DE112014003273B4

DE112014003273B4 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines treibstoffinjektors mittels treibstoffsystemdruckvorhersagen

Info

Publication number: DE112014003273B4
Application number: DE112014003273.5T
Authority: DE
Inventors: Carlos A. Lana
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: DE112014003273T5; WO2015009692A1; CN105358817B; CN105358817A

Abstract

Treibstoffaggregat für einen Motor, aufweisend:- einen Treibstoffspeicher,- mindestens einen Treibstoffinjektor, welcher fluidisch mit dem Treibstoffspeicher verbunden ist, wobei der Treibstoffinjektor ausgebildet ist, sich zwischen einer geöffneten Position, welche einen Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche den Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor verhindert, zu bewegen, wobei jede Bewegung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position einen Treibstoffinjektionszyklus definiert, und wobei der Treibstoffinjektor für eine Mehrzahl von Treibstoffinjektionszyklen ausgebildet ist, und- ein Kontrollsystem, welches betreibbar mit dem Treibstoffinjektor verbunden ist, wobei das Kontrollsystem ausgebildet ist, mindestens einen Parameter des Treibstoffaggregats zu empfangen,- wobei das Kontrollsystem ausgebildet ist,während einem Einspritzen von Treibstoff ein Druckprofil des Treibstoffaggregats basierend auf dem mindestens einen Parameter vorherzusagen durch:- Bestimmen eines geschätzten Drucks des Treibstoffaggregats;- Berechnen einer Mehrzahl von Treibstoffmengen basierend auf dem geschätzten Druck;- Berechnung einer geschätzten Treibstoffmenge aus der Mehrzahl an Treibstoffmengen;- Vergleichen der geschätzten Treibstoffmenge mit einer vorgegebenen Toleranzgröße; und vor jedem der Treibstoffinjektionszyklen, die Zeitdauer, für welche der Treibstoffinjektor in der geöffneten Position während jedem Treibstoffinjektionszyklus verbleibt, in Reaktion auf das vorhergesagte Druckprofil anzupassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft Treibstoffinjektoren für einen Verbrennungsmotor und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Berechnen einer tatsächlichen Injektionszeit, welche Aktivzeit (englisch: „on-time“) genannt wird, mittels Treibstoffsystemdruckvorhersagen.
Insbesondere betrifft die Offenbarung gemäß Anspruch 1 ein Treibstoffaggregat für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Treibstoffspeicher, mindestens einen Treibstoffinjektor und ein Kontrollsystem. Der Treibstoffinjektor ist fluidisch mit dem Treibstoffspeicher verbunden und kann zwischen einer geöffneten Position, welche einen Treibstoffdurchlass ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche einen Treibstoffdurchlass verhindert, bewegt werden. Jede Bewegung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position definiert einen Treibstoffinjektionszyklus. Das Kontrollsystem ist wirkungsmäßig mit dem Treibstoffinjektor verbunden und dazu eingerichtet, eine Öffnungsdauer des Treibstoffinjektors abhängig von einem Betriebsparameter des Treibstoffaggregats einzustellen. Zudem betrifft die Offenbarung ein entsprechendes Verfahren.
HINTERGRUND
Die Treibstoffmenge, welche mittels eines Treibstoffinjektors in einen Verbrennungsraum eingespritzt wird, ist eine Funktion eines Systemtreibstoffversorgungs- oder Raildrucks, eines Zylinder- oder Verbrennungsraumdrucks und eines Intervalls, während welchem der Treibstoffinjektor geöffnet verbleibt, was Aktivzeit genannt wird. Ein üblicher Ansatz zur Bestimmung der Aktivzeit eines Treibstoffinjektors für eine gewünschte Treibstoffmenge und einen gewünschten Treibstoffsystemdruck ist die Verwendung einer vorgegebenen zweidimensionalen Nachschlagetabelle mit Treibstoffsystem-, Treibstoffrail- oder Commonraildruck und gewünschten Treibstoffmengen als unabhängigen Variablen oder Parametern und der Aktivzeit des Treibstoffinjektor als abhängiger Variablen.
Aus US 7 900 605 B2 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, bei dem über einen Drucksensor eine Steuereinheit eine Einspritzmenge ermittelt, die sodann mit einer Einspritzdüse in den Brennraum eingespritzt wird.
Die Herausforderung mit dem konventionellen Ansatz ist es, dass das Treibstoffdruckprofil in dem Treibstoffsystem sich bezüglich der Nachschlagetabellenkalibrierung oder - referenz ändern kann, was das tatsächliche Volumen, Menge oder Quantität von geliefertem Treibstoff ändert. Faktoren, welche das Treibstoffdruckprofil ändern können, sind insbesondere Druckwellen in dem Treibstoffsystem, dem Treibstoffrail oder dem Commonrail, ein „Start der Injektion“ (SOI) welche als eine Funktion des Inputs ausgebildet ist, welcher sich von dem Treibstoffsystemdruck und gewünschten Treibstoffmengen unterscheidet, und Treibstoffsystemdrucksollwertänderungen.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, ein Treibstoffaggregat eines Motors und ein Verfahren zum Betreiben eines Treibstoffinjektors in einem Treibstoffaggregat eines Motors bereitzustellen, welche Aktivzeiten eines Treibstoffinjektors besonders präzise an momentan vorliegende Betriebseigenschaften des Treibstoffaggregats anpassen.
