fuel injection valves can be linearized, the control signal (piezo signal) can also be used for this valve for Fourier analysis. In addition, it is assumed that a fixed time dependency is assigned to this signal or specifically to this fuel injection rate, which is why dynamic influences of the injection quantity as a result of the actuation of the injection valve are disregarded. The fuel injection quantity is therefore simply proportional to the actuation time and the actuation duration of the injection valve in the mathematical model used. It is also assumed that the dynamics of the fuel spray system depends on precisely defined working conditions with regard to injection pressure and engine speed.

Mit der beschriebenen mathematischen Funktion [Gl.1] wurde eine Vergleichsrechnung durchgeführt, mit der die Richtigkeit der Überlegungen dahingehend bestätigt werden konnte, dass sich das Kraftstoffeinspritzsystem im eingeschwungenen Zustand hinsichtlich der dort auftretenden Druckschwingungen durch eine Fourier-Analyse zuverlässig beschreiben lässt. Dabei wurde zunächst ein computergestütztes Simulationssystem Namens "Amesim" mit allen notwenigen Daten über ein zu untersuchendes Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem versorgt, zu denen neben den konkreten geometrischen Angaben zu der Kraftstoffleitungsgeometrie auch die Eigenschaften der Einspritzventile, deren Betätigungsfolgen und Betätigungszeiträume, der Betätigungssolldruck sowie die Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs eingegeben wurden. Anschließend wurde mit diesen Daten ein Programmlauf in einem Computer durchgeführt und die errechneten Druckschwankungen im Kraftstoff u.a. in graphischer Form ausgegeben.With the described mathematical function [Eq.1] was a comparative calculation carried out with of the correctness of the considerations confirmed to that effect could be that the fuel injection system in the steady Condition with regard to the pressure vibrations occurring there a Fourier analysis reliably can be described. This was initially a computerized Simulation system called "Amesim" with all necessary Data about supplies a common rail fuel injection system to be examined, to which in addition to the specific geometric information on the fuel line geometry also the properties of the injectors and their operating sequences and actuation periods, the actuation target pressure as well as the properties of the fuel used. Then was with this data a program run in a computer and the calculated pressure fluctuations in the fuel etc. in graphic Form issued.

Konkret wurde der analytische Ausdruck für die erzwungene Zeitantwort des Drucks und des Volumenstroms auf die Anregung durch die Einspritzventilbetätigung in einem Computerprogramm getestet, mit dem eine 4- und eine 3-Zylinder-Brennkraftmaschine mit Common-Rail-Einspritzsystem simuliert wurde. Der eingespritzte Kraftstoffvolumenstrom Q(t) während einer Einspritzzyklusdauer T wurde als Treppenfunktion vorgegeben, für die die folgenden Beziehungen gelten: Q(t) = 0 bei 0 < t < ta [Gl. 7] Q(t) = Qinj bei ta < t < ta + Δt [Gl. 8] Q(t) = 0 bei ta + Δt < t < T [Gl. 9]wobei t für die zwischen zwei Einspritzvorgängen am selben Einspritzventil vergangene Zeit, Δt für die Einspritzdauer und Qinj für den maximalen Kraftstoffvolumenstrom am Einspritzventil steht. Die Einspritzdauer Δt und der maximale Volumenstrom Qinj wurden dabei so eingestellt, dass die richtige Einspritzmenge am betrachteten Arbeitspunkt des Zylinders zur Verfügung stand. Der Zeitpunkt ta, zu dem die Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder erfolgt, wurde für jeden der Einspritzventile derart unterschiedlich gewählt, dass sich die richtige Einspritzreihenfolge ergab. Die Zyklusdauer T wurde zudem so berechnet, dass sich die gewünschte Motordrehzahl einstellte.Specifically, the analytical expression for the forced time response of the pressure and the volume flow to the excitation by the injection valve actuation was tested in a computer program with which a 4-cylinder and a 3-cylinder internal combustion engine with a common-rail injection system was simulated. The injected fuel volume flow Q (t) during an injection cycle duration T was specified as a step function for which the following relationships apply: Q (t) = 0 at 0 <t <t a [Eq. 7] Q (t) = Q inj at t a <t <t a + Δt [Eq. 8th] Q (t) = 0 at t a + Δt <t <T [Eq. 9] where t stands for the time elapsed between two injection processes on the same injection valve, Δt for the injection duration and Q inj for the maximum fuel volume flow at the injection valve. The injection duration Δt and the maximum volume flow Q inj were set so that the correct injection quantity was available at the operating point of the cylinder under consideration. The point in time t a at which the fuel is injected into the cylinder was chosen so differently for each of the injection valves that the correct injection sequence was obtained. The cycle duration T was also calculated so that the desired engine speed was set.