KURZFASSUNG
Die vorgenannte Aufgabe wird durch die Treibstoffaggregate und das Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Treibstoffaggregat eines Motors einen Treibstoffspeicher und mindestens einen Treibstoffinjektor auf, welcher fluidisch mit dem Treibstoffspeicher verbunden ist. Der Treibstoffinjektor ist ausgebildet sich zwischen einer geöffneten Position, welcher Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche den Treibstoffstrom von dem Injektor unterbindet, zu bewegen. Das Treibstoffaggregat weist weiter ein Kontrollsystem auf, welches einen Controller aufweist, der betreibbar mit dem Treibstoffinjektor verbunden ist. Der Kontroller ist ausgebildet, mindestens einen Parameter des Treibstoffaggregats zu empfangen. Der Controller ist ausgebildet, während des Betriebs des Motors, die Zeit, in welcher der Treibstoffinjektor in der geöffneten Position verbleibt in Abhängigkeit von den Parametern anzupassen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Treibstoffaggregat eines Motors mindestens einen Treibstoffinjektor und ein Kontrollsystem für das Treibstoffaggregat auf. Das Kontrollsystem weist einen Controller, welcher ausgebildet ist, mindestens einen Parameter des Treibstoffaggregats zu empfangen, Mittel zum Bestimmen einer Zeitdauer, für welche Treibstoff von dem Treibstoffinjektor fließt, Mittel zur Vorhersage eines Druckprofils des Treibstoffaggregats während des Betriebs des Motors und Mittel zum Anpassen der Zeitdauer auf, für welche Treibstoff von dem Treibstoffinjektor in Reaktion auf das Druckprofil fließt, welches für das Treibstoffaggregat vorhergesagt ist, während des Betriebs des Motors.
Nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Betrieb eines Treibstoffaggregats für einen Motor das Zurverfügungstellen von mindestens einem Treibstoffinjektor, das Empfangen von Parametern des Treibstoffaggregats während des Betriebs des Motors und das Vorhersagen eines Druckprofils für das Treibstoffaggregat, basierend auf den Parametern des Treibstoffaggregats während des Betriebs des Motors, auf. Das Verfahren weist weiter das Berechnen einer Zeitdauer für Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor während des Betriebs des Motors und das Übermitteln eines Signals von dem Treibstoffinjektor, während des Betriebs des Motors auf, welches mit der Zeitdauer des Treibstoffstromes von dem Treibstoffinjektor korrespondiert.
Vorteile der Ausführungsformen dieser Offenbarung werden im Folgenden anhand der detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils des Motors von 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf 1 ist ein Teil eines Verbrennungsmotors nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als vereinfachte schematische Darstellung gezeigt und grundsätzlich mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Motor 10 weist ein Kontrollsystem auf, welches ein Treibstoffinjektionssignal generiert, welches an einen elektrischen Treiber übermittelt wird, wo das Treibstoffinjektionssignal verstärkt wird. Das Treibstoffinjektionssignal wird dann an den Treibstoffinjektor übermittelt, welcher eine Düse oder ein Nadelventilelement öffnet, um einen Treibstoffstrom durch den Treibstoffinjektor in einen Verbrennungsraum zu ermöglichen. Zur Berechnung der tatsächlichen Aktivzeit des Treibstoffinjektors, verwendet das Kontrollsystem Informationen, welche zur Verfügung stehen, bevor das Treibstoffinjektionssignal zu dem Treibstoffinjektor übermittelt wird, um ein Druckprofil in einem Treibstoffsystem, welches einen Hochdrucktreibstoff dem Treibstoffinjektor zur Verfügung stellt, zu entwickeln und vorherzubestimmen. Das Kontrollsystem verwendet das Druckmodell zusammen mit einem Befüllungsbefehl, um die Aktivzeit des Treibstoffinjektors zu berechnen. Die Information, welche zum Entwickeln des Drucks in dem Treibstoffsystem verwendet werden kann, kann ein Pumpbefehl, einen Treibstoffsystemsollwert(-druck) oder Zieltreibstoffsystemdruck, Druckmessungssignale von dem Treibstoffsystem, Commonrail-Treibstoff- oder Speicherdimensionen und Treibstoffcharakteristika umfassen.
Der Motor 10 weist einen Motorkörper 12 auf, welcher einen Motorblock 14 und einen Zylinderkopf 16 aufweist, welcher an dem Motorblock 14 angeordnet ist, ein Treibstoffsystem 18 und ein Kontrollsystem 20. Das Kontrollsystem 20 empfängt Signale von Sensoren, welche an dem Motor 10 angeordnet sind und übermittelt Kontrollsignale zu Einrichtungen, welche an dem Motor 10 angeordnet sind um die Funktion dieser Einrichtungen zu kontrollieren. Der Motorkörper 12 umfasst eine Kurbelwelle 22, eine Mehrzahl von Kolben 24 und eine Mehrzahl von Verbindungsstangen 26. Die Kolben 24 sind für ein Hin- und Herbewegen / ein wechselseitiges Bewegen in einer Mehrzahl von Motorzylindern 28 angeordnet, wobei ein Kolben 24 in jedem Motorzylinder 28 angeordnet ist. Eine Pleuelstange / Verbindungsstange 26 verbindet jeden Kolben 24 mit der Kurbelwelle 22. Wie gezeigt werden wird, verursacht die Bewegung der Kolben 24 unter der Wirkung eines Verbrennungsprozesses in dem Motor 10, dass die Verbindungsstangen 26 die Kurbelwelle 22 bewegen.
Eine Mehrzahl von Treibstoffinjektoren 30 sind in dem Zylinderkopf 16 angeordnet. Jeder Treibstoffinjektor 30 ist fluidisch mit einem Verbrennungsraum 32 verbunden, welcher jeweils durch einen Kolben 24, einen Zylinderkopf 14 und den Teil des Motorzylinders 28 gebildet ist, welcher sich zwischen dem jeweiligen Kolben 24 und dem Zylinderkopf 14 erstreckt.
Das Treibstoffsystem 18 stellt den Injektoren 30 Treibstoff bereit, welcher dann in die Verbrennungsräume 32 durch Tätigkeit der Treibstoffinjektoren 30 eingespritzt wird, was einen oder mehrere Injektionsereignisse darstellt. Das Treibstoffsystem 18 weist einen Treibstoffkreislauf 34, einen Treibstofftank 36, welcher Treibstoff enthält, eine Hochdrucktreibstoffpumpe 38, welche entlang des Treibstoffkreislaufs 34 in Flussrichtung hinter dem Treibstofftank 36 angeordnet ist und einen Treibstoffspeicher oder Rail 40 auf, welcher entlang des Treibstoffkreislaufs 34 in Flussrichtung hinter der Hochdrucktreibstoffpumpe 38 angeordnet ist. Obwohl der Treibstoffspeicher oder Rail 40 als einzelne Einrichtung oder einzelnes Element dargestellt ist, kann der Speicher 40 über eine Mehrzahl an Elementen verteilt sein, welche Hochdrucktreibstoff aufnehmen oder abgeben, wie beispielsweise Treibstoffinjektor(en) 30, die Hochdrucktreibstoffpumpe 38 und jegliche Leitungen, Durchgänge, Rohre, Schläuche und Ähnliches, welche den Hochdrucktreibstoff zu der Mehrzahl von Elementen verbinden. Die Injektoren 30 erhalten aus dem Treibstoffspeicher 40 Treibstoff. Das Treibstoffsystem 18 kann weiterhin ein Einlassdosierventil 44 aufweisen, welches entlang des Treibstoffstromes 34 stromaufwärts von der Hochdrucktreibstoffpumpe 38 aus gesehen angeordnet ist und ein oder mehrere Auslasskontrollventile 46 aufweist, welche entlang des Treibstoffkreislaufs 34 stromabwärts von der Hochdrucktreibstoffpumpe 38 angeordnet sind, um einen Einweg-Treibstoffstrom von der Hochdrucktreibstoffpumpe 38 zu dem Treibstoffspeicher 40 zu ermöglichen. Obwohl nicht dargestellt, können entlang des Treibstoffkreislaufs 34 weitere Elemente angeordnet sein. Beispielsweise können Einlasskontrollventile stromabwärts von dem Einlassdosierventil 44 und stromaufwärts von der Hochdrucktreibstoffpumpe 38 aus gesehen angeordnet sein oder die Einlasskontrollventile können in die Hochdrucktreibstoffpumpe 38 integriert sein. Das Einlasskontrollventil 44 ist ausgebildet, den Treibstoffstrom zur Hochdrucktreibstoffpumpe 38 zu variieren oder zu unterbrechen, was den Treibstoffstrom zu dem Treibstoffspeicher 40 unterbricht. Der Treibstoffkreislauf 34 verbindet den Treibstoffspeicher 40 mit den Treibstoffinjektoren 30, welche dann kontrollierte Mengen von Treibstoff an die Verbrennungsräume 32 bereitstellen. Das Treibstoffsystem 18 kann ebenfalls eine Niedrigdrucktreibstoffpumpe 48 aufweisen, welche entlang des Treibstoffkreislaufs 34 zwischen dem Treibstofftank 36 und der Hochdrucktreibstoffpumpe 38 angeordnet ist. Die Niederdrucktreibstoffpumpe 48 erhöht den Treibstoffdruck zu einem ersten Druckniveau, bevor der Treibstoff in die Hochdrucktreibstoffpumpe 38 fließt.