Die der Beschreibung beigefügte Zeichnung zeigt inThe attached to the description Drawing shows in

1 den Verlauf des Kraftstoffdrucks berechnet mit dem Simulationsprogramm "Amesin" für ein Common-Rail-Einspritzsystem, sowie Druckwerte, die mit der erfindungsgemäßen Fourier-Transformations-Methode berechnet wurden, und in 1 the course of the fuel pressure is calculated using the simulation program "Amesin" for a common rail injection system, and pressure values which were calculated using the Fourier transformation method according to the invention, and in

2 den graphisch aufgetragenen prozentualen Fehler zwischen den in 1 dargestellten Druckverläufen der Vergleichsberechnungen. 2 the percentage error graphically plotted between the in 1 shown pressure curves of the comparative calculations.

Dabei ist in 1 deutlich erkennbar, dass der Verlauf des Kraftstoffdrucks bei einer Motordrehzahl von 1.250 U/min wie zuvor beschrieben um den in dem Einspritzsystem in der Simulation als konstant vorgegebenen Druck von 600 Bar oszilliert und über den hier analysierten Zeitraum von 5 Millisekunden einen Schwankungsbereich von 575 Bar bis 628 Bar aufweist.Here is in 1 Clearly recognizable that the course of the fuel pressure at an engine speed of 1,250 rpm, as previously described, oscillates around the pressure of 600 bar specified as constant in the injection system in the simulation and a fluctuation range from 575 bar to over the period of 5 milliseconds analyzed here 628 bar.

Während die durchgezogene Druckverlauflinie durch das genannte Simulationssystem "Amesim" errechnet, wurde, stellen die einzelnen Messpunkte die Ergebnisse aus der erfindungsgemäßen Druckberechnung mittels der Fourier-Analyse und der Fourier-Transformation dar. Schon der einfache graphische Vergleich zeigt, dass die Berechnungsergebnisse sehr dicht beieinander liegen.While the solid pressure curve was calculated by the simulation system "Amesim", the individual measuring points represent the results from the pressure calculation according to the invention using the Fourier analysis and the Fourier transformation. Even the simple graphic comparison shows that the calculation results are very close together.

Wie gut die Übereinstimmung der berechneten Druckschwankungen zwischen dem aufwendigen Simulationsprogramm "Amesim" und dem sehr viel schneller arbeitenden und weniger Einspritzsystemdaten benötigenden erfindungsgemäßen Verfahren tatsächlich ist zeigt 2, in der der prozentuale Fehler zwischen den beiden Berechnungsmethoden für ein Common-Rail-System in Verbindung mit einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine während einer vollständigen Einspritzperiode mit einer Länge von 0,1 Sekunde dargestellt ist. Wie dieser Fehlerverlauf zeigt, überschreitet dieser Fehler in keinem Fall den Wert von 0,09%, womit eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen beider Berechnungsmethoden festgestellt werden kann.It shows how well the calculated pressure fluctuations actually match between the complex simulation program "Amesim" and the method according to the invention, which works much faster and requires less injection system data 2 , in which the percentage error between the two calculation methods for a common rail system in connection with a four-cylinder internal combustion engine is represented during a complete injection period with a length of 0.1 seconds is. As this course of the error shows, this error never exceeds the value of 0.09%, so that a very good agreement between the results of both calculation methods can be determined.

Die vorgeschlagene Methode zur Bestimmung der Druckschwankungen ist vorteilhaft in Steuerungs- und Regelungsverfahren zur Betätigung der Einspritzventile von direkt einspritzenden Kraftstoffeinspritzsystemen nutzbar. Diese Systeme können dabei sowohl Common-Rail- als auch Pumpe-Düse-Einspritzsysteme sein.The proposed method for determining the pressure fluctuations advantageous in control and regulation procedures for actuating the Injectors from direct injection fuel injection systems available. These systems can both common rail and unit injector systems.

Von besonderem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Berechnungsverfahren ist, dass die Korrektur der Einspritzzeitpunkte analytisch mit einer Formel berechnet werden kann, die eine klare und explizite Abhängigkeit von der Systemgeometrie und der Einspritzcharakteristik enthält. Die Frequenzen, Amplituden und Phasen, die in diesem mathematischen Ausdruck zur Berechnung der Druckschwankungen und für die Einspritzzeitpunkt- und gegebenenfalls Einspritzdauerkorrektur verwendet werden, sind a priori durch das Einspritzsystem vorgegeben und müssen nicht durch ständig wiederholte Messungen bestimmt werden.Of is a particular advantage of the calculation method according to the invention, that the correction of the injection times is analytical with a Formula can be calculated that has a clear and explicit dependency of the system geometry and the injection characteristics. The Frequencies, amplitudes and phases in this mathematical Printout for calculating the pressure fluctuations and for the injection timing and, if necessary, injection duration correction are used predefined a priori by the injection system and do not have to through constantly repeated measurements can be determined.