Das Kontrollsystem 20 kann einen Controller oder ein Kontrollmodul 50 und einen Kabelbaum 52 aufweisen. Einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in Form von Verfahrenssequenzen beschrieben, welche von Elementen eines Computersystems oder anderer Hardware auszuführen sind, welche in der Lage sind, programmierte Anweisungen auszuführen, wie zum Beispiel ein Computer für allgemeine Zwecke, ein Computer für spezielle Zwecke, Workstations oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen. Es ist festzustellen, dass in jeder der Ausführungsformen die verschiedenen Prozesse in spezialisierten Schaltkreisen (zum Beispiel einzelnen logischen Weichen, welche miteinander verbunden sind, um eine spezielle Funktion durchzuführen) mittels Programmanweisungen (Software), wie beispielsweise logischen Blöcken, Programmmodulen etc., welche durch einen oder mehrere Prozessoren (beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), und/oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis), oder durch Kombination von beidem, durchgeführt werden können. Beispielsweise können Ausführungsformen in Hardware, Software, Firmware, Middleware, Microcode oder einer Kombination hiervon implementiert sein. Die Anweisungen können Programmcode oder Codesegmente sein, welche die notwendige Aufgaben durchführen und können in einem maschinen-lesbaren Medium, wie beispielsweise einem speichermedium oder anderen Medien gespeichert sein. Ein Codesegment kann einen Vorgang, eine Funktion, ein Subprogramm, ein Programm, eine Routine, eine Sub-Routine, ein Modul, ein Softwarepaket, eine Klasse, oder eine Kombination von Anweisungen, eine Datenstruktur oder Programmaussagen darstellen. Ein Codesegment kann mit einem weiteren Codesegment oder einem Hardwareschaltkreis, durch das Weitergeben und/oder Erhalten von Informationen, Daten, Argumenten, Parametern oder Speicherinhalt, verbunden sein.
Das nicht-flüchtige maschinen-lesbare Medium kann außerdem durch eine beliebige greifbare Form eines computer-lesbaren Trägers verkörpert angesehen werden, wie einen Solid-State-Speicher, eine magnetische Platte oder optische Platte, welche einen geeigneten Satz von Computeranweisungen, wie beispielsweise Programmmodulen und Datenstrukturen, aufweist, welche einen Prozessor dazu veranlassen würde, die hier beschriebenen Techniken auszuführen. Ein computer-lesbares Medium kann das Folgende umfassen: eine elektrische Verbindung, welche einen oder mehrere Kabel aufweist, magnetische Plattenspeicher, magnetische Kassetten, magnetische Bänder oder andere magnetische Speichergeräte, tragbare Computerdisketten, Random-Access-Speicher (RAM), einen Read-Only-Speicher (ROM), einen löschbaren, programmierbarer Read-Only-Speicher (zum Beispiel EPROM, EEPROM oder Flash-Speicher) oder ein beliebiges anderes greifbares Medium, welches Informationen speichern kann.
Es ist festzustellen, dass das System der vorliegenden Offenbarung als verschiedene Module und Einheiten aufweisend, welche bestimmte Funktionen durchführen, dargestellt und diskutiert wird. Es sollte verstanden werden, dass diese Module und Einheiten lediglich schematisch, basierend auf ihrer Funktion, dargestellt werden, um ihren Zweck zu verdeutlichen, wobei diese nicht notwendigerweise spezifische Hardware oder Software darstellen. Diesbezüglich können diese Module, Einheiten und Komponenten Hardware und/oder Software sein, welche implementiert sind, um im Wesentlichen die hier erläuterten Funktionen auszuführen. Die verschiedenen Funktionen der verschiedenen Komponenten können in beliebiger Weise als Hardware- oder Softwaremodule kombiniert oder getrennt werden und können sowohl separat als auch in Kombination nützlich sein. Input/Output oder I/O-Geräte oder Benutzerschnittstellen, welche Tastaturen, Bildschirme, Deutungsgeräte und Ähnliches aufweisen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind, können mit dem System entweder direkt oder durch zwischengeschaltete I/O-Controller verbunden sein. Daher können die verschiedenen Aspekte der Offenbarung in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und all diese Formen werden als Teil der Offenbarung betrachtet.
Das Kontrollsystem 20 kann ebenfalls einen Speicherdrucksensor 54 und einen Kurbelwinkelsensor aufweisen. Während der Sensor 54 als ein Drucksensor beschrieben ist, kann der Sensor 54 auch ein anderes Gerät sein, welches kalibriert sein kann, ein Drucksignal bereitzustellen, welches den Treibstoffdruck darstellt, wie beispielsweise ein Kraftwandler, ein Dehnungsmesser oder andere Vorrichtungen. Der Kurbelwinkelsensor kann ein bezahntes Sensorrad 56, ein drehbarer Hall-Sensor 58 oder andere Arten von Vorrichtungen sein, welche in der Lage sind, den Drehwinkel der Kurbelwelle 22 zu messen. Das Kontrollsystem 20 verwendet Signale, welche durch den Speicherdrucksensor 54 und den Kurbelwinkelsensor erhalten wurden, um den Verbrennungsraum zu bestimmen, welcher Treibstoff erhält, was anschließend dazu verwendet werden soll, die Signale, welche von dem Speicherdrucksensor 54 erhalten wurden, zu analysieren.