Insgesamt ist die Methode sehr schnell und liefert Ergebnisse, die in sehr guter Übereinstimmung mit denen der Standard-Mittel für die Simulation von Hydrauliksystemen zur Verfügung stehen. Daher kann die Berechnungszeit bei der Simulation von Einspritzvorgängen in stationären Arbeitspunkten einer Brennkraftmaschine erheblich reduziert werden.All in all the method is very fast and gives results in very good agreement with those of the standard means for the simulation of hydraulic systems are available. Therefore, the Calculation time when simulating injection processes in stationary Operating points of an internal combustion engine can be significantly reduced.

Bei ausreichend hoher Rechnerleistung kann diese Berechnung auch mit einem Fahrzeugcomputer beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme oder in vorbestimmten Abständen während des Betriebs des Fahrzeuges erfolgen. In letzterem Fall wird vorzugsweise lediglich die Viskosität des Kraftstoffs festzustellen und ein einmaliger Simulationslauf durchzuführen sein.at this calculation can also be performed with sufficiently high computing power a vehicle computer, for example, when starting up for the first time or at predetermined intervals while operation of the vehicle. In the latter case it is preferred only the viscosity of the fuel and a one-time simulation run perform his.

Claims (5)

Verfahren zur Berechnung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine und zur Steuerung derer Einspritzventile, bei dem das Kraftstoffversorgungssystem als ein nach wenigen Arbeitstakten der Brennkraftmaschine eingeschwungenes Hochdruckhydrauliksystem definiert ist, bei dem die geometrischen Eigenschaften des Kraftstoffversorgungssystems und die Kraftstoffeigenschaften für eine bestimmte Kraftstoffart als Konstanten vorgegeben sind oder bestimmt werden, bei dem die Betätigung der Einspritzventile eine äußere Anregungsquelle für Kraftstoffdruckschwingungen in dem Einspritzsystem darstellen, bei dem zur Analyse der in einem solchen Einspritzsystem entstehenden Kraftstoffdruckschwingungen die Methode der Fourier-Analyse angewandt wird, bei dem die Antwortfunktion der Fourier-Analyse die Phasen und die Amplituden der Druckschwingungskomponenten angeben, bei dem die Druckschwingungsphasen und Druckschwingungsamplituden mit Sollwerten der Betätigungszeitpunkte, des Kraftstoffeinspritzdrucks und/oder des Einspritzvolumens zur Betätigung der Kraftstoffeinspritzventile verglichen werden, bei dem bei Abweichungen der erreichbaren Istwerte im Vergleich zu den genannten Sollwerten aus der Abweichung wenigstens ein Korrekturwert für den ursprünglich vorgesehenen Betätigungszeitpunkt, die vorgesehene Betätigungsdauer und/oder das Einspritzvolumens errechnet wird, bei dem wenigstens einer der genannten bisherigen Sollwerte durch Anwendung des Korrekturwertes für den nächsten und/oder alle folgenden Einspritzvorgänge dahingehend verändert wird, dass eine Kompensation der aus der Kraftstoffdruckschwingung entstehenden Nachteile erreicht wird, und bei dem die zeitliche Abhängigkeit des Drucks und/oder des Volumenstroms mit der Gleichung
Figure 00200001
bestimmt wird, worin Xk,0 der Gleichgewichtswert von der Komponente Xk der Zustandsvariablen X für den Druck und den Volumenstrom ist, l für die Anzahl von Nicht-Null-Komponenten der Zustandsvariablen der äußeren Anregung F steht, X i / k,n für die Fourier-Komponenten des Amplitudenwertes sowie Φ i / k,n für die Fourier-Komponenten des Phasenwertes zwischen der k-ten Zustandsvariablen und der i-ten Steuerungsvariablen stehen, f i / c,n und ϕ i / c,n die Koeffizienten der Fourier-Transformation der Steuerungsvariablen i bedeuten, sowie t für die Zeit, T für die Periode einer Kraftstoffdruckschwingung, c und s für die Koeffizienten der Kosinus- und Sinusanteile sowie n für einen ganzzahligen Indexwert stehen.Method for calculating pressure fluctuations in a fuel supply system of an internal combustion engine working with direct fuel injection and for controlling its injection valves, in which the fuel supply system is defined as a high-pressure hydraulic system that has settled after a few work cycles of the internal combustion engine, in which the geometric properties of the fuel supply system and the fuel properties for a specific one Fuel type are specified or determined as constants, in which the actuation of the injection valves represent an external source of excitation for fuel pressure oscillations in the injection system, in which the Fourier analysis method is used to analyze the fuel pressure oscillations arising in such an injection system, in which the response function of the Fourier analysis specify the phases and the amplitudes of the pressure vibration components, in which the pressure vibration phases and pressure vibration ing amplitudes are compared with target values of the actuation times, the fuel injection pressure and / or the injection volume for actuating the fuel injection valves, in which, in the event of deviations in the achievable actual values compared to the specified nominal values from the deviation, at least one correction value for the originally intended actuation time, the intended actuation duration and / or the injection volume is calculated, in which at least one of the previous setpoints mentioned is changed by applying the correction value for the next and / or all subsequent injection processes in such a way that compensation for the disadvantages arising from the fuel pressure oscillation is achieved, and in which the temporal dependence of the Pressure and / or the volume flow with the equation
Figure 00200001
where X k, 0 is the equilibrium value of the component X k of the state variable X for the pressure and the volume flow, l for the number of non-zero components of the state variable of the other outer excitation F stands for X i / k, n for the Fourier components of the amplitude value and Φ i / k, n for the Fourier components of the phase value between the k-th state variable and the i-th control variable, fi / c, n and ϕ i / c, n mean the coefficients of the Fourier transform of the control variable i, and t stand for time, T for the period of a fuel pressure oscillation, c and s for the coefficients of the cosine and sine components, and n for an integer index value , Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bestimmen von geometrischen Parametern des Einspritzsystems, – Bestimmen von Eigenschaften des Kraftstoffs, – Bestimmen der Zustandsvariablen F(t) der äußeren Anregung (z.B. Einspritzventilbetätigung; eingespritzte Kraftstoffmenge), – Fourier-Entwicklung der i-ten Komponente der Zustandsvariable F(t), – Berechnen der Amplitude und Phase der Kraftstoffdruckschwingung im Kraftstoffversorgungssystem durch Anwendung der Fourier-Transformation, – Korrektur des Einspritzzeitpunktes und/oder der Betätigungsdauer für das jeweilige Einspritzventil derart, dass unter Beachtung der berechneten Amplituden und Phasen der Kraftstoffdruckschwingung der gewünschte Einspritzdruck und/oder gewünschte Einspritzmenge für die jeweiligen Einspritzventile eingehalten wird.A method according to claim 1, characterized by the following Steps: - Determine of geometric parameters of the injection system, - Determine properties of the fuel, - Determine the state variables F (t) of external excitation (e.g. injection valve actuation; amount of fuel injected), - Fourier development of the i th Component of the state variable F (t), - Calculate the amplitude and Phase of the fuel pressure oscillation in the fuel supply system by applying the Fourier transform, - Correction the time of injection and / or the duration of actuation for the respective Injector in such a way that taking into account the calculated amplitudes and phases of the fuel pressure oscillation the desired injection pressure and / or desired Injection quantity for the respective injectors are observed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Parameter des Einspritzsystems und/oder die Eigenschaften des Kraftstoffs als Konstanten vorgegeben und/oder mittels Messvorrichtungen in festgelegten Zeitabständen bestimmt werden.A method according to claim 2, characterized in that the geometric parameters of the injection system and / or the Properties of the fuel are given as constants and / or determined by measuring devices at fixed intervals become. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Entwicklung der i-ten Komponente der Zustandsvariable F(t) der eingespritzten Kraftstoffmenge gegeben ist durch die Gleichung
Figure 00210001
mit f i / c,n und f i / s,n i als Fourier-Koeffizienten, i als den i-ten Einspritzvorgang, t als Zeit, T als Periode einer Kraftstoffdruckschwingung, c und s als Koeffizienten der Kosinus- und Sinusanteile sowie mit n als ganzzahligen Indexwert.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Fourier development of the i-th component of the state variable F (t) of the injected fuel quantity is given by the equation
Figure 00210001
with fi / c, n and fi / s, ni as Fourier coefficients, i as the i-th injection process, t as time, T as the period of a fuel pressure oscillation, c and s as coefficients of the cosine and sine components, and with n as an integer index value. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Koeffizienten gebildet sind durch
Figure 00220001
A method according to claim 4, characterized in that the Fourier coefficients are formed by
Figure 00220001
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