Das Kontrollmodul 50 kann eine elektronische Kontrolleinheit oder ein elektronisches Kontrollmodul (ECM) sein, welches Zustände des Motors 10 oder eines verbundenen Fahrzeugs, in welchem der Motor 10 angeordnet ist, überwacht. Das Kontrollmodul 50 kann ein einzelner Prozessor, ein verteilter Prozessor, ein elektronisches Äquivalent zu einem Prozessor oder eine Kombination der vorgenannten Elemente sein, wie ebenfalls Software, elektronische Speicher, fixierte Nachschlagetabellen und Dergleichen. Das Kontrollmodul 50 kann einen digitalen oder analogen Schaltkreis aufweisen. Das Kontrollmodul 50 kann zu bestimmten Komponenten des Motors 10 durch einen Kabelbaum 52 verbunden sein, obwohl diese Verbindung auch durch andere Mittel, etwa schnurlose Systeme, hergestellt sein kann. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 50 mit dem Einlass-Dosierventil 44 und den Treibstoffinjektoren 30 verbunden sein und an diese ein Kontrollsignal zur Verfügung stellen.
Im Betrieb des Motors 10 verursacht die Verbrennung in den Verbrennungsräumen 32 die Bewegung der Kolben 24. Die Bewegung der Kolben 24 verursacht eine Bewegung der Verbindungsstangen 26, welche antreibend mit der Kurbelwelle 22 verbunden sind und die Bewegung der Verbindungsstangen 26 verursacht eine Drehbewegung der Kurbelwelle 22. Der Rotationswinkel der Kurbelwelle 22 wird durch den Motor 10 gemessen und hilft der Steuerung des Timings der Verbrennungsvorgänge in dem Motor 10 und anderen Zwecken. Der Rotationswinkel der Kurbelwelle 22 kann an vielen Stellen zumindest an einer Umlenkrolle der Kurbel (nicht gezeigt), einem Motorschwungrad (nicht gezeigt), einer Motornockenwelle (nicht gezeigt) oder an der Nockenwelle selbst gemessen werden. Messungen des Rotationswinkels der Kurbelwelle 22 kann mittels eine bezahnten Sensorrades 56, eines drehbaren Hall-Sensors 58 und mittels anderer Techniken durchgeführt werden. Ein Signal, welches den Rotationswinkel der Kurbelwelle 22 darstellt, welcher auch Kurbelwinkel genannt wird, wird von dem bezahnten Sensorrad 56 dem drehenden Hall-Sensor 58 und anderen Vorrichtungen an das Kontrollsystem 20 übermittelt.
Die Kurbelwelle 22 treibt die Hochdrucktreibstoffpumpe 38 und die Niederdrucktreibstoffpumpe 48 an. Die Tätigkeit der Niederdrucktreibstoffpumpe 48 zieht Treibstoff von dem Treibstofftank 36 und fördert den Treibstoff durch den Treibstoffkreislauf 34, dem Einlassdosierventil 44 entgegen. Vom Einlassdosierventil 44 aus fließt der Treibstoff stromabwärts entlang des Treibstoffkreislaufs 34 durch Einlassüberprüfungsventile (nicht dargestellt) zu der Hochdrucktreibstoffpumpe 38. Die Hochdrucktreibstoffpumpe 38 fördert den Treibstoff stromabwärts durch den Treibstoffkreislauf 34 durch Auslasskontrollventile 46 Richtung Treibstoffspeicher oder Rail 40. Das Einlasskontrollventil 44 empfängt Kontrollsignale vom Kontrollsystem 20 und ist betreibbar, den Treibstoffstrom zur Hochdrucktreibstoffpumpe 38 zu unterbrechen. Das Einlassdosierventil 44 kann ein Proportionalventil oder ein An-/Aus-Ventil sein, welches ausgebildet ist, schnell zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position geregelt zu werden, um die Treibstoffmenge anzupassen, welche durch das Ventil fließt.
Der Treibstoffdrucksensor 54 ist mit dem Treibstoffspeicher 40 verbunden und ist ausgebildet, Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 40 festzustellen oder zu messen. Der Treibstoffdrucksensor 54 sendet Signale, welche für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 40 bezeichnend sind, an das Kontrollsystem 20. Der Treibstoffspeicher 40 ist mit jedem Treibstoffinjektor 30 verbunden. Das Kontrollsystem 20 stellt ein Kontrollsignal zu den Treibstoffinjektoren 30 bereit, welches Betriebsparameter für jeden Treibstoffinjektor 30, beispielsweise die Zeitdauer, für welche ein Treibstoffinjektor 30 in Betrieb ist und die Anzahl von Treibstoffpulsen pro Verbrennung oder der Injektionszeitraum, bestimmt, was die Menge an Treibstoff, welche zu jedem der Treibstoffinjektoren 30 gefördert wird, bestimmt.
In 2 ist ein Teil des Motors 10 gezeigt. Das Kontrollsystem 20 weist ein Treibstoffinjektorpulsgenerierungsmodul 60 auf. Das Pulsgenerierungsmodul 60 empfängt verschiedene Eingangsgrößen und verwendet diese, um einen Treibstoffinjektorpuls oder - signal zu entwickeln, welches zu einem Treiber 62 übermittelt wird, welcher Teil des Motors 10 ist. Dort wird der Treistoffinjektorpuls verstärkt um in der Lage zu sein ein Stellglied des Treibstoffinjektors 30 anzutreiben. Eine solche Verstärkung kann in Form von Spannung, Stromstärke oder beidem erfolgen. Der verstärkte Treibstoffinjektorpuls wird anschließend dem Treibstoffinjektor 30 zur Verfügung gestellt, um den Treibstoffinjektor 30 anzuweisen, sich zu öffnen, wodurch Treibstoff dem Verbrennungsraum 32 zur Verfügung gestellt wird.
Das Treibstoffinjektorpulsgenerierungsmodul 60 weist ein Injektor-Aktivzeit-Modul 64 auf, welches verschiedene Eingangssignale verwendet, um eine Pulsbreite oder Aktivzeit für ein Treibstoffinjektionsereignis zu entwickeln, welches als eine Zeitdauer oder Intervall definiert ist, welches von dem Zeitpunkt, zu welchem die Düse oder das Nadelventilelement (nicht gezeigt) sich von einem oder mehreren Injektoröffnungen wegbewegt, um Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor in den Verbrennungsraum 32 zu ermöglichen, zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Düse oder das Nadelventil sich bewegt, um dem Treibstoffstrom durch die Treibstoffinjektoröffnung zu schließen, erstreckt. Das Treibstoffinjektorpulsgenerierungsmodul 60 empfängt ein Ausführungstaktsignal 66, welches verwendet wird, um das Timing der Ereignisse in dem Treibstoffinjektorpulsgenerierungsmodul 60 zu bestimmen. Das Treibstoffinjektorpulsgenerierungsmodul 60 empfängt ebenfalls ein Treibstoffpumpenbefehlssignal F_Cmd, ein Treibstoffdrucksignal P, welches von dem Speicherdrucksensor 54 zur Verfügung gestellt werden kann, ein Drucksollwertesignal P_Sp, welches einen Zieldruck in dem Treibstoffrail oder Speicher 40 darstellt, und ein „Start der Injektion“-Befehl SOI_cmd, welches das Treibstoffinjektionsereignis oder der Zeitpunkt, zu welchem sich die Düsen- oder Nadelventilelemente öffnen, initiiert, was ebenfalls als der Zeitpunkt beschrieben werden kann, zu welcher sich der Treibstoffinjektor 30 beginnt zu öffnen.
Jedes der Signale F_Cmd, P, P_Sp, und SOI_cmd werden von dem Injektor-Aktivzeit-Modul 64 empfangen. Diese Signale werden zur Berechnung oder Bestimmung einer Treibstoffinjektor- Aktivzeit durch das Injektor-Aktivzeit-Modul 64 verwendet. Das Injektor-Aktivzeit-Modul 64 weist ein Druckvorhersagemodellmodul 68, ein Injektormodellmodul 70, ein Summenmodul 72, ein Integrationsmodul 74 und ein vergleichendes Modul 76 auf. Durch Verwendung von F_Cmd wird eine anfängliche Treibstoffinjektor-Aktivzeit T_On durch das Integrationsmodul 74 definiert und als Eingangsgröße zusammen mit den Signalen F_Cmd, P, P_Sp, und SOI_cmd dem Treibstoffvorhersagemodellmodul 68 zur Verfügung gestellt, um von dem Treibstoffvorhersagemodell, welches in dem Modul 68 angeordnet ist, einen abgeschätzten Druckvektor P_e zu bestimmen. Der abgeschätzte Druckvektor P_e wird mit dem zusammenhängenden Zeitvektor t_e in das Injektormodellmodul 70 eingebracht, welches einen Vektor mit vorhergesagten Deltatreibstoffmengen erzeugt, die von einem Treibstoffinjektor eingespritzt werden, welcher P_e(i) für t_e(i) bis t_e(i-1) Sekunden ausgesetzt ist, wobei i = 1 bis zur Länge von t_e ist. Die Deltatreibstoffmengen dF können in Form der Gleichung (1) ausgedrückt werden. $df = f (P_{e}, t_{e})$
Die Deltatreibstoffmengen dF werden dem Summenmodul 72 zur Verfügung gestellt.
Das Summenmodul 72 addiert die Eingangsvektoren oder Deltatreibstoffmengen dF über das Intervall, welches durch T_On dargestellt ist, um eine geschätzte Menge an Treibstoff F_Est zu berechnen, welche unter Berücksichtigung von T_On geliefert würde. Die geschätzte Menge an Treibstoff F_Est wird dem vergleichenden Modul 76 zur Verfügung gestellt. Im vergleichenden Modul 76 werden die Gleichung (2) und Gleichung (3) durchgeführt, wobei tol das vorgegebene Toleranzlevel ist, welches eine akzeptable Abweichung zwischen F_Est und F_Cmd definiert, was bestimmt, ob der berechnete Wert von T_On akzeptabel ist oder nicht. $F_{Est} - F_{Cmd} > tol$
$F_{Est} - F_{Cmd} < - tol$
Das Ergebnis der Vergleiche, welche in Gleichung (2) und Gleichung (3) durchgeführt werden, wird an das Integrationsmodul 74 gesendet. Im Integrationsmodul 74 wird T_On verringert, wenn die Bedingung von Gleichung (2) erfüllt ist. Wenn die Bedingung von Gleichung (3) erfüllt ist, wird T_On erhöht. Wenn der Wert von T_On modifiziert wird, wird der Prozess, welcher in dem Druckvorhersagemodellmodul 68 in dem Injektormodellmodul 70, in dem Summenmodul 72 und dem vergleichenden Modul 76 durchgeführt wird, erneut durchgeführt, bis die Bedingungen von Gleichung (2) und Gleichung (3) nicht mehr erfüllt werden. Wenn T_On nicht mehr die Bedingung von Gleichung (2) und Gleichung (3) erfüllt, dann wird der Wert von T_On als zu einem stabilen Wert konvergiert angesehen.
Sobald der Wert T_On zu einem stabilen Wert konvergiert, werden T_On und SOI_cmd von einem TTL-Pulsgenerierungsmodul 78 empfangen, welches Teil des Treibstoffinjektorpulsgenerierungsmoduls 60 ist. Das TTL-Pulsgenerierungsmodul 78 generiert ein Signal, welches an den Treibstoffinjektor 30 übermittelt wird, um das Treibstoffinjektionsereignis zu kontrollieren. Der Treibstoffinjektorpuls wird dann an den Treiber 62 übermittelt. Der Treiber 62 verstärkt den Treibstoffinjektorpuls, welcher dann an den Treibstoffinjektor 30 übermittelt wird.

Claims

Treibstoffaggregat für einen Motor, aufweisend: - einen Treibstoffspeicher, - mindestens einen Treibstoffinjektor, welcher fluidisch mit dem Treibstoffspeicher verbunden ist, wobei der Treibstoffinjektor ausgebildet ist, sich zwischen einer geöffneten Position, welche einen Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche den Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor verhindert, zu bewegen, wobei jede Bewegung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position einen Treibstoffinjektionszyklus definiert, und wobei der Treibstoffinjektor für eine Mehrzahl von Treibstoffinjektionszyklen ausgebildet ist, und - ein Kontrollsystem, welches betreibbar mit dem Treibstoffinjektor verbunden ist, wobei das Kontrollsystem ausgebildet ist, mindestens einen Parameter des Treibstoffaggregats zu empfangen, - wobei das Kontrollsystem ausgebildet ist, während einem Einspritzen von Treibstoff ein Druckprofil des Treibstoffaggregats basierend auf dem mindestens einen Parameter vorherzusagen durch: - Bestimmen eines geschätzten Drucks des Treibstoffaggregats; - Berechnen einer Mehrzahl von Treibstoffmengen basierend auf dem geschätzten Druck; - Berechnung einer geschätzten Treibstoffmenge aus der Mehrzahl an Treibstoffmengen; - Vergleichen der geschätzten Treibstoffmenge mit einer vorgegebenen Toleranzgröße; und vor jedem der Treibstoffinjektionszyklen, die Zeitdauer, für welche der Treibstoffinjektor in der geöffneten Position während jedem Treibstoffinjektionszyklus verbleibt, in Reaktion auf das vorhergesagte Druckprofil anzupassen.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Treibstoffpumpe, einen Treibstoffpumpensensor, welcher betreibbar mit der Treibstoffpumpe verbunden ist, und einen Treibstoffspeichersensor, welcher betreibbar mit dem Treibstoffspeicher verbunden ist, und wobei das Kontrollsystem zum Vorhersagen des Druckprofils des Treibstoffaggregats dazu ausgebildet ist, ein Signal von dem Treibstoffpumpensensor und dem Treibstoffspeichersensor zu empfangen.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Parameter mindestens eines von einem Pumpensignal, einem Treibstoffaggregatdrucksignal, einem Drucksollwertsignal und einem Signal, welches einen Injektionsbeginn angibt, umfasst.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 1, wobei das Kontrollsystem weiter aufweist: - ein erstes Modul, welches ausgebildet ist, den geschätzten Druck des Treibstoffaggregats zu bestimmen, und - ein zweites Modul, welches ausgebildet ist, die Mehrzahl von Treibstoffmengen für das Treibstoffaggregat zu berechnen.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 4, wobei das Kontrollsystem ein drittes Modul aufweist, welches ausgebildet ist, die geschätzte Treibstoffmenge aus der Mehrzahl von Treibstoffmengen zu berechnen und die Treibstoffmengen mit der vorgegebenen Treibstoffmenge zu vergleichen.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 1, wobei das Kontrollsystem ein Modul aufweist, welches ausgebildet ist, ein Signal zu dem Treibstoffinjektor zu senden und die Zeitdauer, für welche der Treibstoffinjektor in der geöffneten Position verbleibt, anzupassen.
Treibstoffaggregat eines Motors, aufweisend: - mindestens einen Treibstoffinjektor, und - ein Kontrollsystem für das Treibstoffaggregat, welches ausgebildet ist, mindestens einen Parameter des Treibstoffaggregats zu empfangen, - ein erstes Modul, welches eingerichtet ist zum Bestimmen der Zeitdauer, für welche Treibstoff zu dem Treibstoffinjektor fließt, - ein zweites Modul, welches eingerichtet ist zum Bestimmen eines Druckprofils des Treibstoffaggregats während der Einspritzung von Treibstoffen, wobei zum Bestimmen des Druckprofils das zweite Modul eingerichtet ist zum Bestimmen eines geschätzten Drucks des Treibstoffaggregats; Berechnen einer Mehrzahl von Treibstoffmengen basierend auf dem geschätzten Druck; Berechnung einer geschätzten Treibstoffmenge aus der Mehrzahl an Treibstoffmengen; Vergleichen der geschätzten Treibstoffmenge mit einer vorgegebenen Toleranzgröße; und - ein drittes Modul, welches dazu eingerichtet ist, während des Betriebs des Motors die Zeitdauer in Reaktion auf das Druckprofil, welches für das Treibstoffaggregat vorhergesagt wurde, anzupassen.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 7, weiter aufweisend eine Treibstoffpumpe, welche betreibbar mit dem Treibstoffinjektor verbunden ist und einen Treibstoffpumpensensor, welcher betreibbar mit der Treibstoffpumpe verbunden ist, wobei das erste Modul ausgebildet ist, ein Signal von dem Treibstoffpumpensensor zu empfangen.
Treibstoffaggregat nach Anspruch 7, - wobei der Treibstoffinjektor ausgebildet ist, um zwischen einer geöffneten Position, welche einen Treibstoffstrom von dem Treibstoffinjektor ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche den Treibstoffstrom zu dem Treibstoffinjektor verhindert, zu bewegen, und - wobei das Kontrollsystem ein viertes Modul aufweist, welches ausgebildet ist, die angepasste Zeitdauer, für welche Treibstoff von dem Treibstoffinjektor fließt, zu empfangen und den Treibstoffinjektor in die geöffnete Position für die angepasste Zeitdauer zu bewegen.
Verfahren zum Betreiben eines Treibstoffinjektors in einem Treibstoffaggregat eines Motors, aufweisend: - Empfangen von Parametern des Treibstoffaggregats während der Injektion von Treibstoff, - Vorhersagen eines Druckprofils für das Treibstoffaggregat, während der Injektion von Treibstoff, basierend auf den Parametern des Treibstoffaggregats, durch: - Bestimmen eines geschätzten Drucks des Treibstoffaggregats; - Berechnen einer Mehrzahl von Treibstoffmengen basierend auf dem geschätzten Druck; - Berechnung einer geschätzten Treibstoffmenge aus der Mehrzahl an Treibstoffmengen; und - Vergleichen der geschätzten Treibstoffmenge mit einer vorgegebenen Toleranzgröße; - Berechnen einer Zeitdauer, für welche Treibstoff von dem Treibstoffinjektor fließt, in Reaktion auf das vorhergesagte Druckprofil, und - Betreiben des Treibstoffinjektors für die Zeitdauer.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Vorhersagen des Druckprofils des Treibstoffaggregats nach dem Empfang der Parameter des Treibstoffaggregats geschieht.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter aufweisend: Anpassen der Zeitdauer des Treibstoffstromes von dem Treibstoffinjektor, basierend auf den Parametern des Treibstoffaggregats.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Empfangen von Parametern des Treibstoffaggregats das Empfangen von mindestens einem aus Folgendem umfasst: einem Treibstoffpumpensignal, einem Treibstoffaggregatdrucksignal, einem Drucksollwertsignal und einem Signal, welches einen Injektionsbeginn angibt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen des geschätzten Drucks durch ein erstes Kontrollmodul ausgeführt wird, das Berechnen der Mehrzahl von Treibstoffmengen durch ein zweites Kontrollmodul ausgeführt wird, das Berechnen der geschätzten Treibstoffmenge von einem dritten Kontrollmodul ausgeführt wird, und das Vergleichen der geschätzten Treibstoffmenge mit der vorgegebenen Toleranzgröße von einem vierten Kontrollmodul ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter aufweisend: - Analysieren der geschätzten Treibstoffmengen im Verhältnis zu den vorgegebenen Toleranzgrößen, - Bestimmen eines zweiten geschätzten Drucks des Treibstoffaggregats, wenn die geschätzte Treibstoffmenge außerhalb der vorgegebenen Toleranzgrößen liegt, - Berechnen einer zweiten Mehrzahl von Treibstoffmengen basierend auf dem zweiten geschätzten Druck, - Berechnen einer zweiten geschätzten Treibstoffmenge von der zweiten Mehrzahl von Treibstoffmengen, - Vergleichen der zweiten geschätzten Treibstoffmenge mit der vorgegebenen Toleranzgröße, und - Senden eines Signals zu dem Treibstoffinjektor für den Treibstoffstrom, wenn die zweite geschätzte Treibstoffmenge zu der vorgegebenen Toleranzgröße korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter aufweisend: - Einleiten eines ersten Treibstoffinjektionszyklus von dem Treibstoffinjektor, - Anpassen der Zeitdauer des Treibstoffstromes von dem Treibstoffinjektor nach dem ersten Treibstoffinjektionszyklus, und - Einleiten eines zweiten Treibstoffinjektionszyklus von dem Treibstoffinjektor nach dem Anpassen der Zeitdauer des Treibstoffstromes von dem Treibstoffinjektor.